Membranas Biológicas Las membranas biológicas son estructuras presentes en todas las células. En las células eucariotas las membranas internas forman múltiples compartimientos donde se realizan actividades altamente especializadas. Cada célula esta rodeada por una membrana plasmática que físicamente la separa del mundo exterior y mediante la regulación del paso de materiales ayuda a mantener un entorno interno que sustenta la vida. La membrana plasmática se caracteriza por ser: fluida, asimétrica, flexible y selectivamente permeable (semipermeable). FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMATICA • Separar selectivamente el contenido de la célula (citoplasma) del ambiente externo que la rodea. • Regular el paso de materiales entre el interior y el exterior de la célula. • Sirven como superficies para reacciones químicas. • Permitir la unión y la comunicación entre células. • Transmitir señales entre el medio ambiente y el interior de la célula. COMPOSICION QUIMICA • Constituida por lípidos, proteínas y carbohidratos. ESTRUCTURA En 1972 Singer y Nicolson propusieron el “Modelo del Mosaico Fluido” según el cual una membrana celular consiste en una bicapa fluida de Fosfolípidos en la cual se encuentran proteínas incrustadas o asociadas de alguna forma. http://www.susanahalpine.com/anim/Life/memb.htm ESTRUCTURA • Los Fosfolípidos son los principales responsables de las propiedades físicas de las membranas biológicas. • Los Fosfolípidos son moléculas anfipáticas porque constan de: - Una región no polar (hidrofobica) formada por las cadenas de ácidos grasos - Una región polar (hidrofilica) que contiene un grupo fosfato ESTRUCTURA Las proteínas de membrana pueden ser: Proteínas de la membrana 1. Periféricas: no atraviesan la membrana, se encuentran en la superficie interior o exterior de la membrana plasmática. 2. Integrales: atraviesan total o parcialmente la membrana. Son anfipáticas. Las proteínas transmembrana son proteínas integrales que atraviesan totalmente la membrana. FUNCIONES DE LAS PROTEINAS DE MEMBRANA Las proteínas de membrana realizan muchas funciones incluido el transporte de materiales, como enzimas para reacciones químicas y en la adhesión y transmisión de información. Fuera de la célula Dentro de la célula Transporte pasivo: ciertas proteínas forman canales para el paso selectivo de iones o moléculas. Fuera de la célula Dentro de la célula Transporte activo: algunas proteínas de transporte bombean solutos a través de la membrana, requiriendo un ingreso directo de energía. FUNCIONES DE LAS PROTEINAS DE MEMBRANA Fuera de la célula Dentro de la célula Fuera de la célula Dentro de la célula Fuera de la célula Dentro de la célula Antígeno Anticuerpo Actividad enzimática: muchas enzimas unidas a la membrana catalizan las reacciones que ocurren dentro o en la superficie de la membrana. Transducción de señales: algunos receptores se unen con las moléculas de señales como las hormonas y transmiten la información al interior de la célula. Reconocimiento de células: algunas glicoproteínas funcionan como etiquetas de identificación. FUNCIONES DE LAS PROTEINAS DE MEMBRANA Dentro de célula 1 Dentro de célula 2 Unión intercelular: las proteínas de adhesión celular unen las membranas de células adyacentes. Fuera de la célula Dentro de la célula Integrina Anclaje: algunas como las integrinas anclan la célula a la matriz extracelular y también se unen a los microfilamentos dentro de la célula. TRANSPORTE DE MATERIALES Alta concentración de solutos Baja concentración de solutos http://www.bionova.org.es/animbio/anim/transporte2/transport1.swf Transporte Pasivo • Movimiento de sustancias de un área de mayor concentración a otra de menor concentración (a favor del gradiente de concentración). • No requiere que la célula gaste energía metabólica. Existen varios tipos de transporte pasivo: 1. Difusión simple 2. Difusión Facilitada 3. Osmosis http://www.bionova.org.es/animbio/anim/pasivo1.swf Difusión simple Movimiento aleatorio de moléculas a favor del gradiente de concentración ( de una región de mayor concentración a una de menor concentración). En la difusión simple, a través de una membrana biológica, moléculas pequeñas de soluto, no polares (sin carga), como por ejemplo el agua, el oxigeno y el dióxido de carbono, se mueven en forma directa a través de la bicapa de fosfolípidos a favor de su gradiente de concentración. Difusión Facilitada En la difusión facilitada las moléculas atraviesan la membrana por medio de proteínas transportadoras. Ejemplo: moléculas polares (como la glucosa) o iones específicos. http://www.bionova.org.es/animbio/anim/pasivo1.swf Difusión Facilitada Ósmosis Es un tipo especial de difusión que implica el movimiento de agua, a través de la membrana, de una región de mayor concentración a una de menor concentración. TIPOS DE SOLUCIONES • HIPOTÓNICA - la concentración de soluto es menor en el exterior que en el interior de la célula. El agua entra a la célula. • ISOTÓNICA - la concentración de soluto es igual en el exterior y en el interior de la célula. • HIPERTÓNICA - la concentración de soluto es mayor en el exterior que en el interior de la célula. El agua sale de la célula. Cuando una célula se coloca en una solución hipotónica, el movimiento neto de moléculas de agua al interior de la célula hace que la célula se hinche o incluso explote. Cuando una célula se coloca en una solución isotónica, las moléculas de agua ingresan