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Curso: Biología
Terapia Ocupacional 2012
• Encierra a la célula
• Define sus límites
• Mantiene diferencias entre citosol y
ambiente extracelular
• Mantienen las diferencias entre el contenido
de cada organelo y el citosol
• Todas presentan una estructura común:
una fina bicapa de lípidos y proteínas que se
mantienen unidos por interacciones nocovalentes
• Bicapa lipídica: estructura fluida básica y
barrera impermeable para la mayoría de las
moléculas solubles en agua
• Proteínas: encargadas de todas las
funciones y diferencias entre las membranas
ESTRUCTURA Y FUNCION DE LA
MEMBRANA PLASMATICA
Héctor R. Contreras M.
hcontrer@med.uchile.cl
Lípidos: más del 50% de la masa total de las membranas de las células animales
5 x 106 moléculas de lípidos por um2 de membrana
Todos los lípidos de membrana son anfipáticos
Fosfolípidos
Otro grupo
fosfato
Cabeza polar
hidrofílica
glicerol
Esfingolípidos: esfingosina en vez de glicerol
Esfingomielina
Colas apolares
hidrofóbicas
Tipos de Fosfolípidos:
Otro grupo:
Colina
Fosfatidilcolina
Etanolamina
Fosfatidiletanolamina
Serina
Fosfatidilserina
Inositol
Fosfatidilinositol
Los ácidos grasos normalmente contienen
cadenas de 14 a 24 átomos de carbono
Saturados, sin dobles enlaces
Insaturados, con uno o más dobles enlaces
FOSFATIDILCOLINA
El doble enlace genera una pequeña curvatura en una de las colas, lo que afecta el
empacamiento de los fosfolípidos uno al lado del otro
fluidez de la membrana
Las moléculas de lípidos se mueven dentro de la bicapa
Comportamiento de los fosfolípidos en solución acuosa
Los fosfolípidos espontáneamente se
agregar para esconder su cola hidrofóbica
en el interior y exponer su cabeza
hidrofílica al agua
Miscela: Si presentan
forma cónica
Difusión lateral: muy rápida
Coeficiente de difusión, D:108 cm2/seg
Rotación muy rápida sobre su eje y flexibilidad
de sus cadenas hidrocarbonadas
Flip-flop: muy lento, menos de uno al mes para
una molécula individual
Las moléculas de fosfolípidos están confinadas a su propia bicapa. Existen enzimas llamadas
translocadoras de fosfolípidos que aceleran el movimiento flip-flop cuando es necesario,
por ejemplo durante la síntesis en el RE.
Bicapa: Si presentan forma cilíndrica.
Este arreglo deja en los extremos las colas
hidrofóbicas expuestas al agua, lo que lo vuelve
energéticamente más desfavorable, para evitarlo
la bicapa de fosfolípidos se pliega y se fusionan
sus extremos generando un compartimento
sellado
Colesterol
La fluidez de las membranas depende de su composición
A temperatura fisiológica (37ºC) las células de mamíferos
mantienen los fosfolípidos en estado líquido, si baja éstos
pueden pasar a estado gel: transición de fase
La temperatura a que ocurre es más baja si las cadenas
hidrocarbonadas son cortas o contienen dobles enlaces
Las insaturaciones producen bicapas más finas y más difíciles
de congelar
Glicolipidos
Se ubican exclusivamente en
la bicapa externa
Constituyen el 5% de los
lípidos de membrana
Se adicionan en el Golgi
Las membranas plasmáticas de
células eucariontes presentan alto
contenido de colesterol, hasta
una molécula por fosfolípido.
Los más complejos son los
gangliosidos, que poseen
oligosacáridos con uno o más
residuos de ácido siálico, que
les dan una carga neta
negativa.
Se han identificado más de 40
Son muy abundantes en
células nerviosas (5 a 10% del
total de lípidos)
Aumenta las propiedades de
barrera de permeabilidad de los
fosfolípidos
Se orienta con el grupo hidroxilo próximo a la
cabeza polar de los fosfolípidos y su rígida
estructura de anillos esteroidales interactúa con
parte de la cadena hidrocarbonada próxima a la
cabeza polar inmovilizándola parcialmente.
