MEMBRANA BIOLGICA Y TRANSPORTE CELULAR

BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR

2014-II

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Temas

Estructura de la Membrana

Transporte de Membrana

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Membrana Celular

Las clulas estn separadas del medio exterior por la estructura denominada Membrana Celular.

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Membrana Celular

Es decisiva para la vida de la clula.

Es una barrera selectiva para tomos, iones y molculas, determinando la composicin celular.

Todas las clulas tienen membranas.

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Membrana Celular

Todas las membranas estn compuestos por lpidos y protenas.

El componente lipdico formado por varios millones de molculas de lpidos organizados en dos lminas ntimamente adosadas que conforman la bicapa lipdica. Es la estructura fundamental de la membrana y acta como barrera permeable.

Las molculas proteicas median las dems funciones de la membrana y confieren a la membrana caractersticas individuales.

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Membrana Celular

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5 a 10 m

1 m = 0.000000001 m = 10-9 m

Membrana Celular

Las membranas celulares de una clula eucariota contienen ms de mil tipos de lpidos que aparecen en distinta proporcin segn el tipo de membrana que estemos considerando.

Los lpidos constituyen aprox. el 50% del peso de las membranas. Con unos 5 millones de molculas por m2.

Aproximadamente el 5 % de los genes de una clula estn dedicados a producir sus lpidos.

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Bicapa Lipdica

Los lpidos ms abundantes en la membrana son los fosfolpidos.

Los distintos tipos de lpidos en membrana son anfipticos.

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Lpidos de la Membrana Celular

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Caractersticas de las Bicapa Lipdica

1. Fluidez , permite una correcta difusin de las protenas y correcta difusin de la nueva membrana sintetizada.

La fluidez esta determinada por los tipos de fosfolpidos:

Longitud y saturacin de las colas carbonadas.

Presencia de colesterol

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Caractersticas de las Bicapa Lipdica

2. Asimetra, debido a la presencia de distintos fosfolpidos en ambas caras de la bicapa y glucolpidos en la cara externa.

a la ubicacin de protenas de acuerdo a sus funciones.

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1. Las membranas lipdicas son

sintetizadas en el retculo endoplsmico liso, en la monocapa citoslica

2. Las membranas formadas se incorporan a la membrana plasmtica mediante fusin (exocitosis).

3. Con la formacin de nuevas vesculas (endocitosis) se pierde material de membrana.

Sntesis de la Bicapa Lipdica

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Distribucin Asimtrica de Lpidos en Membrana

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Composicin de los Lpidos de algunas Membranas Biolgicas

Lpido Eritrocito humano

Mielina

humana

Mitocondrias de

corazn de

ternera

E. Coli

Acido fosfatdico

Fosfatidilcolina

Fosfatidiletanolamina

Fosfatidilglicerol

Fosfatidilserina

Cardiolipina

Esfingomielina

Glucolpidos

Colesterol

1,5

19

18

0

8,5

-

17,5

10

25

0,5

10

20

0

8,5

-

8,5

26

26

-

39

27

0

0,5

22,5

-

-

3

-

-

65

18

0

12

-

-

-

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Los valores expresados son porcentajes en peso de los lpidos totales. Fuente: C. Tanford, The Hydrophobic Effect, p. 109, Wiley, 1980.

Movimiento Membrana Celular

Movimiento de los fosfolpidos

Laterales 10-6

Rotacin 10-9

flip-flop 10-5

Movimiento de las protenas

Flipasas

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Protenas de Membrana

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Asociacin de Protenas en Membrana

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Protenas Integrales

Unin covalente

Constituido por tres segmentos

Dominio Citoslico y exoplsmica son hidroflicas

Dominio transmembrana hidrofbico

Formado por uno a mas hlices o varios filamentos de .

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Dominio transmembrana

PROTEINAS PERIFERICAS y INSERTADAS

Externas

Enlaces dbil/covalente

Interacciona con protenas transmembranales o con los lpidos

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BALSA DE LPIDOS O LIPID RAFTS

El colesterol y los esfingolpidos

Interacciones moleculares entre los lpidos formando microdominios influyendo en la funcin y localizacin de las protenas.

50nm de dimetro

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Corteza Celular

Estructura formada por una red de protenas fibrosas que se unen a protenas integrales de membrana.

