Membranas Celulares

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Membranas Celulares
Membrana Unitaria

Fronteras  separación, comunicación.

Estructura  parecida  unidad de membrana o membrana unitaria

Diferencia entre las membranas  nivel funcional  función de orgánulos membranosos  depende de la composición de
sus membranas.

Orgánulos y otras estructuras formados por membranas unitarias:

Membrana plasmática

Mitocondrias

Retículo endoplasmático granular y liso

Plastos

Aparato de Golgi

Vacuolas

Lisosomas

Envoltura nuclear

Peroxisomas
Estructura en Mosaico de las Membranas Biológicas

Bicapa Lipídica: doble capa de fosfolípidos.

Estructura en Mosaico  proteínas  5 sistemas de asociación con la membrana lipídica:

Proteínas transmembrana atraviesan la membrana como una -hélice única (de paso único) o en forma de múltiples
-hélices (de paso múltiple)  algunas unidas covalentemente a cadenas de AG de la monocapa citoplasmática.

Unidas a través de su unión covalente a un lípido:
 A una cadena de AG de la monocapa citoplasmática.
 A través de un oligosacárido unido a un fosfolípido minoritario (fosfatidilinositol) en la monocapa no
citoplasmática.
 Unidas a la membrana por interacciones no covalentes con otras proteínas de membrana.

Clasificación según su posición dentro de la bicapa:
 Integrales: no pueden ser liberadas de la membrana por procedimientos de extracción suaves
 Transmembrana
 Internas
 Externas
 Periféricas: pueden ser liberadas mediante procedimientos de extracción relativamente suaves (disolución de
alta o baja fuerza iónica o de pH extremo) que interfieren en las interacciones proteicas pero mantienen intacta
la bicapa lipídica
Características de las Membranas Biológicas

Movilidad de los fosfolípidos sin consumo de energía:

Difusión lateral  dentro de la misma monocapa

Difusión transversa o flip-flop  de una cara de la bicapa a otra  muy raro: grupo polar de la cabeza tiene que
pasar a través del centro apolar de la bicapa  enzimas (flipasas y fosfolípido translocasas) para fosfolípidos
específicos  redistribución de la fosfatidilserina desde la monocapa interna a la externa en la apoptosis.

Rotación: sobre sí mismos o en sus cadenas hidrocarbonadas alrededor de los enlaces C-C

Flexión: de las cadenas sobre todo si contienen dobles enlaces.
 Movilidad de los fosfolípidos en función de:
 Factores internos:
  [Colesterol] :  fluidez
 Estructura de los ácidos grasos:

 insaturaciones :  fluidez

 longitud :  fluidez
 Factores externos:
  Temperatura :  fluidez
 Composición de moléculas en el exterior, …

Fluidez  uniones muy débiles (fuerzas de Van der Waals e interacciones hidrofóbicas):

Desplazarse, romperse, unirse de nuevo o fusionarse con otras membranas.

Permite su crecimiento por fusión con membranas provenientes de otros orgánulos celulares (vesículas de
exocitosis).

Asimetría  proteínas distintas en ambas caras  cada cara  función distinta.

Glucocálix  cara externa  receptor de señales.
Membrana Plasmática

Fina membrana que limita y relaciona el interior de la célula (protoplasma) con el exterior.

Lípidos y proteínas.

Hasta 50 clases de proteínas diferentes.

Oligosacáridos asociados a las proteínas y a los lípidos.
Mosaico Fluido



Extraordinariamente delgada  espesor medio de 10 nm (100Å)  microscopio electrónico.
Doble capa lipídica con proteínas integrales y periféricas que se encuentran dispuestas formando una estructura en mosaico
fluido.
Diferencias con las membranas de los orgánulos:

Cara Externa  Glucocálix  estructura fibrosa  formada por oligosacáridos  unidos a lípidos (glucolípidos) y
proteínas (glucoproteínas).

Cara interna  proteínas asociadas a microtúbulos, a microfilamentos y a otras proteínas con función esquelética
(citoesqueleto).
Funciones de la Membrana Plasmática
1º. Barrera selectiva (permeabilidad selectiva)  limita a la célula e impide el paso de algunas sustancias  medio interno
diferente del exterior:

Permite  pequeñas moléculas (apolares y polares):

Apolares  disuelven en la membrana y la atraviesan fácilmente.

