MEMBRANA Y TRANSPORTE DE MEMBRANA Características generales de las membranas biológicas: el modelo que describe la estructura básica de toda membrana es el “modelo de mosaico fluido”. Son estructuras laminares constituidas por lípidos y por proteínas. La mayor parte posee también hidratos de carbono unidos a las proteínas y a los lípidos. Son fluídas, lo que permite a los lípidos y proteínas desplazarse en la bicapa por: movimiento lateral (dentro de una misma monocapa), rotación (giro sobre su propio eje) y flip-flop (entre una monocapa y la otra). Son asimétricas en cuanto a la disposición de sus componentes. Poseen una permeabilidad selectiva, es decir que según las características químicas de la sustancias permite el pasaje o no. Funciones de las membranas biológicas: Separan compartimientos de composición química distinta (por ejemplo, la membrana plasmática separa el medio intracelular del extracelular) y permite que esas diferencias entre medios se mantengan. Compartimentalización: en eucariontes el trabajo celular se divide en distintos compartimientos membranosos. Transporte de partículas Interacción entre células y con la matriz extracelular Anclaje del citoesqueleto Soporte de enzimas Componentes de la membrana Fosfolípidos Lípidos Integrales Proteínas Colesterol Periféricas Asociados a lípidos: glicolípidos Hidratos de carbono Asociados a proteínas: glicoproteínas 1) Lípidos Fosfolípidos: debido a su naturaleza anfipática espontáneamente en medios acuosos se disponen formando bicapas. La fluidez de la membrana depende de las características de las cadenas hidrocarbonadas de los fosfolípidos (insaturadas aumentan la fluidez; saturadas disminuyen la fluidez). La distribución de los tipos de fosfolípidos es asimétrica, algunos tipos fosfolípidos se ubican solamente en una de las caras de la membrana. Colesterol : su función es disminuir la permeabilidad de la bicapa a moléculas hidrofílicas y regular el grado de fluidez. 2) Proteínas: son el componente funcional de las membranas periférica (proteínas receptoras, canal, enzimas, etc.) Su clasificación obedece al grado de asociación que tienen con la bicapa. Integrales: están insertadas dentro de la bicapa. Interactúan tanto con integral las cabezas como con las colas de los fosfolípidos. Algunas atraviesan completamente la membrana de lado a lado, son las proteínas transmembrana. Estas se distribuyen asimétricamente ya que integral los polipéptidos que emergen en periféricas ambas caras son diferentes. Periféricas: no penetran en el interior hidrofóbico de la bicapa por lo que se asocian con la membrana a través de las cabezas de los fosfolípidos o de las proteínas integrales. Su distribución es también asimétrica. 3) Hidratos de carbono: se presentan en forma de oligosacáridos unidos covalentemente a lípidos (glucolípidos) o a proteínas (glucoproteínas) de la membrana. Se distribuyen en forma asimétrica, se encuentran en la monocapa que mira hacia el medio extracelular y en el sistema de endomembranas en la monocapa interior. El conjunto de todos los oligosacáridos de la membrana plasmática forman una cubierta denominada glucocálix.. La organización fundamental de las membranas biológicas es explicada por el “modelo del mosaico fluído” (Singer y Nicolson): es una bicapa de lípidos con proteínas dispuestas como un mosaico que pueden penetrar en la bicapa. Además poseen glúcidos asociados. Las membranas son fluídas, dinámicas y la disposición de sus componentes es asimétrica. Transporte a través de la membrana Las membranas son barreras de permeabilidad selectiva. Esta selección se basa fundamentalmente en características químicas de las moléculas que atraviesan la membrana: la polaridad o la presencia de una carga neta, el tamaño y el gradiente de concentración. Los mecanismos de transporte se clasifican del siguiente modo: Difusión simple Carriers o permeasas TRANSPORTE PASIVO Difusión facilitada Canales Cotransporte simporte antiporte Osmosis Bombas pinocitosis TRANSPORTE ACTIVO r Endocitosis fagocitosis mediada por receptor Transporte