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MEMBRANAS CELULARES

La célula se halla rodeada por la membrana plasmática, una delgada capa de 6 a 10 nm. de espesor, compuesta por lípidos, proteínas e hidratos de carbono. Su estructura básica es similar a la de las restantes membranas de la célula, las cuales envuelven a los organoides del sistema de endomembranas, a las mitocondrias y a los peroxisomas.

No son simples fronteras inertes, sino estructuras que cumplen funciones complejas, como las siguientes:

  • Constituyen verdaderas barreras permeables selectivas que controlan el pasaje de iones y de moléculas pequeñas.
  • Proveen el soporte físico para la actividad ordenada de las enzimas que se asientan en ellas.
  • Mediante la formación de pequeñas vesículas transportadoras hacen posible el desplazamiento de sustancias por el citoplasma.
  • Participan en los procesos de endocitosis y de exocitosis.
  • Presentan moléculas mediante las cuales las células se reconocen y se adhieren entre sí y con componentes de la matriz extracelular.
  • Poseen receptores que interactúan específicamente con moléculas provenientes del exterior, como hormonas, neurotransmisores, factores de crecimiento.

ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA

 

 

Las membranas celulares están formadas por:

  1. LÍPIDOS:
  2. Constituyen el 40% de sus componentes.

    Los lípidos fundamentales son los fosfolípidos de distinta clase y colesterol.

    Los fosfolípidos se disponen formando una bicapa lipídica, con sus cabezas polares hacia la cara citosólica y extracelular y las colas apolares hacia el interior.

    Pueden ser:

    - Neutros: fosfatidilcolina

    - Ácidos: Algunos se unen a las proteínas de membrana. Ej: Fosfatidilinosotol

     

     

     

     

     

    Las dos capas no son idénticas en su composición, sino que son asimétricas, debido a que los fosfolípidos difieren en ambas caras, hacia la superficie externa predomina lecitina, esfingomielina, y hacia la superficie interna la fosfatidiletanolamina.

    Es una estructura fluída, debido a que sus componentes se mueven en su interior. Los fosfolípidos presentan 3 clases de movimientos:

     

    -desplazamiento lateral

    -alrededor de su eje

    -flip-flop, saltando de una bicapa lipídica a la otra.

     

     

     

    El colesterol es un componente relativamente importante de las membranas celulares, especialmente en la membrana plasmática. También es anfipático.

     

  3. PROTEÍNAS: (52%)
  4. Las membranas celulares contienen importantes cantidades de proteínas. En proporción la cantidad de lípidos y proteínas son similares, aunque varía en los distintos tipos de membranas.

    Se clasifican en periféricas e integrales:

    Periféricas: se hallan sobre ambas caras de la membrana, ligadas a las cabezas de los fosfolípidos o a proteínas integrales por uniones no covalentes.

    Integrales o Intrínsecas: se hallan empotradas en las membranas, entre los lípidos de la bicapa. Pueden estar en la membrana debido a que son moléculas anfipáticas, hidrofílicas e hidrofóbicas.

    Se subclasifican en:

    - Las que se extienden desde la zona hidrofóbica de la bicapa hasta una de las caras de la membrana.

    - Las que atraviesan la bicapa totalmente, llamadas transmembranosas.

    Muchas proteínas transmembranosas atraviesan la bicapa más de una vez, llamadas multipaso.

    Las proteínas también suelen girar en torno de sus propios ejes, y desplazarse lateralmente en el plano de la bicapa. Las proteínas también se disponen de manera asimétrica en la membrana.

     

  5. HIDRATOS DE CARBONO:

Las membranas celulares contienen entre un 2 y 10% de hidratos de carbono. Estos se hallan unidos covalentemente a lípidos y a proteínas de la membrana, es decir bajo la forma de glucolípidos y glucoproteínas.

Se localizan en la cara externa o no citosólica de la membrana plasmática, formando una cubierta llamada glucocaliz. En los organoides se localiza en la cara interna.

Sus funciones son:

- proteger la superficie de la célula de agresiones químicas y mecánicas.

- en el endotelio de algunos capilares sanguíneos se comporta como un filtro, regulando el paso de moléculas.

- determina el sistema ABO.

- algunas bacterias, toxinas y virus se unen a la superficie de las células que atacan por medio de oligosacáridos específicos presente en la membrana plasmática de esas células.

- tienen propiedades enzimáticas.

Modelo del mosaico fluido:

Postulado por Singer Y Nicolson (1972) y aceptada actualmente. La membrana es semilíquida y está constituida por una bicapa lipídica con proteínas intercaladas entre ellos (en forma de mosaico) y carbohidratos que miran solo hacia la superficie externa. Sus componentes pueden moverse lateralmente debido a su fluidez. Esta hipótesis de la membrana explica gran parte de las funciones observadas en las diferentes células.