Polares  menores de 100 u.

No permite  moléculas voluminosas o fuertemente cargadas (iones)  produce y controla los gradientes
electroquímicos mediante la salida y entrada de iones.
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Membranas Celulares

Transporte pasivo y transporte activo.
2º. Intercambio de señales  proteínas receptoras de señal como los receptores hormonales.
3º. Inmunidad celular  antígenos de membrana (reconocimiento celular)  glucoproteínas del glucocálix.
4º. Endocitosis y exocitosis.
Clases de Membranas

En los medios orgánicos la difusión está dificultada por la existencia de membranas. Pueden ser:

Impermeables.

Semipermeables  pasa el disolvente.

Permeables  pasa el soluto y el disolvente.
Transporte de Sustancias a través de la membrana plasmática

Según dirección del transporte y tipo de sustancia:

Ingestión: entrada de sustancias necesarias para el metabolismo.

Excreción: salida de productos de desecho.

Secreción: salida de sustancias destinadas a la exportación.

Todas las membranas biológicas.

La célula asegura un medio interno diferente y funciones distintas en cada uno de los orgánulos formados por membranas.
Transporte de Sustancias en forma Molecular


Sustancias disueltas
Según se consuma o no energía:

Transporte pasivo  a favor del gradiente de concentración  sin energía:

Transporte pasivo simple o difusión de moléculas a favor del gradiente.

Difusión a través de la bicapa lipídica:
 Sustancias lipídicas  hormonas esteroideas, fármacos liposolubles y anestésicos (éter).
 Sustancias apolares  O2, N2, H2O, CO2, etanol y glicerina.

Difusión a través de canales proteicos  se realiza a través de proteínas canal que forman canales acuosos en
la doble capa lipídica. Pasan así ciertos iones, como el Na+, el K+ y el Ca2+.

Transporte pasivo facilitado o difusión facilitada:

Moléculas hidrófilas (apolares)

Permeasas  proteínas de la membrana.

A favor del gradiente de concentración  sin aporte de energía.

Transporte activo  en contra de un gradiente químico (de concentración) o eléctrico (potencial eléctrico)

Transportadores específicos de membrana  proteínas.

Gasto de ATP  energía.

Desde pequeñas partículas hasta moléculas orgánicas de mayor tamaño.
Transporte Citoquímico


Partículas o grandes moléculas envueltas en una membrana.
Algunos tipos de células  amebas, macrófagos o las células del epitelio intestinal.

Endocitosis:

Hacia el interior celular.

Sustancias envueltas en vesículas formadas de membrana plasmática  deformación de la membrana 
formación de vacuolas.

Tipos:
 Fagocitosis:
 Grandes partículas sólidas  bacterias, restos celulares.
 Pseudópodos  grandes evaginaciones de la membrana plasmática  envuelven la partícula.
 Vacuola fagocítica.
 Pinocitosis:
 Pequeñas gotitas líquidas
 Vacuolas pinocíticas  pequeñas  fusionan  vacuolas de mayor tamaño.

Exocitosis:

Secreción o excreción de sustancias.

Vesículas de exocitosis  origen: sistemas de membranas o endocitosis  fusionan con la membrana
plasmática.

Endocitosis   membrana plasmática.

Exocitosis   membrana plasmática.

Membrana plasmática  continuo proceso de renovación.
Diferenciaciones Morfológicas de la Membrana Plasmática
Microvellosidades


Repliegues de la membrana plasmática.
Aumentan la superficie celular.
Uniones Intercelulares
Unión estrecha u oclu siva


Extremo apical celular.
Epitelios  pone en contacto células vecinas  impide el paso de moléculas.
Unión adherente



Por debajo de las uniones estrechas  se extienden por todo el perímetro celular.
De anclaje  fuerte unión entre células epiteliales.
Proteínas transmembrana  proteínas de unión intracelulares  filamentos de actina.




Por debajo de las uniones adherentes o cualquier sitio de la membrana plasmática lateral  sitios discretos y pequeños.
Uniones de anclaje  unión entre células.
Unión de células  proteínas transmembrana  proteínas que forman placas  citoesqueleto.
Epitelios  fuertes impactos  piel.