Confiere la forma y las propiedades mecnicas de las clulas.

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Clulas Cubiertas de Hidratos de Carbono

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1. Compartimentalizacin. 2. Barreras selectivas permeables. 3. Transporte de solutos:

Difusin simple. Difusin facilitada. Transporte activo.

4. Respuesta a seales externas: transduccin de seales.

5. Interaccin celular. 6. Sitios para actividades bioqumicas. 7. Transduccin de energa.

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Funciones de la membrana plasmtica

Las membranas biolgicas son bicapas lipdicas.

La estructura es comn para todas las membranas celulares.

La clula eucariote tiene un sistema de endomembranas determinando compartimentos dentro de ella que posibilitan importantes eventos y procesos celulares.

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Sistema de Endomembranas

Selectividad de la Membrana Plasmtica

La membrana plasmtica es una barrera de permeabilidad selectiva entre la clula y el medio extracelular.

La membrana celular es selectivamente permeable a las molculas pequeas.

Es esencialmente impermeable a las molculas hidrosolubles (ej. Glucosa, aminocidos e iones).

La mayora de molculas biolgicas no difunden a travs de la membrana. 28

Extracelular

Intracelular

Sus propiedades de permeabilidad aseguran que:

Las sustancias esenciales (glucosa, aminocidos y lpidos) entren a la clula con facilidad.

Los intermediarios metablicos permanezcan en la clula

Los compuestos de desecho la abandonen.

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Permeabilidad de la Membrana Plasmtica

La permeabilidad selectiva de la membrana plasmtica permite que la clula mantenga un medio interno constante.

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Permeabilidad de la Membrana Plasmtica

Permeabilidad de la Membrana

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Macromolculas Iones

CO2

Micromolculas inica no cargadas o hidrofobicas

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TRANSPORTE CELULAR

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PASIVO

OSMOSIS

DIFUSIN SIMPLE

DIFUSIN FACILITADA

ACTIVO

BOMBA INICA

ENDOCITOSIS

EXOCITOSIS

TRANCITOSIS

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Transporte Pasivo - Osmosis

Difusin del agua a travs de la membrana

Desde una alta cc a una baja cc

Sin gasto de energa

A favor de la gradiente

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Transporte Pasivo difusin simple

Caractersticas de las molculas

Concentracin

nmero de molculas por unidad de volumen

Gradiente

Diferencia fsica entre dos regiones que causan el movimiento de las molculas

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Transporte Pasivo difusin simple

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Gases disueltos

Transporte Pasivo difusin facilitada

Va canales protecos transportadores - Abiertos

Permeasas - reguladas por carga y ligando

A favor de gradiente de cc

Sin gasto de energa

aminocidos, glucosa y pequeos iones K+, Na+, Cl

Especifica y saturable

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Transporte Pasivo difusin facilitada

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Transporte Pasivo difusin facilitada

La velocidad depende de Del gradiente de concentracin de la

sustancia a ambos lados de la membrana.

Del nmero de protenas transportadoras existentes en la membrana.

De la rapidez con que estas protenas hacen su trabajo.

100-1000 iones/S Unin en sitio especfico y es

saturable

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Transportadores (carriers)

Uniporte Simporte Antiporte

Citosol

Lquido extracelular

Transporte acoplado

Cotransporte

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Regulacin de la apertura y cierre

Regulacin por unin con ligandos, sustancias como mensajeros qumicos extracelulares (hormonas y neurotransmisores), o intracelulares (iones, nucletidos). insulina

Regulacin por cambios de voltaje, es decir, al modificarse la diferencia de potencial que normalmente existe en la membrana, que recibe el nombre de potencial de membrana. Un cambio de polaridad en un punto de la membrana modifica la estructura del canal y se abre.

Regulacin mecnica, como consecuencia de una estimulacin mecnica directa sobre la membrana.

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Regulacin de Apertura y Cierre

Protena Canal difusin facilitada

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Forman poros en la membrana, permitiendo a las molculas de pequeo tamao y con carga apropiada pasar libremente a travs de la bicapa.