y salen de la célula; el movimiento neto de moléculas de agua es cero. La célula se mantiene. Cuando una célula se coloca en una solución hipertónica, hay un movimiento neto de moléculas de agua fuera de la célula. La célula se deshidrata y se encoge. • Movimiento de sustancias desde una región de baja concentración a otra de mayor concentración (en contra del gradiente). • Requiere energía metabólica (ATP). Transporte Activo Ejemplo: Bomba de sodio –potasio (presente en todas las células animales) http://www.bionova.org.es/animbio/anim/activo1.swf Transporte Activo Las células de bacterias, hongos y plantas utilizan proteínas transportadoras conocidas como bombas de protones para transportar activamente iones de Hidrogeno (protones) fuera de la célula. Transporte Activo Las proteínas de transporte pueden ser: a) Uniportadoras: transportan un tipo de sustancia en una sola dirección. Ej: bombas de protones. b) Simportadoras: mueven dos tipos de sustancias en una misma dirección. c) Antiportadoras: mueven dos sustancias en direcciones opuestas (bombas de sodio- En los sistemas de contransporte dos solutos son trasladados al mismo tiempo. El movimiento de un potasio) soluto a favor de su gradiente de concentración proporciona energía para el traslado del otro. Exocitosis • Movimiento de moléculas grandes hacia el exterior de la célula empacadas en vesículas que se fusionan con la membrana celular. • En la exocitosis una célula expulsa productos de desecho o productos de secreción como las hormonas o neurotransmisores. http://www.bionova.org.es/animbio/anim/transporte2/transport1.swf Endocitosis • Incorpora materiales a la célula en vesículas que se fusionan con la membrana plasmática. • Varios tipos de endocitosis operan en los sistemas biológicos: - Fagocitosis - Pinocitosis - Endocitosis mediada por receptores Fagocitosis La célula ingiere partículas grandes de sólidos como alimento o bacterias. Durante la ingestión los pliegues de la membrana plasmática encierran la célula o partícula. Cuando la membrana rodea la partícula se fusiona en el punto de contacto formando una vacuola. La vacuola se fusiona con los lisosomas que degradan el material ingerido. Pinocitosis La célula toma los materiales disueltos. Pequeñas gotas de fluido son atrapadas por los pliegues de la membrana plasmática, atrapándolas dentro del citosol en forma de vesículas pequeñas. Endocitosis mediada por receptores Moléculas especificas se combinan con proteínas receptoras de la membrana plasmática y entran a la célula en vesículas recubiertas de proteínas. Este es el mecanismo por el cual las células eucariotas toman macromoléculas (Ej: el colesterol). UNIONES CELULARES Las células que tienen contacto entre si desarrollan típicamente uniones intercelulares especializadas. Estas estructuras pueden permitir que las células vecinas formen conexiones fuertes entre si, impedir el paso de materiales o establecer una comunicación rápida entre células adyacentes. Existen varios tipos de uniones celulares: • Uniones de anclaje • Uniones estrechas • Uniones en hendidura • Plasmodesmos Uniones de anclaje • Son fuertes uniones que unen células epiteliales adyacentes, así como las que se encuentran en la capa externa de la piel de los mamíferos. • Las cadherinas (proteínas transmembrana) son componentes importantes en estas uniones, ya que son las principales moléculas de adhesión de las células de vertebrados y muchos invertebrados. Existen dos tipos comunes de uniones de anclaje: - Desmosomas: son puntos de unión que mantienen juntas a las células en un momento dado como un remache. - Uniones adherentes: son como pegamentos que mantienen a las células juntas. Uniones Estrechas Son áreas entre las membranas de células adyacentes conectadas tan estrechamente que las sustancias no pueden filtrarse entre ellas. Sellan las cavidades del cuerpo. -En las células del intestino evitan que las toxinas y otros materiales no deseados entren en la sangre e impiden que los nutrientes escapen del intestino. - En las células de los capilares del cerebro forman la barrera hematoencefálica que impide que muchas sustancias de la sangre pasen al cerebro. Uniones en hendidura • Son uniones comunicantes que proporcionan comunicación química y eléctrica rápida entre las células. Además de conectar membranas plasmáticas también tienen canales que conectan el citoplasma de células adyacentes. • Pequeñas moléculas inorgánicas y algunas moléculas reguladoras pasan a través de los canales pero se excluyen las moléculas mas grandes. • Las células controlan el paso de materiales a través de uniones en hendidura abriendo y cerrando los canales. • Las células del páncreas, algunas células nerviosas y las células del musculo cardiaco tienen uniones en hendidura. Plasmodesmos • Son canales de 20-40nm de ancho que conectan el citoplasma de células vegetales vecinas. • Los plasmodesmos generalmente permiten que pasen las moléculas y los iones pero no los orgánulos. MEDIO AMBIENTE CELULAR El fluido intracelular (fluido dentro de las células) constituye casi todo el liquido del cuerpo. El fluido extracelular (que esta fuera de las células) incluye el fluido intersticial (que se encuentra entre células) y el plasma sanguíneo (o hemolinfa). Componentes del Fluido Extracelular (FEC) a) Gases: O2, CO2 b) Nutrientes (carbohidratos, lípidos, proteínas, vitaminas y minerales) c) Desechos: CO2, urea, ácido úrico, amoníaco d) Hormonas e) Agua