en masa Exocitosis 1) Transporte Pasivo: son transportes que ocurren sin gasto directo o acoplado de energía metabólica. a- difusión simple: es a favor del gradiente de concentración. Las moléculas atraviesan libremente la bicapa. Ejemplos: gases, el benceno, metanol, etanol y glicerol. b- difusión facilitada: es a favor del gradiente de concentración y está mediado por proteínas de membrana. Por este mecanismo pueden transportarse moléculas polares sin carga( glucosa por ejemplo) o que tengan carga neta (un ión). b.1- Carriers o permeasas:. b.2- Canales b.3- Cotransporte:transporte simultáneo de dos partículas, una a favor de su gradiente y la simporte antiporte otra en contra del suyo. Hay dos casos: Simporte: si ambas moléculas son transportadas en el mismo sentido, por ejemplo ambas ingresando a la célula. Antiporte: si ambas moléculas son transportadas en sentido contrario, es decir una ingresa y la otra sale de la célula. c-ósmosis: pasaje de agua desde un compartimiento hacia otro, ambos separados por una membrana que permite el pasaje de agua y no de solutos. El pasaje de agua se produce siempre desde las soluciones más diluídas o hipotónicas (que poseen menor presión osmótica) a las soluciones más concentradas o hipertónicas (las de mayor presión osmótica). Solución hipertónica Solución hipotónica Soluciones isotónicas Membrana semipermeable Azúcar Agua 2) Transporte activo: son transportes que ocurren con gasto directo o acoplado de energía metabólica. a-bombas: permiten el transporte de un ión o dos iones acoplados, en contra de sus gradientes y con gasto de ATP. Por ejemplo la bomba Na+ / K+. b-transporte en masa: las partículas nunca atraviesan las membranas. Implica la formación de vesículas a partir de la membrana plasmática (endocitosis) y fusión secuencial de vesículas membranosas con la membrana plasmática (exocitosis). De acuerdo a la dirección del transporte de las partículas hay dos tipos de transporte en masa: b.1-endocitosis: es el ingreso a la célula de partículas por transporte en masa. Hay varios tipos de endocitosis de acuerdo al material que ingresa: Pinocitosis: para líquidos o solutos pequeños en fase acuosa. Fagocitosis: para partículas de gran tamaño Mediada por receptor: es una endocitosis específica ya que permite el ingreso de moléculas que sean reconocidas por receptores específicos que se encuentran en la membrana (por ejemplo el ingreso de LDL). b.2- exocitosis: es la salida o secreción de sustancias al medio extracelular por transporte en masa. SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS El sistema de endomembranas consiste en un conjunto de membranas intracelulares (en eucariontes) que se encuentran relacionadas física y funcionalmente. Algunas de ellas tienen continuidad o comunicación directa. El SVC –sistema vacuolar citoplasmático- comprende a: Envoltura nuclear o carioteca Retículo endoplasmático rugoso o agranular (REL) Retículo endoplasmático rugoso o granular (REG) Aparato de Golgi Lisosomas Endosomas 1- Envoltura nuclear: está formada por dos membranas concéntricas separadas por un espacio. La membrana externa tiene ribosomas adheridos. 2-Retículo endoplasmático liso: está constituido por túbulos membranosos delgados que carecen de ribosomas. Desempeña las siguientes funciones: Síntesis de lípidos Detoxificación Participa en uno de los pasos de la degradación del glucógeno Almacenamiento y liberación de calcio: posee bombas de calcio. Esto es particularmente importante en las células del músculo estriado. 