Son importantes en:
• Adhesión celular
• Reconocimiento celular
• Protección de células (pH)
• Receptores para ciertas
toxinas bacterianas (colera)
• Bicapa menos deformable
• Decrece la permeabilidad a pequeñas moléculas
solubles en agua
• Tiende a hacer la bicapa menos fluida
• Inhibe las posibles transiciones de fase
La composición lipídica de las membranas varía de un tipo celular a otro
La composición lipídica varía de una bicapa a otra (asimetría)
Eritrocitos
Externa:
Glicolípidos
Fosfatidilcolina
Esfingomielina
% de lípidos totales por peso
Lípido
Colesterol
Fosfatidiletanolamina
Fosfatidilserina
Fosfatidilcolina
Esfingomielina
Glicolipidos
Otros
hígado glóbulorojo mitocondria
17
7
4
24
19
7
22
23
18
7
17
18
3
13
3
25
2
39
0
trazas
21
RE
6
17
5
40
5
trazas
27
Interna:
Fosfatidiletanolamina
Fosfatidilserina
E.coli
0
70
trazas
0
0
0
30
La membrana contiene Rafts lipídicos
Microdominios ricos en esfingolípidos, colesterol
y algunas proteínas de membrana. La bicapa
lipídica es un poco más gruesa en estos lugares
y se tienden a acumular ciertas proteínas.
Las colas de los esfingolípidos pueden
interactuar entre las dos bicapas
Parecen estar involucrados en el transporte por
vesículas
Integración de los lípidos en la membrana
„
“Rafts” lipídicos
En la membrana existen “rafts”
En la membrana existen “rafts” (balsa), (balsa), microdominios
microdominios ricos en esfingolípidos, ricos en esfingolípidos, colesterol y proteínas de membrana
colesterol y proteínas de membrana
„
Glicolípidos
Las dos capas de FFL de una membrana Las dos capas de FFL de una membrana tienen distintos FFL dándole propiedades tienen distintos FFL dándole propiedades especiales a cada una
especiales a cada una
Función de los fosfolípidos en las señales celulares
PROTEÍNAS DE MEMBRANA
Modelo de Mosaico
Fluido de Singer y
Nicholson, 1972
Señales extracelulares pueden
Activar la PI 3-quinasa que
Fosforila el fosfatidilinositol al
Cual se pueden unir varias
Moléculas de señalización
intracelular
Señales extracelulares
pueden activar fosfolipasas que cortan los
fosfolipidos y el fragmento actuar como una
molécula de señalización
Dependiendo del tipo celular habrán de 15 a 50 proteínas diferentes, distribuidas
asimétricamente en ambas bicapas
La enzima proteína quinasa C (PKC), es activada en respuesta a señales externas y se une a la monocapa
citosólica, a través de la fosfatidilserina. Requiere de este fosfolípido cargado negativamente para su actividad
Proteínas de membrana
Proteínas periféricas: Fuera de la bicapa, unidas no-covalentemente a otras
proteínas o lípidos. Se pueden extraer facilmente con soluciones iónicas o cambios
de pH
Proteínas integrales: En el interior de la bicapa. Sólo se pueden solubilizar
usando detergentes
Diferentes maneras en que las proteínas se asocian a la bicapa lipídica:
Distintas
Distintas formas
formas en
en que
que una
una
proteína
proteína se
se puede
puede asociar
asociar aa la
la
membrana.
membrana. Las
Las porciones
porciones que
que
atraviesan
atraviesan la
la membrana
membrana deben
deben
ser
ser apolares
apolares
1: Transmembrana, de paso único de α-hélice
2: Transmembrana, de paso múltiple α-hélice
3: Transmembrana, barril β
4: En una sola monocapa, anclada por una α-hélice anfipática
5: Unida sólo a la monocapa citosólica por unión covalente con un fosfolípido
6: unida sólo a la monocapa externa vía un oligosacárido de fosfatidilinositol (GPI)
7 y 8: Unidas por interacciones no-covalentes a otras proteínas de membrana
Posición y movimiento de las proteínas en la
membrana
En la mayoría de las proteínas de transmembrana la
cadena polipeptídica que cruza la bicapa lipídica tiene
conformación α-hélice
Normalmente tienen una orientación única en la
membrana dependiendo de cómo fueron sintetizadas e
insertadas en el RER
Segmentos de 20 a 30
aminoácidos muy
hidrofóbicos son
suficientemente largos
para insertarse en la
bicapa con estructura
de α-hélice
Las Las proteínas proteínas se se encuentran encuentran en en sitio sitio más más o o menos menos definidos definidos de de la la membrana membrana (dominios). (dominios). Estos Estos sitios sitios son son determinados determinados por por la la asociación de proteínas con otras estructuras que las mantienen en su asociación de proteínas con otras estructuras que las mantienen en su lugar. lugar. De De otro otro modo modo estas estas se se distribuirían distribuirían homogéneamente homogéneamente en en la la membrana
membrana
GLICOCALIX
Muchas células confinan las proteínas de
membrana a dominios específicos de la bicapa
lipídica.
