Estructura de las Membranas
La membrana plasmática define a las células y encierra a todos sus componentes internos, que están “suspendidos” en el citosol. La membrana tiene poros y canales por los cuales algunas sustancias pueden salir de la célula y otras pueden entrar, lo que es muy importante para la comunicación de la célula con su entorno.
tiene un grosor no mayor de 5 nm a 10 nm de espesor.
Las moléculas lipídicas son las más abundantes, mientras que las proteínas son más escasas y de gran tamaño, en general, por cada molécula de proteínas existen aproximadamente cincuenta moléculas de lípidos. Los hidratos de carbono son el componente minoritario y se encuentran asociados a lípidos y proteínas, principalmente en la membrana plasmática.
La membrana en su composición química presenta: Lípidos, Glúcidos y Proteínas.
los componentes de la membrana:
Bicapa: Los lípidos de la membrana se encuentran dispuestos formando la bicapa en un 98%. Esta bicapa lipídica es la estructura básica de la membrana y sirve de barrera impermeable al flujo de la mayoría de las moléculas solubles en agua.
Los lípidos principales y más abundantes que forman la membrana son: los fosfolípidos, el colesterol y los glucolípidos, todos ellos de naturaleza anfipática, es decir su molécula presenta un extremo hidrofílico o polar (que tiene afinidad e interacciona con el agua) y un extremo hidrofóbico o no polar (que repele el agua). Las moléculas de fosfolípidos están formadas de una cabeza polar hidrofílica y dos colas hidrocarbonadas hidrofóbicas.
Existen también grasas neutras que son lípidos no anfipáticos, pero sólo representan un 2% del total de lípidos de membrana. En todas las células, los lípidos más abundantes son los fosfolípidos y los esfingolípidos. En las células eucariotas también se encuentran los glucolípidos, así como esteroides (sobre todo colesterol), que no existen o son escasos en las membranas plasmáticas de las células procariotas.
Lípidos. Fosfolípidos. Son los componentes fundamentales debido a su carácter anfipático. Se autoensamblan por sus colas hidrofóbicas por fuerzas de van der Waals. Se disponen en una bicapa en la que las cabezas quedan hacia el exterior y las colas ocupan el espacio interior. Los mayoritarios son la fosfatidil-colina y esfingomielina. Colesterol. Se intercala en la bicapa lipídica y está presente sólo en las membranas de las células animales, donde regulan la fluidez de ésta.
Glucidos:
Todas las células tienen una cubierta que rodea a la membrana plasmática, misma que está formada por carbohidratos unidos de modo covalente a las proteínas para producir glucoproteínas (glucocalix), en conjunto con los lípidos (glucolípidos).
Los glúcidos representan el 8% del peso seco de la membrana plasmática y pueden ser polisacáridos u oligosacáridos. Se localizan en la cara exterior de la membrana formando el glucocalix o cubierta celular. Sus funciones principales son dar soporte a la membrana y el reconocimiento celular (colaboran en la identificación de las señales químicas de la célula).
Proteínas:
Representan el componente fundamental de las membranas biológicas, ya que son responsables de sus funciones dinámicas y además,determinan sus funciones específicas. También desempeñan diversas funciones como: transportadoras, (transportan moléculas específicas fuera y dentro de la célula), conectoras (conectan la membrana con la matriz extracelular o con el interior) y receptoras (encargadas del reconocimiento celular y adhesión), mientras que otras son enzimas que catalizan reacciones asociadas a la membrana.
Proteínas. Suelen tener carácter anfipático, lo que les permite integrarse más o menos en diferentes zonas de la bicapa. Vamos a encontrar proteínas integrales o transmembrana que atraviesan la bicapa, y proteínas periféricas. Están relacionadas con el transporte, receptores, adhesión y enzimas.
El Glicocalix es la envoltura constituida por glicoproteínas, glicolípidos y ácido hialurónico, que sobresalen de la membrana celular. Esta sirve de protección mecánica de las células, permite la adhesión celular e interviene en procesos de identificación celular y recepción hormonal. 5 nm nanómetros.