3-Retículo endoplasmático rugoso: se origina a partir de la membrana externa del núcleo. Tiene ribosomas adheridos. Su función es la síntesis de algunas proteínas, a saber: Proteínas de membrana Proteínas de exportación o secreción Enzimas que pertenecen al SVC Enzimas hidrolíticas o lisosomales Síntesis de proteínas en el REG a-La síntesis comienza en un ribosoma libre en el citosol. Si la futura proteína será de exportación o de membrana o lisosomal o del SVC, los primeros aminoácidos del péptido que emerge constituyen el péptido señal que indica que la síntesis deberá continuar en el REG. El péptido señal es reconocido por la partícula de reconocimiento de la señal (PRS) que se une a ella y la síntesis de la proteína se detiene. Todo este complejo (péptido, ribosoma, PRS) migra hacia el REG. b-este complejo se une específicamente a una proteína receptora de la membrana del REG, la riboforina. La PRS se disocia y se reanuda la síntesis proteica con la particularidad que a medida que la cadena polipeptídica crece, va ingresando hacia la luz del REG por un proceso conocido como descarga vectorial (es con consumo de energía y siempre en dirección hacia la luz del REG). c-en la luz o interior del REG el péptido señal es removido . Dentro del REG las proteínas pueden sufrir modificaciones. En la mayoría de los casos las proteínas son glucosiladas en la luz del REG (agregado de un oligosacárido presintetizado que se modificará finalmente en el Golgi) d-la proteína glucosilada sale del REG en una vesícula y se traslada hacia el aparato de Golgi antes de dirigirse al destino celular correspondiente. 4-Aparato de Golgi: compuesto por varias cisternas apiladas en forma regular. Cada una posee dos caras: una convexa o de formación (en general orientada hacia los retículos) y otra cóncava o de maduración (generalmente orientada hacia la membrana plasmática). El Golgi es el principal distribuidor de macromoléculas en la célula. Muchas de estas moléculas pasan a través del Golgi para completar así su maduración. Este proceso incluye fundamentalmente la glucosilación definitiva de las Glucoproteínas y Glucolípidos como así también la segregación y direccionamiento de productos hacia sus destinos finales. Ciclo secretor: ejemplo de síntesis de una proteína de exportación REG Golgi vacuola condensante gránulo se secreción exocitosis 5-Lisosomas: vesículas membranosas que en su interior contienen enzimas hidrolíticas. Se encargan de la digestión intracelular de macromoléculas. Se caracterizan por tener un interior con pH 5 (que se mantiene gracias a una bomba de protones en su membrana). Hay dos tipos de lisosomas: lisosomas primarios: son aquellos que todavía no tienen en sustrato a digerir lisosomas secundarios: son los que ya contienen el sustrato a digerir. Hay tres tipos de lisosomas secundarios: -heterofagosoma o vacuola digestiva: es el que aparece después de una fagocitosis o pinocitosis de material extraño. Este material es digerido progresivamente por las enzimas hidrolíticas. -cuerpos residuales: son los que resultan de una digestión incompleta. Serán eliminados por exocitosis -vacuola autofágica o autofagosoma: caso en que el lisosoma contiene partes celulares en vías de digestión. Digestión intracelular Fagocitosis fagosoma lisosoma secundario exocitosis de desechos 6- Endosomas: son las organelas encargadas de recibir el material que ingresa a la célula por endocitosis. Se transforman en lisosomas una vez que incorporan ciertas enzimas hidrolíticas que provienen del Golgi (y que se sintetizaron en el REG). Se los clasifica en endosomas tempranos (los recién formados y que por lo tanto están cerca de la membrana) y endosomas tardíos (ya están alejándose de la membrana). Peroxisomas y glioxisomas: estas organelas no tienen ningún tipo de relación con el SVC ya que sus enzimas son sintetizadas en el citosol. Peroxisomas Presentes en todas las células eucariontes. Contienen enzimas oxidativas (oxidan por ejemplo ácido úrico, oxalacetatos, ácidos grasos, purinas, aminoácidos, etc.). A diferencia de lo que ocurre en las mitocondrias, en estas oxidaciones no se genera ATP. Como resultado las oxidaciones del peroxisoma se produce H2O2 (peróxido de hidrógeno), que es una molécula altamente tóxica. Pero los peroxisomas poseen una enzima que neutraliza al H2O2 por medio de la siguiente reacción: 2 H2O2 2 H2O + O2 Glioxisomas Exclusivas de las células eucariontes vegetales y se relacionan con el metabolismo de los triglicéridos. Poseen enzimas que se utilizan para transformar los lípidos contenidos en las semillas en hidratos de carbono.