MEMBRANA PLASMÁTICA

1. MEMBRANA PLASMÁTICA

2. La membrana plasmática define la extensión de la célula y mantiene las diferencias esenciales entre el contenido de ésta y su entorno. Membrana Plasmática • No es una barrera pasiva • Es un filtro altamente selectivo que mantiene la desigual concentración de iones y moléculas orgánicas a ambos lados de ella. • Permite que los nutrientes penetren y los productos residuales salgan de la célula.

3. Membrana Plasmática Es una bicapa lipídica que incluye proteínas La bicapa lipídica constituye la estructura básica de la membrana y actúa de barrera relativamente impermeable al flujo de la mayoría de las moléculas hidrosolubles. El modelo de mosaico fluido es, en biología, un modelo de la estructura de la membrana plasmática propuesto en 1972 por S. J. Singer y G. Nicolson gracias a los avances en microscopía electrónica y al desarrollo de técnicas de criofractura. Según el modelo del mosaico fluído, las proteínas (integrales o periféricas) serían como "icebergs" que navegarían en un mar de lípidos (fluído lipídico).

4. Bicapa lipídica Mosaico fluido

5. Componentes básicos de las membranas Proteínas Median las funciones de la membrana. • Transporte • Reacciones enzimáticas • Eslabones estructurales entre el citoesqueleto y la matriz extracelular • Receptores Lípidos • Las moléculas lipídicas son insolubles en agua, pero se disuelven fácilmente • en solventes orgánicos. • Constituyen aproximadamente un 50% de la masa de la mayoría de membranas • plasmáticas de las células animales. Glúcidos: Glicolípidos y Glicoproteínas En la membrana plasmática de todas las células eucariontes, muchas proteínas y algunos lípidos de la superficie celular tienen cadenas de polisacáridos y oligosacáridos unidas covalentemente a ellas.

6. O O Grupo Hidrofílico (polar) O P O- O P O- O O CH2 CH2 CH CH2 CH2 CH Doble enlace cis Colas Hidrofóbicas (no polar) Cadenas hidrocarbonadas Insaturadas con dobles enlaces cis Cadenas hidrocarbonadas Saturadas rectas Componentes bioquímicos de las membranas 1. Lípidos Existen 3 tipos principales de lípidos en las membranas celulares A. Fosfolípidos Estructura general de los fosfolípidos: Grupo de cabeza polar

7. Espacio Extracelular Esfingomielina Fosfatidilcolina Fosfatidilserina Fosfatidiletanolamina Citosol Componentes bioquímicos de las membranas 1. Lípidos A. Fosfolípidos • Los principales fosfolípidos de la membrana de eritrocitos humanos: • Fosfatidiletanolamina • Fosfatidilserina • Fosfatidilcolina • Esfingomielina La bicapa lipídiaca de la membrana plasmática es asimétrica

8. Componentes bioquímicos de las membranas 1. Lípidos: B. Glucolípidos • Lípidos que contienen oligosacáridos • Se encuentran únicamente en la mitad exterior de la bicapa • Suelen constituir el 5% de las moléculas lipídicas de la monocapa exterior. Espacio Extracelular Citosol

9. Cabeza polar Cabeza polar Región rígida de colesterol Estructura rígida del anillo esteroide Región más fluída Cola hidrocarbonada no polar Posición del colesterol en la bicapa Componentes bioquímicos de las membranas 1. Lípidos: C. Colesterol

10. Transición de fase Calor Viscoso Líquido ¿De qué depende la fluidez de la membrana? La fluidez de las bicapas lipídicas depende de (i) su composición lipídica y (ii) de la temperatura (i) Temperatura (ii) Composición Lipídica Los dobles enlaces cis de las cadenas hidrocarbonadas insaturadas aumentan la fluidez de la bicapa fosfolipídica, al hacer que el empaquetamiento de las cadenas sea más difícil. La mayor longitud de las cadenas hidrocarbonadas disminuyen la fluidez de membrana. Viscoso Líquido La presencia de colesterol disminuye la fluidez haciendo que las cadenas hidrocarbonadas de los fosfolípidos se junten, compacten y cristalicen (mayor rigidez).

11. Aunque la estructura básica de las membranas biológicas está determinada por la bicapa lipídica, la mayor parte de sus funciones están desempeñadas por proteínas. Componentes básicos de las membranas 2. Proteínas y glicoproteínas La cantidad y el tipo de proteínas de una membrana reflejan su función. Metodológicamente se definieron dos clases de proteínas de membrana: 1) Periféricas: Se disocian de la MP con tratamientos con agentes polares (no destruyen la MP) porque están unidas a la bicapa lipídica mediante uniones débiles. 2)Integrales: Se disocian de la MP mediante tratamientos que rompen la bicapa fosfolipídica porque están unidas a esta por uniones fuertes hidrofóbicas o covalentes. Incluye proteínas de transmembrana y proteínas unidas a una de las dos capas fosfolipídicas por uniones covalentes.

12. Proteínas integrales de membrana Proteínas de transmembrana Proteínas unidas por uniones covalentes

13. Solubización con detergentes de proteínas integrales de membrana

14. Componentes bioquímicos de las membranas 3. Glúcidos: Glicolípidos Glicoproteínas En la membrana plasmática de todas las células eucariontes, muchas proteínas y algunos lípidos de la superficie celular tienen cadenas de polisacáridos y oligosacáridos unidas covalentemente a ellas. Glucocálix: Describe la zona periférica, rica en carbohidratos de la superficie de la mayoría de las células eucariotas. Está formado por las cadenas laterales de oligosacáridos de las glucoproteínas y de los glucolípidos unidos a la membrana, aunque también puede corresponder a glucoproteínas y glucolípidos secretados y luego adsorbidos por la célula.

