ENVOLTURA CELULAR
TEMA 9
LA MEMBRANA PLASMÁTICA.
Crucial en la aparición de las primeras formas de vida, la membrana plasmática rodea a todas las células y supone para estas:
a. Un filtro altamente selectivo que limita el paso de determinadas moléculas.
b. El mantener un gradiente de concentración de iones a ambos lados.
Su grosor oscila entre los 7,5 - 9 nm., por lo que no es visible al microscopio
óptico.
Composición química.
En la membrana plasmática encontramos, esencialmente, cuatro tipos de sustancias:
a) LIPIDOS.
Los componentes más abundantes
cuantitativamente, pero representados básicamente por fosfolípidos
y colesterol
Los fosfolípidos se encuentran en
todas las membranas y son los más
abundantes.
El colesterol solo se ha encontrado
en las células eucarióticas y especialmente en mamíferos, en donde
puede llegar a alcanzar con los fosfolípidos la proporción 1:1.
b) PROTEÍNAS.
En menor número que los lípidos pero mucho mayores que estos, por lo
que ambos componentes moleculares se hallan equilibrados respecto a la
masa total. La proporción proteína-lípido puede ser 1:50.
Al contrario que los lípidos, los tipos de proteínas son muy diversos, lo que
tiene mucho que ver con la función de las proteínas en las membranas,
como veremos.
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c) GLÚCIDOS.
Son oligosacáridos y constituyen el componente minoritario (2-10% en masa) y se combinan siempre con otros componentes: glucolípidos y glucoproteínas.
Los glucolípidos son especialmente importantes en las células del tejido
nervioso (cerebrósidos y gangliósidos), donde pueden alcanzar el 6 % de la
masa lipídica total.
d) IONES.
Es posible encontrar Ca2+ y en menor proporción Mg2+ y K+ .
Estructura.
Actualmente, el modelo más aceptado es el denominado "en mosaico
fluido", postulado por Singer y Nicholson, según el cual los lípidos estarían
ordenados en bicapa, en la que se disolverían las moléculas proteicas.
A) Los lípidos, debido a su naturaleza anfipática, se autoensablan espontáneamente, formando bicapas, en el seno de una disolución acuosa. Además, la bicapa tiende a cerrarse sobre sí misma, autosellandose, con lo que
se evita que, en los bordes, las colas hidrocarbonadas entren en contacto
con el agua.
 Los fosfolípidos son los responsables de la estructura básica de la membrana y de su integridad a la vez que actúan de barrera relativamente
impermeable frente a la mayoría de las moléculas hidrosolubles;
 El colesterol actúa regulando la fluidez de la membrana
B) Las proteínas están empotradas más o menos aisladamente en el seno de
ésta, constituyéndose una estructura de tipo mosaico que da nombre al
modelo.
Dependiendo de su ubicación, las proteínas pueden ser:
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a. Integrales: abarcan toda la anchura de la bicapa, llegando incluso a
sobresalir a ambos lados de esta.
b. Periféricas: solo se encuentran expuestas al agua a un lado u otro de
la bicapa, unidas covalentemente a cadenas de ácidos grasos o interaccionando no covalentemente con proteínas de transmembrana.
Las proteínas de transmembrana son anfipáticas, por lo que su región hidrofóbica interacciona con las colas de las moléculas lipídicas mientras que
las regiones hidrofílicas interaccionan con las cabezas polares de los lípidos
y con el agua.
Las proteínas son las responsables de la mayoría de las funciones de la
membrana, como

transporte molecular específico

enzimas que catalizan reacciones asociadas a la membrana

eslabones entre el citoesqueleto de la célula y la matriz extracelular

receptores de las señales químicas procedentes del entorno celular.
C. Los glúcidos, ya sean unidos a lípidos o proteínas, están localizados exclusivamente en la cara externa de la membrana y constituyen la cubierta celular o glicocáliz, nombres con los que se designa a la zona periférica de la
superficie de la mayoría de las células eucarióticas.
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Desempeñan el papel como receptores, tanto moleculares como en los procesos de reconocimiento célula-célula.
Propiedades.
En el modelo del mosaico fluido destacan dos propiedades que explican la
funcionalidad de las membranas: la fluidez y la asimetría.
a. Fluidez. La bicapa no es una estructura
estática; los lípidos pueden moverse libremente, intercambiando su posición con las moléculas vecinas e incluso girar alrededor de un eje perpendicular al plano de la bicapa. Gracias a
estas características, las membranas están dotadas de una gran flexibilidad.
Sin embargo, rara vez se desplazan de
la monocapa de un lado a la de otro
(flip-flop) ya que la cabeza polar debería pasar a través de la zona hidrófoba.
Las proteínas, al igual que los lípidos, pueden difundir en el plano horizontal e incluso rotar pero no realizan el flip-flop; sin embargo, las células pueden restringir la movilidad lateral de algunas de ellas trabándolas a
otras macromoléculas de la cara externa o citoplasmática de la membrana,
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p. ej. en las células epiteliales que revisten las cavidades corporales: determinados enzimas y proteínas de transporte se sitúan en la posición apical de la célula mientras que otras están localizadas en la superficie basal
o lateral.
El mayor nivel de agregación molecular que se originaría al descender la
temperatura se ve compensado con:

paso de la configuración "trans" a la "cis".