Al microscopio óptico la membrana plasmática no se ve debido a que está por debajo del límite de resolución de este microscopio. Pero se la observa indirectamente detectando algunos de sus componentes, por ej. La actividad de fosfatasa alcalina y visualizar por medio de colorantes esa actividad.

Al microscopio electrónico se la observa como una estructura trilaminar: una zona clara central (aunque con interrupciones) y dos electrodensas por fuera.

 

 

PERMEABILIDAD DE LAS MEMBRANAS

Existe un flujo continuo de sustancias que entran y salen de la célula y circulan por su interior. Para ello los solutos (iones y moléculas pequeñas) deben pasar a través de las membranas celulares, tal fenómeno se denomina permeabilidad.

En lo que respecta a las macromoléculas, para atravesar las membranas algunas utilizan canales membranosos especiales llamados translocones, otras pasan por poros de sofisticada composición, y otras se vales de pequeñas vesículas.

El pasaje de solutos a través de las membranas puede ser:

  • PASIVO: se cumple a través de la bicapa lipídica o a través de estructuras especiales, pero sin gasto de energía.

  • ACTIVO: cuando se consume energía.

 

TRANSPORTE PASIVO


El movimiento de los solutos, llamado difusión, se realiza desde los sitios en que se halla más concentrado hasta los de menor concentración, con una velocidad proporcional a la diferencia entre las concentraciones. gradientes de concentración

Si el soluto posee carga eléctrica, también entra en juego el gradiente de voltaje o potencial eléctrico.

La suma de los dos origina el gradiente electroquímico.

La difusión a favor de tales gradientes es un proceso que ocurre espontáneamente, sin gasto de energía.

El trasporte pasivo puede ser:

  1. Difusión simple: donde los solutos atraviesan directamente la bicapa lipídica.. Las moléculas pequeñas no polares, como el O2, el CO2 y el N2, difunden libremente a través de las bicapas, al igual que el agua. También los compuestos liposolubles de mayor tamaño, como los ácidos grasos y los esteroides.
  2. Ósmosis: es el pasaje del solvente (agua) desde una zona hipoosmolar hacia otra zona hiperosmolar. No requiere aporte de energía. Por ejemplo cuando se coloca un glóbulo rojo en agua destilada, el agua ingresa al mismo hasta que este se hincha y estalla.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

  3. Difusión facilitada: Utiliza componentes membranosos proteicos llamados canales iónicos y permeasas. Estos transportadores son siempre específicos y saturables.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Los canales iónicos son poros o túneles que atraviesan la membrana, formados por proteínas tranmembranosas generalmente de tipo multipaso.

Las permeasas también están constituidas por proteínas multipaso, con sitios de unión específicos para los solutos. La fijación del soluto produce un cambio conformacional en la permeasa lo que transfiere el material hacia el otro lado de la membrana.

Existen 3 clases de permeasas:

-monotranporte: transfieren un solo tipo de soluto.

-cotransporte: transportan dos tipos de solutos simultáneamente, ambos en el mismo sentido.

- contratransporte: trnsfieren dos tipos de solutos en sentidos contrarios.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TRANSPORTE ACTIVO:

Cuando el transporte de un soluto se realiza en contra de su gradiente de concentración o de voltaje, solo es posible con gasto de energía.

Tiene lugar a través de permeasas, de tipo monotransporte, cotransporte o contratransporte.

Existen innumerables ejemplos de permeasas involucradas en procesos de tranporte activo:

  • Bomba de Na+/K+
  • Bomba de K+/H+, responsable de la secreción de jugo gástrico
  • Bomba de H+ en los lisosomas, que disminuyen el pH

BOMBA DE Na+/K+

Uno de los sistemas de transporte activo más difundidos es el que establece las diferencias en las concentraciones de Na+ y K+ entre el interior y el exterior celular, responsable del mantenimiento del potencial eléctrico de la membrana plasmática. Su función es expulsar Na+ al espacio extracelular e introducir K+ en el citosol.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CITOSOL

La célula eucariota se halla dividida en numerosos compartimientos. La parte de la células que no corresponde al núcleo (es decir el citoplasma) puede ser dividido en 2 espacios, el correspondiente al citosol y el encerrado en el interior de los organoides

Contenido del citosol:

- elementos del citoesqueleto.

- gran cantidad de enzimas, Ej. las que intervienen en la glucólisis.

- ribosomas, ARNt y ARNm.

- proteasomas: complejos proteicos que degradan a las proteínas que deben desaparecer, porque se han plegado mal, se han dañado o han concluido su función.

- chaperonas: son proteínas que asisten y protegen a otras proteínas evitando plegamientos inadecuados.

- inclusiones: son macromoléculas que se acumulan en el citosol en grandes cantidades, no se hallan rodeadas por membrana y son detectables con el microscopio óptico. Ej. glucógeno, gotas de grasa.

- pigmentos: sustancias con color propio, que son producidos por la célula o que provienen del exterior. Ej. lipofucsina.