*reconocimiento célula-célula. (Reconocimiento sanguinio)
*protección a la superficie celular contra lesiones.
*en procesos inmunitarios principalmente.
*permite la adhesión celular e interviene en procesos de identificación celular y recepción hormonal.
Córtex celular. La cara intracelular de la membrana posee una red de proteínas fibrosas que la refuerzan.
Según su grado de asociación a la membrana las proteínas se clasifican en:
Integrales o intrínsecas: presentan regiones hidrófobas, por las que se pueden asociar al interior de la membrana y regiones hidrófilas que se sitúan hacia el exterior, por consiguiente, son anfipáticas. Sólo se pueden separar de la bicapa si ésta es destruida (por ejemplo con un detergente neutro). Algunas de éstas presentan carbohidratos unidos a ellas covalentemente (glucoproteínas).
Periféricas o Extrínsecas: No presentan regiones hidrófobas, de modo que no pueden entrar al interior de la membrana, se encuentran en su cara interna (en el interior celular). Se separan y unen a ésta con facilidad por enlaces de tipo iónico.
Transporte
¿Cuáles son las razones por las que la membrana plasmática requiere de tantas proteínas distintas? La diversidad de proteínas en una membrana refleja el número de funciones que se llevan a cabo en ella. Por lo general una proteína asociada a la bicapa lipídica es un indicativo de la función que va a desempeñar. Todo este conjunto de proteínas de la membrana, propicia el intercambio de materiales en ambos sentidos, por lo que realizan funciones como: transportadoras, conectoras (conectan la membrana con la matriz extracelular o con el interior), receptoras (encargadas del reconocimiento celular y adhesión) y enzimas.
La función principal de la comunicación celular es la de adaptarse a los cambios que existen en el medio que les rodea para poder sobrevivir, esto ocurre gracias al fenómeno de la homeostasis.
Las células necesitan comunicarse e interactuar con el medio circundante, los procesos de comunicación son diferentes en los organismos unicelulares y pluricelulares. En el caso de los organismos unicelulares, una sola célula debe ser capaz de percibir las características del entorno, procesar la información, elaborar y producir las respuestas adecuadas en cada situación (por ejemplo, un paramecio puede localizar y capturar su alimento o puede enquistarse o huir a otro lugar si las condiciones son desfavorables). Por su parte, en los organismos pluricelulares las funciones de relación del organismo se reparten entre diversas células especializadas en distintas tareas como: captar estímulos, transmitir señales, ejecutar respuestas (por ejemplo, la especie humana, que cuenta aproximadamente con 80 billones de células que deben comunicarse entre sí, constituye un organismo pluricelular).
En las células animales se pueden diferenciar básicamente tres modalidades de comunicación: comunicación por unión directa entre células contiguas, comunicación a través de moléculas unidas a membranas y comunicación a distancia por medio de moléculas segregadas. Las células vegetales, además de la membrana celular, tienen una pared celular que le sirve de soporte, es por esto que en el proceso de comunicación entre las células vegetales hacen su aparición los plasmodesmos, puentes de membrana que atraviesan las gruesas paredes vegetales que separan las células de las plantas. Una célula vegetal suele tener miles de plasmodesmos.
Algunas de las proteínas que se encuentran en las membranas son denominadas como receptoras porque reconocen determinadas moléculas-mensajes (hormona, neurotransmisor, factor químico, etc.), posibilitando que las células respondan a estímulos o señales externas.
Los receptores son moléculas complejas que interaccionan con sustancias del medio (por ejemplo, las hormonas), por lo que sufren una alteración en su estructura tridimensional, provocando cambios en la concentración de ciertas moléculas en el interior de las células (segundos mensajeros).
Óvulo y espermatozoide
Las células pueden ser reconocidas mediante otras células o moléculas, a partir de la composición diferencial que presentan los distintos tipos celulares en su glucocálix.
Algunos ejemplos de reconocimiento celular ocurren entre: óvulo y espermatozoide de la misma especie, virus o bacterias y células a las que infectan, células de un mismo tejido, antígenos y células inmunitarias.
