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Membrana plasmática

Contenido Características generales de las membranas biológicas  Estructura y composición de la membrana plasmática: modelo de mosaico fluido, balsas lipídicas, proteínas de membrana, glúcidos de membrana.  Transporte a través de la membrana.  Clasificación de las uniones celulares.  Composición y función del núcleo.  Material genético y transmisión de la información genética. 

Membranas biológicas 

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Mantener el medio intracelular diferenciado del entorno. (naturaleza aislante en medio acuoso de la bicapa lipídica y a las funciones de transporte que desempeñan las proteínas) Divide la célula en secciones, protegiendo las reacciones químicas por individual.

Membranas biológicas Barrera selectivamente permeable.  Transporte sustancias.  Reacciona ante estímulos provocados por sustancias externas.  Media las interacciones que ocurren entre células 

Membranas biológicas 

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Los fosfolípidos son el factor primordial que determina las propiedades físicas de las membranas biológicas. Atributos que le permiten formar estructuras con dos estratos o bicapas. Un extremo de cada fosfolípido se asocia libremente con el agua mientras que el extremo opuesto no lo hace.

Membranas biológicas Moléculas anfipáticas: regiones hidrófilas e hidrófobas bien definidas.  Dos cadenas de ácidos grasos enlazadas con dos de los tres átomos de una molécula de glicerol. 

Membranas biológicas Los fosfolípidos forman bicapas:  Tienen dos regiones distintas, una muy hidrófoba y otra muy hidrófila, lo cual los hace muy anfipáticos.  Forman un cilindro que les permiten asociarse más fácilmente con el agua como estructura de bicapa.

Membranas biológicas Se pueden encontrar 3 clases de lípidos en las membranas:  Fosfoglicéridos: una cola hidrófoba compuesta por dos grupos hidroxilo de glicerol fosfato y una cabeza polar unida al fosfato.  Esfingolípidos: Un aminoalcohol con una larga cadena hidrocarbonada y contienen un acilo graso de cadena larga adherido al grupo amino de la esfingosina.  Esteroides: Cuatro anillos hidrocarbonados. 

Membranas biológicas

Fosfoglicéridos

Esfingolípidos

Esteroides

Membranas biológicas El colesterol y los esfingolípidos se agrupan con proteínas específicas en microdominios de membrana.  A través de la extracción de membrana mediante detergentes.  Rafts lipidic (balsas lipídicas): heterogeneos en tamaño (50 nm), están enriquecidos con muchos tipos de proteínas receptoras y señalizadoras. 

Membranas biológicas

Membranas biológicas     

Glúcidos de membrana: Unidos covalentemente a las proteínas o a los lípidos. Polisacáridos u oligosacáridos. Se encuentran en el exterior de la membrana formando el glicocalix. Sus principales funciones son dar soporte a la membrana y el reconocimiento celular.

Membranas biológicas Davson y Danielli (1935), proponen modelo de Bicapa lipídica.  Desarrollo microscopio electrónico en 1950, los biólogos moleculares observaron por primera vez la membrana plasmática. 

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En 1960, purificación de proteínas de membrana por fraccionamiento celular, observo: Poca uniformidad Variación en composición y tamaño En 1972, Singer y Nicolson propusieron modelo de mosaico fluido. Las posiciones de proteínas cambian de manera constante moverse en un mar de fosfolípidos.

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Membranas biológicas Las membranas biológicas son fluidos bidimensionales.  Los fosfolípidos pueden girar y moverse en dirección lateral dentro de la capa.  Frye y Ediden en 1970, demostraron que la fluidez de los lípidos en la membrana permite moverse a muchas proteínas. 

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Algunas propiedades de los lípidos de membrana tienen efectos importantes en la fluidez de la bicapa. Los enlaces de las cadenas de hidrocarburos son sencillos, pueden experimentar movimientos de torsión muy rápidos, que aumentan con la temperatura. El movimiento se hace más lento a bajas temperaturas.

Membranas biológicas Muchos organismos tienen mecanismos regulatorios que les permiten mantener sus membranas en un estado de fluido optimo (37º C).  Aumentan las proporciones de ácidos grasos insaturados en sus lípidos de membrana a menores temperaturas. 

Membranas biológicas A bajas temperaturas, las moléculas de colesterol actúan como ¨espaciadores¨ entre las cadenas de hidrocarburos, restringiendo las interacciones moleculares que facilitan la solidificación.  En altas temperaturas, el colesterol interactúan fuertemente con las porciones de las cadenas de hidrocarburos, restringiendo el movimiento. 

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Tienden a resistir la formación de extremos libres. Experimentan autosellado, se redondean y forman vesículas cerradas de manera espontánea. Son flexibles, lo que les permite cambiar de forma sin romperse. Poseen capacidad de fusionarse con otras bicapas en condiciones adecuadas.

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La proteínas de membranas se clasifican de acuerdo a su relación con la bicapa lipídica. Proteínas integrales: son anfipáticas, están firmemente unidas a la membrana (solo pueden liberarlas descomponiendo la membrana con detergente). Proteínas periféricas: no están embebidas en la bicapa lipídica. Se encuentran en la superficie interna o externa de la membrana plasmática. Unidas por interacciones no covalentes a las proteínas integrales.

Membranas biológicas

Membranas biológicas 

Las proteínas se orientan asimétricamente a través de la bicapa lipídica.

Membranas biológicas Las proteínas participan en transporte, transferencia de información y como enzimas.  Corresponden a varios grupos funcionales, forman uniones entre células adyacentes, otras se unen a elementos del citoesqueleto. 