No utilizan energa del ATP. Se saturan. Tipos:

Canales inicos Aquaporinas Porinas

Canales Inicos difusin facilitada Son altamente selectivos debido al estrecho poro

del canal que restringe el paso slo a iones de carga y tamao especfico.

Se abren en respuesta a estmulos especficos. No se encuentran permanentemente abiertos. No utilizan energa del ATP.

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Canales Inicos difusin facilitada

El flujo de los iones a travs de la membrana depende de que se forme un gradiente inico a travs de los canales de membrana plasmtica.

El transporte es extremadamente rpido.

Ms de un milln de iones por segundo puede fluir a travs de ellos (107-108 iones/seg).

Es una velocidad de flujo aproximadamente 1000 veces mayor que una protena transportadora (carrier).

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Los canales inicos son protenas transmembrana.

Son especficos para cada in.

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Los iones pasan a travs de un filtro en fila individual.

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Mecanismos de control

Abiertos:

Voltaje Tiempo Agonistas directos Proteina G Calcio

Modulados:

Incremento de la fosforilacin

Oxido-reduccin Citoesqueleto Calcio ATP

USMP-BCM Amanzo Membrana Celular 50

Canales inicos

1. Regulados por ligando: Se abren en respuesta a la unin con

neurotransmisores u otras molculas seal.

2. Regulados por cambios de voltaje (Voltaje-

gated ion channel): Se abren en respuesta a variaciones en el potencial

elctrico a travs de la membrana celular.

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1. Canales Inicos Regulados por Ligando:

La unin ligando-receptor genera un cambio conformacional en la molcula canal.

Se abre el poro acuoso.

Ocurre un flujo de iones especficos siguiendo la gradiente del in a travs de la membrana.

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2. Canales inicos abiertos por cambio de voltaje (voltaje-gated ion channel).

Los canales de K+, Na+ y Ca++ regulados por voltaje pertenecen a una gran familia de protenas relacionadas.

Los canales estn formados por subunidades que contienen hlices-alfa transmembrana.

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2. Canales inicos abiertos por cambio de voltaje (voltaje-gated ion channel).

La hlice-alfa transmembrana S4 tiene varios aminocidos cargados positivamente y acta como el sensor de voltaje que interviene en la apertura del canal en respuesta a las variaciones en el potencial de membrana.

Los cationes pasan a travs del poro acuoso hacia la clula.

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Estructura de un tpico Canal inico abierto por cambio de voltaje

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Potencial de Membrana

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Transporte activo

En contra gradiente

Con gasto de energa

Se une a protenas especficas

Es especifico

Es saturable

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Transporte activo

PRIMARIO

Energa proviene del ATP

SECUNDARIO

O acoplado

Energa proviene del gradiente creado por el transporte primario

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Bombas primarias

H+-ATPasa plasmalema

H+ in motriz universal

Usa una fuente de distinta del potencial electroqumico hidrlisis de ATP

Reacciones de oxido reduccin (la cadena de transporte de electrones mitocondrias y cloroplastos),

Absorcin de la luz por la protena transportadora (en halobacterias, bacteriorodopsina

Movimientos de carga Bomba electroneutra (H/K)

Bomba electrognica (Na/K)

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Bomba de Ca+

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Contraccin muscular Diferenciacin celular Expresin gentica

Bomba protenica

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uniporte

Transportadores (carriers) Transporte Activo secundario

Contra gradiente de potencial electroqumico simporte

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Bomba de Na+ y K +

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Antiporte Permite el transporte de aa y glucosa

Transporte citoqumico

Endocitosis

Fagocitosis

Pinocitosis

Endocitosis mediada por receptor

Plegamiento de membrana

Exocitosis

Secrecin

Excresin

Fusin

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Exocitosis

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Tipos de vesculas reguladas

Vesculas sinpticas pequeas

Pueden ser recicladas en el endosoma temprano a nivel del terminal hacindolo rpida y prolongada

Vesculas grandes, densas

No son acumuladas en las zonas activas y tiene un reciclaje lento en AG

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Fagosoma macropinosoma receptosoma recubre la membrana:clatrina Partcula Proyeccin rizo hoyos

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Transcitosis: Una molcula puede ser transportada a travs de una clula sin sufrir mayores modificaciones y liberada al extracelular. T

ran

spo

rte

acti

vo

Referencia Bibliogrfica

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