Células epiteliales se observa diferencias entre
membrana apical, lateral y basal.
Estas diferencias serían mantenidas por las
uniones celulares
Formas de restringir el movimiento
lateral de proteínas.
A: ensamblaje en grandes agregados
interacción con macromoléculas
B: fuera de la célula
C: dentro de la célula
D: interacción con proteínas de la
superficie de otra célula
TRANSPORTE A TRAVES DE LA MEMBRANA
Transporte a través de
membranas
Toda comunicación entre la célula y su medio es a través de la membrana.
La membrana plasmática presenta permeabilidad selectiva
„
Permeabilidad selectiva
„
„
Difusión
Osmosis
Transportadores
„
Pasivos:
„
Canales
„
Proteínas transportadoras
Los canales son específicos de la sustancia Los canales son específicos de la sustancia que pasa a través de ellos. Estos se pueden que pasa a través de ellos. Estos se pueden abrir y cerrar. Cuando están abiertos, la abrir y cerrar. Cuando están abiertos, la sustancia pasa a favor de un gradiente de sustancia pasa a favor de un gradiente de concentración sin usar energía
concentración sin usar energía
Transportadores 2
„
Activos
„
Transporte activo
„
„
Cotransporte: La proteína cotransportadora
Cotransporte: La proteína cotransportadora
no utiliza energía pero funciona según un no utiliza energía pero funciona según un gradiente de concentración logrado en otro gradiente de concentración logrado en otro lugar de la membrana gracias a una bomba lugar de la membrana gracias a una bomba que usa energía. En el cotransporte, se que usa energía. En el cotransporte, se transporta una sustancia a favor del transporta una sustancia a favor del gradiente de concentración y otra gradiente de concentración y otra generalmente en contra de él. Cuando las dos generalmente en contra de él. Cuando las dos moléculas pasan hacia el mismo lado de la moléculas pasan hacia el mismo lado de la membrana se llaman simportadores
membrana se llaman simportadores y cuando y cuando pasan a lados opuestos se llaman pasan a lados opuestos se llaman antiportadores
antiportadores
El transporte simple activo usa una proteína El transporte simple activo usa una proteína (llamadas también bombas de membrana) (llamadas también bombas de membrana) que cambia su conformación al unirse a que cambia su conformación al unirse a fosfatos donados por el ATP. La falta de ATP fosfatos donados por el ATP. La falta de ATP impide su función. Suelen bombear en contra impide su función. Suelen bombear en contra del gradiente de concentración
del gradiente de concentración
Transporte simple
Cotransporte (transporte activo secundario)
Difusión: Proceso espontáneo mediante el cual una sustancia se desplaza desde
una región de mayor concentración a una de menor concentración hasta eliminar
las diferencias de concentraciones en ambas regiones.
La difusión del agua por la membrana ocurre con mayor rapidez que la de iones y
pequeños solutos apolares, se dice que la membrana es semipermeable
Osmosis: movimiento de agua a través de una membrana semipermeable desde
una región de menor concentración de soluto a una de mayor concentración de
soluto
Dando el tiempo necesario, virtualmente cualquier molécula podría difundir a través de la
bicapa lipídica de acuerdo a su gradiente de concentración, pero las polares demorarían
muchísimo
Existen proteínas transportadoras que realizan
difusión facilitada o mediada por transportadores.
(transporte pasivo)
Son proteínas de transmembrana de múltiple paso que
permiten que solutos hidrofílicos crucen la membrana sin
entrar en contacto con el interior de la bicapa hidrofóbica
Proteínas que forman Canales y proteínas
Transportadoras
Unen solutos específicos y sufren cambios
conformacionales
Forman canales acuosos a través de
la bicapa
CANALES IÓNICOS
Difusión facilitada vía Transportadores
Son selectivos a los iones
Fluctúan entre estado abierto
y estado cerrado
Se abren en respuesta a un
estímulo específico:
• Voltaje: cambios de voltaje
en la membrana
• Stress mecánico
• Unión de ligando:
extracelular: neurotansmisor
intracelular: un ión o un
nucleótido
• Proteínas de membrana llamadas facilitadores del transporte o transportadores
• La unión del sustrato genera un cambio conformacional en la proteína que
permite que sea trasladada al otro lado de la membrana
• Son muy específicos para el sustrato, incluso para la forma D o L de la molécula
• Es un transporte pasivo, a favor de la gradiente de concentración y bidireccional
• Ejemplo: Transportadores de glucosa (Glut1-5) desde sangre al interior de las
células
Difusión facilitada (transporte pasivo)
Las proteínas transportadoras cambian de Las proteínas transportadoras cambian de conformación cuando se unen a la sustancia conformación cuando se unen a la sustancia transportada. Cuando están libres dan la cara transportada. Cuando están libres dan la cara a una lado de la membrana. Cuando se unen a una lado de la membrana. Cuando se unen a la sustancia cambian para “abrirse”
a la sustancia cambian para “abrirse” hacia el hacia el otro lado.