Membrana plasmática lateral  en lugares pequeños y discretos.
Desmosoma
Unión Gap
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Membranas Celulares

Proteínas formadas por 6 subunidades  conexones  poro  moléculas PM < 800 Da (iones)
Hemidesmosoma

Ancla los filamentos intermedios del citoesqueleto a la lámina basal.
Orgánulos Membranosos

Dos tipos:

Membrana simple e intervienen en la síntesis, transformación, empaquetamiento y transporte de sustancias:

Retículo endoplasmático

Complejo de Golgi

Sistemas Vesiculares
 Vacuolas
 Lisosomas

Doble membrana (excepto peroxisomas) e intervienen en el metabolismo celular:

Mitocondrias

Cloroplastos

Peroxisomas
Retículo Endoplasmático



Sistemas de membranas, túbulos y sáculos interconectados  limitan  lumen.
Se comunica con la membrana nuclear.
Síntesis y transporte de sustancias.
Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)



Estructura:

Ribosomas adheridos a la cara citoplasmática de su membrana.

Se continúa con la cara externa de la membrana nuclear.

Membrana algo más fina y más fluida que la citoplasmática.
Funciones:

Síntesis de proteínas  sintetizadas en su cara externa (ribosomas)  almacenan lumen  transportan en vesículas
 otros orgánulos.

Modificación post-traduccional de proteínas  se completan en el CG.

Almacén de proteínas en el lumen.
Todas las células eucariotas (excepto glóbulos rojos)  abundancia depende de la función celular.
Retículo Endoplasmático Li so (REL)



Estructura:

No ribosomas.

Túbulos membranosos interconectados entre sí y con el RER.
Funciones:

Síntesis de lípidos y derivados: lípidos de membrana, hormonas lipídicas, etc.

Almacén de lípidos.

Detoxificación: inactivación de sustancias tóxicas  hepatocitos.

Contracción muscular: muy abundante en músculo  retículo sarcoplasmático.
Más desarrollado en células musculares estriadas, en células intersticiales de ovarios y testículos (sintetiza esteroides) y en
hepatocitos.
Complejo de Golgi


Estructura

Sistema intermembranoso  dictiosomas  conjuntos de sáculos (cisternas) rodeados de pequeñas vesículas.

Polaridad:

Cara cis o de formación: próxima al núcleo  cisternas convexas  vesículas RER (vesículas de transición).

Cara trans o de maduración: próxima a la membrana plasmática  cisternas más gruesas (cóncavas) 
vesículas de secreción.
Funciones:

Modificación de las proteínas sintetizadas en el RER (maduración y acumulación).

Glucosilación de lípidos y proteínas (adicción de cadenas de oligosacáridos).

Secreción de proteínas  cara trans  vesículas  interior o exterior celular.

Origina la pared vegetal y el glucocálix.

Formación de lisosomas y otras vesículas.
Lisosomas

Son pequeñas vesículas procedentes del CG que contienen enzimas digestivas: hidrolasas ácidas (proteínas formadas en el
RER). Poseen una membrana con una cara interna con proteínas (glucoproteínas) para evitar el ataque a la propia
membrana del lisosoma por parte de las enzimas.

Función

Digestión de materia orgánica  pH ácido.
 Extracelular  expulsan enzimas al citoplasma
 Intracelular  se unen a la vacuola.

Tipos:

Lisosoma primario: solo contiene enzimas.

Lisosoma secundario: contiene sustancias en vías de digestión  lisosoma primario + vacuola:
 Vacuola digestiva: la sustancia es del exterior.
 Vacuola autofágica o autofagolisosoma: la sustancia a digerir pertenece a la propia célula 
orgánulos celulares o apoptosis.

Organismos pluricelulares  lisosomas secundarios  cuerpos residuales  signo de degeneración celular.

Acrosoma: lisosoma especial presente en el espermatozoide.
Vacuolas




Vesículas constituidas por una membrana plasmática  contenido interior acuoso.
Sin membrana  inclusiones.
A partir del CG, del RER o de invaginaciones de la membrana plasmática (endocitosis).
Células animales  muy pequeñas y numerosas: se les denomina vesículas:
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

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Membranas Celulares

Vesículas fagocíticas: de nutrición.