15. Glucocálix

16. Lipid raft o balzas lipídicas • Lipid rafts son ensamblados dinámicos de colesterol, esfingolípidos y proteínas de membrana dispersas dentro de la membrana plamática. • Los rafts son plataformas especializadas en transducción de señales, endocitosis y segregación de proteínas. • Caveolae es un tipo especializado de lipid raft que contiene a la proteína caveolina y que se caracteriza por invaginaciones morfológicamente definidas de la superficie celular. • Proteínas enriquecidas en lípid rafts: • Proteínas ancladas a la cara externa de la membrana plasmática (MP) a través de un glicosilfosfatidil-inositol (ancladas a GPI). • Enzimas y proteínas adaptadoras doblemente aciladas (Ej: FRS2, Src-Kinasa, etc) y unidas a la cara interna de la MP. 3. Proteínas transmembrana. OUT MP Lipid raft IN OUT MP IN Caveola

17. Visualización de los microdominios de membrana

18. Lipid Rafts Phosphatidyl choline Cholesterol Ganglioside Sphingolipid GPI-linked protein Lipid Raft Medio Extracelular MP Citosol Src-family kinase Lipid Raft Phosphatidyl ethanolamine Saturated phospholipids Unsaturated phospholipids Phosphatidyl inositol GPI-linked protein Src-family kinase + Resistentes al tratamiento en frío con detergentes no iónicos (Tritón X-100)

19. Pequeñas moléculas polares, ej: H2O Etanol Moléculas Polares Grandes, ej: Glucosa Gases: CO2 O2 Moléculas Hidrofobicas, Ej: Benceno Moléculas Cargadas, Ej: iones Espacio extracelular Citosol Permeabilidad a través de la membrana Permeabilidad relativa de una bicapa lipídica frente a diferentes clases de moléculas. Las moléculas que atraviesan la bicapa lipídica a favor de su gradiente de concentración, atraviesan la membrana por difusión simple *Los gases y las moléculas hidrofóbicas difunden rápidamente a través de las bicapas. * Las moléculas pequeñas no polares se disuelven fácilmente en las bicapas lipídicas y por lo tanto difunden con rapidez a través de ellas. * Las moléculas polares sin carga si su tamaño es suficientemente reducido también difunden rápidamente a través de la bicapa.

20. Uniporte Simporte Antiporte Transporte de moléculas a través de la membrana Las moléculas que no atraviesan la mebrana por difusión simple, pueden hacerlo mediante proteínas de transmembrana mediante un proceso de difusión facilitada. Cada una de estas proteínas es responsable de la De una molécula o de un grupo de ellas. Uniporte Co-transporte Transporte a través de proteínas Simporte: En el mismo sentido Antiporte: En sentido opuesto

21. Transporte de moléculas a través de la membrana Transportadores (Carrier proteins) Proteínas de transporte Canales (Channel proteins) Transportadores (Carrier proteins):Se unen específicamente a la molécula que debe ser transportada y a través de una serie de cambios conformacionales la transfieren a través de la membrana. Canales (Channel proteins):No necesitan unirse a la molécula que debe ser transportada. Forman poros a lo largo de la bicapa lipídica que cuando están abiertos permiten el pasaje de solutos específicos, usualmente iones inorgánicos de tamaño y carga apropiada,. En gral este tipo de transporte es más rápido que el mediado por las proteínas Transportadoras o Carrier proteins.

22. Transportadores

23. Canales iónicos

24. El transporte llevado a cabo por los Transportadores o Carrier proteins puede ser activo o pasivo. El transporte llevado a cabo por de los Canales es siempre pasivo. Transporte Pasivo -Si la molécula transportada carece de carga, sólo su diferencia de concentración a los dos lados de la membrana (gradiente de concentración) determina la dirección del transporte pasivo (energéticamente favorable). -Si el soluto lleva una carga neta, su transporte está determinado tanto por su gradiente de concentración como por el gradiente eléctrico total a través de la membrana (potencial de membrana). Ambos gradientes juntos constituyen el gradiente electroquímico (energéticamente favorable).

25. pH: 7.2 pH: 5.0 Hidrolasas Acidas Nucleasas Proteasas Glycosidasas Lipasas Fosfatasas Sulfatasas, etc H+ Bomba de H+ ATP ADP Transporte Activo A diferencia del transporte pasivo que se produce de manera espontánea por ser energéticamente favorable El transporte activo está acoplado a una fuente de energía porque es energéticamente desfavorable por producirse en contra del gradiente de concrentración o electroquímico. 1) Transporte Activo dirigido por hidrólisis de ATP Las bombas y los transportadores ABC (con ATP-binding cassettes) son ejemplos de proteínas transportadoras que impulsan activamente el movimiento de solutos en contra de su gradiente de concentración o electroquímico mediante la hidrólisis de ATP. Ej: Transporte activo de H+, Bomba de H+ Bomba de H+ en Lisosomas. Utiliza la energía de hidrólisis del ATP para bombear H+ hacia el interior del lisosoma, manteniendo así el pH lisosomal cercano a 5.

26. Bomba Na-K ATPasa

27. Transportador ABC

28. Transporte Activo 2) Transporte Activo dirigido por gradientes iónicos

29. Autoevaluación: 1) Explique que demuestra el siguiente experimento:

30. 2) Describa la técnica utilizada en la siguiente fotografía y explique qué demuestra la misma.

31. 3) Justifique qué especialización de membrana determina la formación de los dominios apical y basolateral de la membrana plasmática de los enterocitos (células del epitelio Intestinal (integración con Histología)