otro lado.
Acoplamiento de Transporte activo a gradiente de iones - Cotransporte
TRANSPORTE ACTIVO
Transporte activo secundario, sin
gasto de ATP, en que se utiliza la
gradiente de concentración de
iones para conducir otras
moléculas en contra del gradiente
de concentración de éstas.
Muchas células mantienen el pH
citoplasmático acoplando la salida
de H+ a la entrada de Na+
Transporte de glucosa al
interior de las células
intestinales en contra de la
gradiente acoplado al
transporte de sodio a favor
de la gradiente
Exterior
Interior
K+
5mM
Na+ 150mM
+
Ca 100 a
1000 veces
menor
100 mM
10 – 20 mM
10-7 M
Difusión Simple
El transporte activo, mediante una bomba
dirigida por la hidrólisis de ATP, mantiene
esta gradiente de concentraciones
Funcionamiento de la Bomba Na+ - K+ ATPasa
BOMBA Na+ - K+ ATPasa
• La bomba es asimétrica, sólo
transporta iones en un sentido
• Por cada ATP hidrolizado:
Salen 3 sodios
Entran 2 potasios
• La proteína es un tetrámero
con dos subunidades:
α : Mayor tamaño, transporte
β : Más pequeña, ensamblado
a la membrana
• 1/3 de la energía producida
por la célula se usa en este
transporte, llegando a 2/3 en
células nerviosas
Funciones especiales de los lípidos
de membrana
„
Fosfolípidos en transducción de señales
Durante la señalización celular los FFL pueden Durante la señalización celular los FFL pueden ser modificados para continuar el flujo de ser modificados para continuar el flujo de información desde el exterior al interior de la información desde el exterior al interior de la célula. Para esto pueden ser fosforilados
célula. Para esto pueden ser fosforilados o o pueden ser parcialmente degradados
pueden ser parcialmente degradados
Glicocalix
LA MATRIZ EXTRACELULAR
La matriz extracelular es el
componente no celular
fundamental del tejido conjuntivo
Papel fundamental envolviendo
las células durante el desarrollo
Modelo de lá
lámina basal
Endocitosis
Las sustancias que van a ser endocitadas son englobadas en invaginaciones de membrana plasmática que acaban cerrándose y forman vesículas intracelulares que contienen el material ingerido. Según el tamaño de las partículas endocitadas
podemos distinguir dos tipos de endocitosis:
Fagocitosis: El material que se ingiere es muy grande. La célula extiende unas prolongaciones de membrana llamadas pseudópodos, que rodean progresivamente a la partícula hasta formar un fagosoma (vesícula de gran tamaño). Estos materiales acaban digeridos por los lisosomas.
Fagosoma
Pseudópodos
Pinocitosis: El material ingerido es liquido o pequeñas partículas, y queda englobado en vesículas que se forman a partir de depresiones de membrana llamadas pozos recubiertos. Estas regiones se caracterizan por la presencia de un armazón proteico formado por clatrina. A partir de ella se están formando continuamente vesículas de pinocitosis.
‐ En los dos tipos de endocitosis participan proteínas especiales denominadas receptores de endocitosis, que se acumulan en las regiones de las membranas que realizan estos procesos y reconocen específicamente los materiales que van a ser ingeridos, uniéndose a ellos. De este modo las células incorporan por endocitosis únicamente las sustancias que les interesan.
Exocitosis
Es el proceso contrario a la endocitosis. Mediante este proceso se secretan los materiales necesarios para renovar la membrana plasmática y los componentes de la matriz extracelular. También se vierten al exterior hormonas, neurotransmisores, enzimas digestivos…
Endocitosis
material
vesícula
Exocitosis
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