Vesículas pulsátiles: en protozoos.

Vesículas pinocíticas: digestión de líquidos.
Células vegetales  una o dos por célula y muy grandes (hasta el 90% del volumen celular)
Funciones

Acumulan agua  turgencia celular.

Almacén de sustancias  productos de desecho o sustancias especiales (alcaloides venenosos, color pétalos, etc...)

Medio de transporte entre el RER, CG, y medio externo.

Movimiento en protozoos: vacuolas pulsátiles.
Mitocondrias






Todas las células eucariotas.
Metabolismo respiratorio aeróbico (O2)  obtención de energía.
Nº variable  más abundantes  células   aporte energético.
Teoría Endosimbiótica  proceden de la simbiosis con una bacteria aeróbica.
Estructura y composición: de fuera hacia adentro:

Membrana mitocondrial externa  composición  membrana otros orgánulos  proteínas de transporte.

Espacio perimitocondrial o intermembranoso  composición  citoplasma.

Membrana mitocondrial interna  composición  citoplasmática:

Invaginaciones o crestas perpendiculares al eje mayor de la mitocondria.

Carece de colesterol y es más impermeable.

Proteínas de transporte de electrones y enzimas  ATPasa (síntesis de ATP): cara matricial de las crestas:
partículas F.

Matriz mitocondrial:

ADN circular de doble hélice, ARN y ribosomas.

Parecido al citoplasma bacteriano.

Enzimas  ciclo de Krebs.

Proteínas transportadoras de electrones.
Función: obtención de energía para la célula:

Matriz mitocondrial:
 Beta oxidación de ácidos grasos.
 Ciclo de Krebs.
 Síntesis de proteínas mitocondriales.
 Síntesis de ADN mitocondrial.

Membrana mitocondrial interna:
 Fosforilación oxidativa.
Peroxisomas



Una membrana  inclusiones cristalinas   cantidad de enzimas.
Reacciones de oxidación  enzimas oxidativas (oxidasas o catalasas)  más de 50 enzimas diferentes  tipo varía según el
tipo celular y el estado fisiológico de la célula.
Función:

Reacciones oxidativas  β-oxidación de ácidos grasos y eliminación del H2O2.

Urato oxidasa  catabolismo purinas  oxidando el ácido úrico  ausente en el hombre.

Catalasa  elimina el H2O2: 2 H2O2  2 H2O + O2
Cloroplastos





Plastos  conjunto de orgánulos vegetales. Tipos:

Cloroplastos: metabolismo fotosintético.

Cromoplastos: pigmentos carotenoides.

Leucoplastos: plastos incoloros que almacenan sustancias de reserva.

Amiloplastos: almacenan almidón.
Cloroplastos  distinta forma y nº variable  necesidades celulares.
Más grandes que las mitocondrias.
Estructura:

Doble membrana:

Membrana plastidial externa y Membrana plastidial interna.
 Fotosistemas.
 Cadenas de transporte electrónico.
 ATPasas de la fotofosforilación.

Espacio Intermembranoso: entre las dos membranas.

Estroma: matriz interna del cloroplasto:

ADN circular de doble hélice.

Ribosomas 70S

Inclusiones

Enzimas del Ciclo de Calvin.

Tilacoides: sáculos membranosos situados paralelamente al eje mayor  grupos en forma de pilas: Grana.

Interconectados  espacio interno: espacio tilacoidal. 3 espacios:

Espacio intermembranoso.

Estroma.

Espacio tilaciodal.
Funciones:

Fotosíntesis  2 etapas:

Fase lumínica: membrana tilacoidal  reacciones de conversión de la energía lumínica en energía química
(ATP)  genera poder reductor (NADPH2)  necesaria la luz solar y pigmentos fotosintéticos (clorofila).

Fase oscura o Ciclo de Calvin: estroma del cloroplasto  fijación del CO2 en moléculas orgánicas  glucosa 
almidón (almacén)  No necesita luz.

Síntesis  proteínas  codificadas en el ADN plastidial.