Proteínas Proteínas Lípidos

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La membrana plasmática
El transporte a través de la membrana
El Glicocáliz
La pared celular
Las envolturas celulares son capas que separan el medio interno del exterior, ya que tienen
que mantener un medio interno adecuado para poder llevar a acabo las reacciones químicas
necesarias para la vida. Son: la membrana plasmática, que poseen todas las células (eucariotas y
procariotas) y las membranas de secreción (que pueden faltar). Son membranas de secreción: la
matriz extracelular o glicocáliz, la pared vegetal y la pared bacteriana.
1. La membrana plasmática
La membrana plasmática es una delgada lámina de 75 Å que envuelve a la célula y la separa
del medio externo. Puede variar su forma permitiendo movimientos y desplazamientos de la célula.
Su estructura es igual en todas las células y en
todos los orgánulos citoplasmáticos, por lo que se llama
membrana unitaria o unidad de membrana.
Davson y Danielli propusieron una doble capa de
lípidos rodeada por dos capas de proteínas.
Proteínas
Lípidos
Proteínas
Según Singer y Nicholson (1972) es una bicapa lipídica, asociada con moléculas de proteínas,
formando la estructura de mosaico fluido.
Esta membrana es asimétrica, ya que las glicoproteínas y glicolípidos sólo se encuentran hacia la
cara externa.
La composición química es de un 52% de proteínas, 40% de lípidos y 8% de azúcares.
Los lípidos son del tipo de los fosfolípidos, glicolípidos y colesterol (Regula la fluidez de la
membrana), caracterizados por ser anfipáticos, dando espontáneamente en medio acuoso bicapas
(autoensamblaje), que tienden a cerrarse sobre sí mismas (autosellado).
Estos lípidos presentan una serie de movimientos que dan como consecuencia la fluidez de la
membrana tales como:
•
•
La difusión lateral
la rotación
•
flexión
•
flip-flop.
Las proteínas pueden ser intrínsecas como las integrales y las transmembrana con una parte
incluida dentro de la bicapa lipídica, y extrínsecas o periféricas, adheridas a las monocapas. Las
glicoproteínas sólo en la parte externa, formando parte del glucocáliz. Tienen un desplazamiento más
lento que los lípidos.
INTERIOR
EXTERIOR
La función fundamentalmente es mantener estable el medio intracelular, regulando el paso
de agua, moléculas y elementos, mantener la diferencia de potencial iónico, haciendo que el
medio interno esté cargado negativamente y realizar los procesos de endocitosis y exocitosis
Además le confiere individualidad separándola del exterior, identidad a través de los
antígenos de histocompatibilidad y le permite obtener información del exterior gracias a los
receptores de membrana.
En la membrana celular encontramos también una serie de especializaciones que permiten
la unión y la comunicación entre células adyacentes.
Uniones herméticas: sellan las dos membranas e impiden el paso de moléculas a través de
los espacios intercelulares. Se encuentran en las células epiteliales.
Uniones de anclaje: puntos de unión a modo de remaches que mantienen firmemente
unidas las células, aumentando la resistencia y rigidez del tejido. Se encuentran en células con
fuerte tensión mecánica, como las musculares y la epidermis.
Uniones gap: canales intercelulares que permiten el paso de iones y pequeñas moléculas.
Permiten la nutrición de las células alejadas de los vasos sanguíneos, como las del cristalino o
del hueso.
2. Transporte a través de la membrana
Los distintos tipos de mecanismos por los cuales las moléculas atraviesan la membrana
dependen de la naturaleza (hidrófila o hidrófoba) y el tamaño de la molécula a transportar. El
transporte de una sustancia con carga depende tanto de su gradiente de concentración como
del gradiente eléctrico. La suma de ambos gradientes se denomina gradiente electroquímico.
El transporte de pequeñas moléculas se clasifica en función de los requerimientos
energéticos en:
1
2
3
4
El transporte pasivo es un proceso de difusión de sustancias que no requiere energía.