ESTRUCTURA
Métodos de observación y estudio
A microscopio óptico, se recurre a la tinción con Azul Victoria. A microscopio electrónico, en cortes ultrafinos, se observan una estructura de unos 7 nm de grosor, con dos capas externas densas a los electrones limitando una capa central transparente.
Los estudios mediante difracción de rayos X y de resonancia magnética nuclear (RMN) demuestran una estructuración básica a base de cadenas de fosfolípidos en una bicapa, según se describe a continuación.
Consiste en una bicapa lipídica, con los grupos polares (hidrófilos) hacia afuera, y las cadenas hidrofóbicas de ácidos grasos (o, en el caso de Arqueobacterias, de alcoholes) hacia adentro, ajustándose al modelo de mosaico fluido de Singer y Nicholson. Inmersas en esta bicapa se encuentran las abundantes proteínas, que pueden moverse lateralmente en el mosaico de moléculas de lípidos, igualmente dotados de una rápida movilidad. Parece ser que no existe movilidad de lípidos entre las dos capas.
La membrana citoplásmica es asimétrica (aunque no tanto como la membrana externa de Gram-negativas). Esto se traduce en el hecho de que muchos de los procesos que tienen lugar en la membrana sean vectoriales (tengan una dirección determinada).
Transporte de materiales a través de la membrana
La membrana debe permitir tanto la entrada de nutrientes en la célula como la salida de productos de desecho, también debe transmitir a la célula las señales que proceden de su exterior. Estas tareas son llevadas a cabo por los transportadores y los receptores (proteínas de la membrana).
La membrana es impermeable a moléculas hidrofílicas como: hidratos de carbono, aminoácidos, proteínas o ácidos nucleicos. Mientras que es permeable a moléculas hidrofóbicas como los lípidos, y a moléculas pequeñas como los gases. También es parcialmente permeable al agua.
La relación entre el metabolismo y el transporte no es otra cosa que la energía. El metabolismo representa la fuente directa de la energía en las células y es necesaria para impulsar el transporte cuando tiene lugar en contra de la tendencia natural de difusión de una sustancia. Considerando lo anterior, el transporte que ocurre en la membrana puede considerarse como un proceso pasivo o bien como un proceso activo.
TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANA
De todas las propiedades descritas en el modelo que tienen las membranas, se desprende una
que es la más relevante desde el punto de vista funcional: La permeabilidad selectiva, es decir,
la posibilidad de que la membrana restrinja los solutos que han de pasar a su través, pudiendo
variar dicha permeabilidad en función de las necesidades celulares en cada momento.
1. TIPOS DE TRANSPORTE
Una forma muy simple de clasificar las modalidades de transporte atiende al punto de vista del
consumo de energía metabólica. Así el transporte que no utiliza energía se define como transporte pasivo mientras que el que la consume se denomina transporte activo. En el caso del
transporte pasivo, el soluto se mueve siempre a favor de gradiente, que se convierte en la
fuerza de conducción para el movimiento.
Además del criterio anterior (consumo de energía) existe la posibilidad de dividir los sistemas
de transporte en otros dos grupos, según que necesiten la presencia de una proteína transportadora o no. Así tenemos, por un lado, el transporte libre en el que el soluto atraviesa la
membrana por diversos lugares pero sin el concurso de transportador alguno; y el transporte
mediado, en el que se requiere la presencia de una proteína de membrana específica para el
soluto a transportar.
1.1 Transporte pasivo y libre: difusión simple o libre
La difusión es un proceso que se produce como consecuencia de la energía térmica de la materia. Cualquier molécula tiende a moverse de forma independiente y al azar; y se dispersa o disemina de manera que, en la situación de equilibrio dinámico, su distribución es uniforme. Los
movimientos de las moléculas en el interior de una solución se denominan flujos. Este sistema
de transporte es el más simple, y para moléculas sin carga (neutras) el flujo neto viene dado
por la ley de Fick o ley de la difusión.