alargamiento de las cadenas de ácidos grasos.

con la presencia de colesterol, que impide que estas cadenas se agreguen.
La fluidez de la membrana plasmática tiene que ser biológicamente muy
importante ya que, desde las bacterias a los animales poiquilotermos, se
han establecido los mecanismos para mantenerla prácticamente constante
y aunque no hemos podido establecer los procesos básicos de los que depende que se mantenga, se sabe que ciertos procesos de transporte y ciertas actividades de las enzimas de membrana cesan cuando la viscosidad
de la bicapa aumenta por enzima de un valor crítico.
b. Asimetría. La composición lipídica y proteica a ambos lados de la membrana es marcadamente diferente. Además, los glúcidos solo aparecen en
la cara externa.
Si no fuera así, un ion o molécula bombeada hacia el interior en un punto podría ser impulsado hacia afuera en otro, con el derroche energético
correspondiente. Otro ejemplo serían los receptores hormonales que, al
ser elementos de comunicación intercelular, se sitúan solo en la cara externa; en el interior serían inútiles.
La asimetría, que se genera durante la biosíntesis de la bicapa en el retículo endoplasmático, se mantiene gracias a la escasísima frecuencia del flipflop.
Funciones.
a. La principal función es servir como frontera de separación con el medio externo confiriendo a la célula su individualidad. Esto no significa aislamiento, sino permeabilidad selectiva, como veremos al estudiar el transporte.
b. Controlan, además, el flujo de información entre las células y el medio
recibiendo los mensajes que llegan de gracias a la existencia de:
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 Receptores específicos de neurotransmisores y hormonas.
 El potencial de membrana responsable de la sensibilidad celular.
c. Proporciona el medio idóneo para la actuación de las proteínas de membrana, responsables, además de otras funciones ya expuestas, de la identidad antigénica de los individuos.
La membrana plasmática puede presentar diferenciaciones con funciones
especiales:
a. Invaginaciones para aumentar la superficie de intercambio.
b. Desmosomas, o zonas de unión
con otras células.
Transporte a través de las
membranas.
Que la membrana posea una porción
central hidrofóbica, impermeable a la
mayoría de las sustancias polares es
fundamental para impedir que el contenido hidrosoluble de la célula salga
de ella.
Sin embargo, la ingestión de nutrientes, expulsión de las sustancias de
desecho y transporte de iones hacia el
exterior o el interior de la célula, supone una serie de mecanismos que,
en esquema, serían:
Difusión
simple:
A favor de
gradiente:
Sin manifestaciones
morfológicas
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TRANSPORTE
PASIVO
Difusión
facilitada:
 A través de
la bicapa
 Proteínas de
canal
 Proteínas
transportadoras
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En contra de gradiente (ATP): TRANSPORTE ACTIVO
Con manifestaciones
morfológicas
Hacia el interior:
ENDOCITOSIS
Hacia el exterior:
EXOCITOSIS
Fagocitosis
Pinocitosis
Transporte pasivo.
En el transporte pasivo, las moléculas se desplazan a favor de gradiente (de
concentración, eléctrico o electroquímico) y la célula no gasta energía en el
transporte.
Se ha demostrado que la velocidad de difusión de las sustancias depende de
su solubilidad en lípidos y de su tamaño molecular.