Se produce siempre a favor del gradiente. Este transporte puede darse por:
Difusión simple a través de la bicapa (1). Así entran moléculas lipídicas como las
hormonas esteroideas, anestésicos como el éter y fármacos liposolubles. Y sustancias apolares
como el oxígeno y el nitrógeno atmosférico. Algunas moléculas polares de muy pequeño
tamaño, como el CO2, el etanol y la glicerina, también atraviesan la membrana por difusión
simple
Difusión facilitada a través de canales (2).Se realiza mediante las denominadas proteínas
de canal. Así entran iones como el Na+, K+, Ca2+, Cl-, y el agua. . La difusión del agua
recibe el nombre de ósmosis. Las proteínas de canal son proteínas con un orificio o canal
interno, cuya apertura está regulada por ligando o por voltaje, como ocurre con
neurotransmisores u hormonas, que se unen a una determinada región, el receptor de la
proteína de canal, que sufre una transformación estructural que induce la apertura del canal.
Difusión facilitada a través de permeasas (3). Permite el transporte de pequeñas
moléculas polares, como los aminoácidos, monosacáridos, etc., que al no poder, que al no
poder atravesar la bicapa lipídica, requieren que proteínas transmembranosas faciliten su paso.
Estas proteínas reciben el nombre de proteínas transportadoras o permeasas que, al
unirse a la molécula a transportar sufren un cambio en su estructura que arrastra a dicha
molécula hacia el interior de la célula.
El transporte activo (4). En este proceso también actúan proteínas de membrana, pero
éstas requieren energía, en forma de ATP, para transportar las moléculas al otro lado de la
membrana. Se produce cuando el transporte se realiza en contra del gradiente electroquímico.
Son ejemplos de transporte activo la bomba de Na/K, y la bomba de Ca.
La bomba de Na+/K+ Requiere una proteína transmembranosa que bombea Na+ hacia el
exterior de la membrana y K+ hacia el interior. Esta proteína actúa contra el gradiente gracias
a su actividad como ATP-asa, ya que rompe el ATP para obtener la energía necesaria para el
transporte.
Por este mecanismo, se bombea 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ hacia el interior, con la
hidrólisis acoplada de ATP. El transporte activo de Na+ y K+ tiene una gran importancia
fisiológica. De hecho todas las células animales gastan más del 30% del ATP que producen (y
las células nerviosas más del 70%) para bombear estos iones.
Las principales funciones de la bomba son:
•
•
•
Controlar el volumen celular, ya que la expulsión de Na + es necesaria para
mantener el balance osmótico. Si se inhibe la bomba, las células se hinchan y
explotan.
La energía eléctrica permite que las células nerviosas sean excitables.
Impulsa el transporte activo de glucosa (en contra de su gradiente) y aminoácidos
hacia el interior de algunas células. Este transporte se acopla a la entrada de sodio
(a favor de gradiente) mediante un sistema de cotransporte simporte (dos solutos
en la misma dirección) o la salida de Calcio mediante un sistema de
contratransporte antiporte (dos solutos en distinta dirección). A estos sistemas
de transporte acoplados se les denomina transportes activos secundarios
Para ver los diferentes tipos de transporte visita el siguiente enlace:
http://www2.uah.es/biomodel/biomodel-misc/anim/memb/uniporte.html
Transporte de moléculas de elevada masa molecular:
Para el transporte de este tipo de moléculas existen tres mecanismos principales:
endocitosis, exocitosis y transcitosis. En cualquiera de ellos es fundamental el papel que
desempeñan las llamadas vesículas revestidas. Estas vesículas se encuentran rodeadas de
filamentos proteicos de clatrina.
Endocitosis: Es el proceso por el que la célula capta partículas del medio externo
mediante una invaginación de la membrana en la que se engloba la partícula a ingerir. Se
produce la estrangulación de la invaginación originándose una vesícula que encierra el
material ingerido. Según la naturaleza de las partículas englobadas, se distinguen diversos
tipos de endocitosis.