Que recibe el nombre de flujo neto o tasa de difusión (cantidad/tiempo); D es el coeficiente de difusión; A es el área o superficie de membrana disponible para el movimiento, y Δc/Δx es el gradiente de concentración o diferencia de concentración a través de la distancia x. El signo menos
viene dado porque el flujo neto va a favor de gradiente de una zona de más concentración a una zona de menos concentración.
Al considerar la difusión a través de la membrana celular para un soluto concreto, tanto D como
A y Δx, son constantes, y por tanto se agrupan en una nueva constante denominada coeficiente de permeabilidad P, simplificándose la ecuación de la siguiente manera:
P= - (DA/Δx); Q= PΔc
FISIOLOGÍA)GENERAL
En el caso de las células con tamaños medios de unas 20µ, y rodeadas de una capa de líquido
intersticial de aproximadamente 1µ, las distancias de difusión son muy pequeñas y, por lo tanto, este tipo de transporte puede desarrollarse con una alta eficacia.
Difusión simple, el movimiento de las partículas desde un área donde la concentración
que presentan es alta, a un área que con baja concentración. Una de las distintas
maneras en que las moléculas se mueven en las células.
Como ejemplos de sustancias que utilizan este sistema de transporte están: O2, CO2, solutos
liposolubles de peso molecular bajo: urea, glicerol, etc. Se ha observado que las moléculas hidrosolubles neutras de peso molecular inferior a 200 pasan rápidamente la membrana, como
por ejemplo la molécula de agua. Las moléculas de este tipo pasan entre las cadenas laterales
de los fosfolípidos sin disolverse, y además en el caso del agua existen una serie de proteínascanales, denominadas acuaporinas, que permiten un rápido incremento en la permeabilidad de
la membrana al agua.
Transporte pasivo y libre: ósmosis
El contenido de agua que tiene una célula determina su volumen celular, y garantiza que los
procesos metabólicos puedan desarrollarse normalmente. Como las membranas celulares son
muy permeables al agua, tal como se ha comentado previamente, éste se moverá siguiendo
sus gradientes.
La ósmosis es una clase especial de difusión que se define como "el flujo neto de agua que
atraviesa una membrana semipermeable que separa dos compartimentos acuosos".
La membrana celular se comporta de forma aproximada como una membrana semipermeable,
es decir dejando pasar el agua pero no los solutos. El agua se mueve desde una zona donde su
concentración es mayor, a otra donde es menor. En el caso de las soluciones intra y extracelular el agua se moverá desde la solución que presente una menor concentración (solución hiposmótica) a la que tenga la mayor concentración (solución hiperosmótica). La presión hidrostática necesaria para impedir la ósmosis se define como "presión osmótica".
La osmolaridad guarda relación con el número de partículas y es independiente de su naturaleza química. Así un mol de glucosa que tiene un Pm = 180, al no disociarse, tiene el mismo valor de osmolaridad que un mol de albúmina, que tampoco se disocia y, sin embargo, tiene un
Pm = 67000. Por el contrario, un electrolito como el ClNa, que en solución se disocia en dos iones activos osmóticamente, presenta una concentración osmolar doble a la molar, ya que una
parte corresponde al ión Na+ y otra al ión Cl-
La osmolaridad total de una solución es la suma de la osmolaridad de cada uno de sus solutos
constituyentes. Los líquidos corporales tienen una osmolaridad de 0,29 osmoles/litro o 290
mO/l. Los iones principales (Na, K, Cl, etc.) son responsables del 96%, mientras que la glucosa, aminoácidos y otros solutos no disociables aportan tan sólo un 3%; de estos solutos, las
proteínas tan sólo constituyen el 0,5% de la osmolaridad total del plasma y valores aún menores en los líquidos extracelulares, prácticamente carentes de proteínas. A pesar de su pequeña
proporción, la presión osmótica de las proteínas plasmáticas, denominada presión coloidosmótica o presión oncótica es muy importante en el intercambio de líquidos en el capilar.
https://ocw.unican.es/pluginfile.php/879/course/section/967/Tema%25204-Bloque%2520II-Transporte%2520a%2520traves%2520de%2520Membrana.pdf
No hay comentarios.:
Publicar un comentario