Por difusión simple se transportan moléculas de tamaño pequeño o apolares. El agua atraviesa la membrana por ósmosis.
Por difusión facilitada circulan otras sustancias de
naturaleza polar como los
azúcares o los aminoácidos. Intervienen en el proceso proteínas transportadoras o permeasas.
Algunas
proteínas
de
transporte forman un ca-
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nal regulado por ligando o por voltaje, por el cual, las moléculas pequeñas se pueden mover por simple difusión a favor de sus gradientes electroquímicos.
Otras son proteínas de transporte específicas, responsables de la transferencia de un determinado soluto a su través. Tienen centros de unión específicos para la molécula transportada.
Transporte activo.
En el transporte activo, las sustancias circulan en contra de un gradiente, lo
que supone un gasto de energía para la célula.
Un caso a resaltar es el de algunas proteínas son capaces de actuar como
bombas, transportando artificialmente el soluto unido en contra de su
gradiente electroquímico. Esto supone una serie de cambios de conformación
de la estructura proteica, motivados por la hidrólisis del ATP o por la unión
de iones (bomba Na+/K+)
Transporte de macromoléculas y partículas.
Las proteínas de la membrana no pueden transportar macromoléculas
tales como proteínas, polinucleótidos, polisacáridos ni, evidentemente, células.
Los mecanismos utilizados para estos procesos suponen la formación de vesículas.
En la exocitosis se libera al
exterior el contenido de unas
vesículas intracelulares tras
la fusión de estas con la
membrana plasmática.
En la endocitosis, la secuencia está invertida: unas
determinadas regiones de la
membrana plasmática se in-
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vaginan y se estrangulan formando vesículas.
En el proceso interviene una proteína filamentosa, la clatrina, que arrastra la
zona hacia el interior dela célula formando una vesícula. Finalmente la red
proteica se deshace.
Según el tamaño de estas se distinguen dos tipos de endocitosis: la pinocitosis ("bebida de la célula") que comporta la ingestión de líquidos y/o solutos
mediante pequeñas vesículas y la fagocitosis ("comida de la célula") que implica la ingestión de grandes partículas tales como microorganismos o residuos celulares mediante grandes vesículas, a menudo denominadas vacuolas.
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Concepto
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Película fina y flexible rodea célula
Responsable permeabilidad selectiva
Fosfolípidos: bicapa
Glucolípidos: monocapa externa
Lípidos: Anfipáticos (40 %)
Colesterol: entre fosfolípidos
Estructura membrana
Función
Regulación fluidez
Atraviesan total o parcialmente
Integrales: 70 %
Hidrófobas
Íntimamente asociadas a lípidos
Tipos
Cara externa o interna
Perisféricas: 30%
Hidrófilas
Composición química
Proteínas: Específicas (60 %)
Se separan con facilidad
Canal
Transporte
Permeasas
Funciones
Bombas
Enzimas: ATP asas
Receptores señales químicas
Glucolípidos
Tipos: Oligosacáridos
Glucoproteínas
Glúcidos
Identidad celular. Fecundación
Función Antigénica
Receptor moléculas y agentes patógenos
Autores: Singer y Nicholson (1972)
Mosaico: proteínas globulares
Modelo
Matriz: bicapa lipídica fluida
Desplazamiento lateral
Enlaces débiles
Estructura: Mosaico fluido
Temperatura
Fluidez
Saturados o insaturados
Propiedades
Factores
Tipos ac. grasos
Cadenas largas o cortas
Fusión cadenas opuestas
Colesterol
Asimetría
Distinta composición a ambos lados
Frontera separación entre medios
Permeabilidad selectiva
Función
Hormonas
Receptores
Control flujo información
Neurotransmisores
Genera y regula potencial membrana
Tipos
MEMBRANA
PLASMÁTICA
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Identidad celular. Fecundación
Identidad antigénica
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Características
Selectivo
Difusión simple
A favor gradiente: PASIVO
Difusión facilitada
Moléculas pequeñas
TRANSPORTE
A TRAVÉS DE
MEMBRANA
En contra gradiente: ACTIVO
Tipos
Acopladas fuente energía (ATP)
Expansión: emisión pseudópodos
Invaginación: Vesículas fagocíticas
Pinocitosis: Líquidos
Fagocitosis
Incorporación: Endocitosis
Mediada por receptor
Moléculas grandes o células
Expulsión: Exocitosis
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Bombas
Transporte lento
A través de la bicapa
Tipos
Proteínas canal
Transporte rápido
Permeasas
Azúcares, Aa e iones
Secreción
Excreción
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Específica: Receptores membrana
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endocitosis

La membrana celular: Proteínas de la m. plasmática:

La membrana celular: Proteínas de la m. plasmática:

Endocitosis y exocitosisDifusión facilitadaProteínas

es Realiza funciones de Puede ser Tiene Tiene

es Realiza funciones de Puede ser Tiene Tiene

CitologíaFunciones celularesCélulas animales y vegetalesPartes

Membrana plasmática

Membrana plasmática

CitologíaProteínasTransporteCitoplasmaCélulas

2. La Célula •

2. La Célula •

EucariotaProcariotaCitologíaEstructura celularComponentes

TEMA III: LA CÉLULA

TEMA III: LA CÉLULA

ClasesÓrganosMembranaUnidad funcionalMulticelularidad

LA MEMBRANA CELULAR delimita controla lípidos, proteínas y glúcidos

LA MEMBRANA CELULAR delimita controla lípidos, proteínas y glúcidos

CatabolismoAnabolismoComposición químicaOsmosisCélula