Pinocitosis. Implica la ingestión de líquidos y partículas en disolución por pequeñas
vesículas revestidas de clatrina.
Fagocitosis. Se forman grandes vesículas revestidas o fagosomas que ingieren
microorganismos y restos celulares.
Endocitosis mediada por un receptor. Es un mecanismo por el que sólo entra la
sustancia para la cual existe el correspondiente receptor en la membrana.
Exocitosis. Es el mecanismo por el cual las macromoléculas contenidas en vesículas
citoplasmáticas son transportadas desde el interior celular hasta la membrana plasmática, para
ser vertidas al medio extracelular. Esto requiere que la membrana de la vesícula y la
membrana plasmática se fusionen para que pueda ser vertido el contenido de la vesícula al
medio. Mediante este mecanismo, las células son capaces de eliminar sustancias sintetizadas
por la célula, o bien sustancias de desecho.
En toda célula existe un equilibrio entre la exocitosis y la endocitosis, para mantener la
membrana plasmática y que quede asegurado el mantenimiento del volumen celular.
Transcitosis. Es el conjunto de fenómenos que permiten a una sustancia atravesar todo el
citoplasma celular desde un polo al otro de la célula. Implica el doble proceso endocitosisexocitosis. Es propio de células endoteliales que constituyen los capilares sanguíneos,
transportándose así las sustancias desde el medio sanguíneo hasta los tejidos que rodean los
capilares.
3. El Glicocáliz
Es la zona periférica rica en hidratos de carbono de la superficie de las células eucariotas.
Está formado mayoritariamente por las cadenas de oligosacáridos de los glicolípidos y
glicoproteínas de la membrana; también contiene glicoproteínas que han sido segregadas y
luego adsorbidas sobre la superficie celular. Se distinguen dos capas: una interna de aspecto
amorfo y otra externa de tipo fibroso.
En algunos tejidos se depositan además fosfatos (huesos), quitina (exoesqueleto de
artrópodos), carbonatos (moluscos), sílice (protozoos radiolarios) etc.
Las funciones son:
•
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•
•
Protección mecánica y química
Regulación de la absorción
Unión de células para formar tejidos
Reconocimiento celular. Los oligosacáridos son los principales marcadores de
identidad.
4. La pared celular
Es una cubierta de celulosa en forma de fibrillas, proteínas y polisacáridos de forma
estable y rígida. Es característica de las células vegetales.
Está formada por tres capas.
•
Lámina media, de aspecto gelatinoso y formada por pectinas (polímero derivado de la
galactosa)
• Pared primaria, muy delgada, es la primera que se forma, está formada
principalmente de celulosa en forma de red y cemento abundante de pectina,
hemicelulosa (heteropolisacárido formado por xilosa y arabinosa), agua y sales
minerales. Esta pared se va expandiendo conforme la célula aumenta de tamaño.
• Pared secundaria, con varias capas de celulosa con las fibras orientadas de forma
paralela y poco cemento, posee gran resistencia y poca flexibilidad. Se forma después
del crecimiento. Sólo aparece en plantas con crecimiento secundario.
Las funciones son:
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•
•
Dar forma a las células, impidiendo su ruptura por presión osmótica. Exoesqueleto de
los vegetales.
Unen entre sí las células, formando las plantas.
Barrera de protección.
Dependiendo de las sustancias que se depositen:
o Lignina, aumenta la rigidez y soporte de la planta, como en los tubos de
xilema.
o Minerales, como el carbonato cálcico y la sílice, que dan protección a las
células epidérmicas.
o Cutina y ceras, que son sustancias impermeabilizantes de frutos y hojas.
o Suberina, que forma el corcho que da protección con poco peso.
El origen de la pared está en vesículas del Aparato de Golgi, que se depositan en el
plano ecuatorial y separan las células durante la citocinesis del proceso de división celular.
Entre una célula y otra quedan poros de comunicación denominados plamodesmos, situados
en zonas donde no se deposita pared secundaria, denominadas punteaduras.