Exterior Transporte

Anclaje y conexión

Receptores

ATP Interior

Enzimas

Membranas biológicas Las membranas celulares tienen permeabilidad selectiva, permite el paso o no dependiendo de:  Tamaño de la molécula  Carga  Composición de la membrana  En general, son permeables a moléculas pequeñas y sustancias liposolubles. 

Membranas biológicas Las moléculas de agua, aunque son polares (NO liposolubles), pueden cruzar las membranas por su tamaño cuando se desplaza una cadena de ácido graso.  También atraviesan con facilidad gases como el oxígeno, CO2, y Nitrógeno.  El paso de iones, moléculas polares grandes y pequeñas, se debe a proteínas especializadas. 

Membranas biológicas El transporte de solutos mediado por moléculas portadoras requiere proteínas integrales de membrana especiales.  La difusión facilitada se realiza a favor de un gradiente de concentración.  Algunos sistemas de transporte activo mediados por portadores bombean sustancias contra su gradiente de concentración. 

Membranas biológicas

Membranas biológicas Para el transporte de moléculas de mayor tamaño, se necesita el gasto de energía directamente.  Exocitosis: se expulsa productos de desecho o secreciones específicas, mediante la fusión de vesículas con la membrana.  Endocitosis: La célula transporta moléculas en su interior. 

Membranas biológicas Exocitosis

Visión general del transporte ◦ La membrana plasmática es una barrera selectiva permeable entre la célula y el ambiente. ◦ Ambiente interno constante. ◦ Los movimiento de casi todas las moléculas e iones se realizan a través de proteínas transportadoras de membrana.

Ósmosis Sólo las moléculas de agua son transportadas a través de la membrana.  De mayor concentración (de agua) a uno de menor concentración (de agua). (Separadas por una membrana semipermeable)  La función de la osmosis es mantener hidratada a la membrana celular.  No requiere gasto de energía. 

Ósmosis Célula

Isotónico

Hipotónico

Hipertónico

Animal

Equilibrio dinámico

La célula absorbe agua hinchándose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la lisis.

La célula se contrae llegando a deshidratarse y muere.

Vegetal

Equilibrio dinámico

La célula toma agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presión de turgencia

La célula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye, produciendo que la membrana plasmática se despegue de la pared celular, ocurriendo la lisis

Visión general del transporte 

Tradicionalmente se consideran tres métodos principales de transporte de sustancias a través de la membrana: Transporte pasivo inespecífico (difusión simple)

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Transporte pasivo específico (difusión facilitada)

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Transporte activo: Ligado a simporte de protones Ligado a simporte de iones Na+ Dirigido por ATP Acoplado a translocación de grupos Transporte de hierro

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Transporte pasivo ◦ Los gases (O₂ y CO₂) y moléculas polares pequeñas no cargadas (Urea y etanol), se mueven a través de la difusión pasiva o simple. ◦ Sin ayuda de proteínas transportadoras. ◦ No se gasta energía metabólica. ◦ A favor del gradiente químico.

Transporte pasivo 

Cuanto mayor sea el gradiente de concentración de una sustancia, más rápida será la velocidad de difusión de la bicapa.

Difusión facilitada Las proteínas canal forman un pasaje hidrófilo a través de la membrana.  Los iones y las moléculas de agua, en una única fila a gran velocidad.  Son canales no regulados. 

Difusión facilitada 

Aunque este sistema de transporte es muy común en eucariotas, es muy raro encontrarlo en bacterias.

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La explicación evolutiva es que los procariotas suelen vivir en ambientes con pocas concentraciones de nutrientes, y por lo tanto no es frecuente que se den gradientes adecuados.

Difusión facilitada

TRANSPORTE ACTIVO

Consiste en el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentración, lo que requiere un gasto energético. En la mayor parte de los casos el transporte activo (que supone un trabajo osmótico) se realiza: * a expensas de un gradiente de H+ (potencial electroquímico de protones) previamente creado a ambos lados de la membrana, por procesos de respiración y fotosíntesis; * por hidrólisis de ATP.

TRANSPORTE ACTIVO Los sistemas de transporte activo son los más abundantes entre las bacterias, y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoría de los procariotas se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentración de nutrientes.

Energía, transporte y metabolismo. Al degradarse las moléculas que intervienen en el metabolismo, se produce energía.

Los tipos de transporte activo son: * transporte activo ligado a simporte de protones; * transporte activo ligado a simporte de iones Na+ * transporte activo dirigido por ATP * transporte acoplado a translocación de grupos.

TRANSPORTE ACTIVO LIGADO A SIMPORTE DE PROTONES El simporte se puede definir como el transporte simultáneo de dos sustratos en la misma dirección, por un mismo transportador sencillo.

Simportadores. Son sistemas de transporte que permiten a las células concentrar algunos materiales, aprovechando las diferencias de concentración que hay de otros.

TRANSPORTE ACTIVO DIRIGIDO POR ATP Este tipo de transporte se denomina de transportadores ABC o ATPasas de tráfico, y se conocen muchos ejemplos en eubacterias y arqueas.

En el caso de un sistema ABC en enterobacterias (como E. coli). Se trata de un sistema de varios componentes, en el que existen proteínas periplásmicas que captan el sustrato con gran afinidad, y lo llevan hasta unas proteínas de membrana, las cuales acoplan el paso de dicho sustrato hasta el citoplasma (sin alteralo químicamente) con la hidrólisis de ATP.