Membrana Celular 23_05[1]-1

LA MEMBRANA CELULAR ESCUELA MEDICINA HUMANAU.N.J.F.S.C.

“UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION”

E.A.P DE MEDICINA HUMANA

“AÑO DEL CENTENARIO DE MACHU PICCHU PARA EL MUNDO”

ASIGNATURA: Biología general, celular y molecular

DOCENTE: Luis la Cruz Arévalo

TEMA: Membrana celular

CICLO: 2011-I

-2011-

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RESUMEN

FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

Recepción de la información: las proteínas intrínsecas pueden tener capacidad de captar

determinadas sustancias especificas y a partir de ellas transmitir la información celular.

Las proteínas intrínsecas con tales cualidades se conocen como receptores.

Especializaciones

Mantenimiento de la identidad celular

- fluidez, asimetría química y funcional, especifícidad proteica, polarización,

- semipermeabilidad

-

COMPONENTES DE LA MEMBRANA PLASMATICA

Lípidos

Cada tipo de lípido de membrana posee una cabeza polar superficial (hidrofílica) y dos cadenas de

ácidos grasos orientadas hacia el interior de la membrana (hidrofóbicas), por lo que se dice que

esa molécula es anfipática.

Los principales lípidos son:

Fosfolípidos: representan en torno al 50% del componente lipídico (fosfatidilcolina,

esfingomielina, fosfatidilserina y fosfatidiletanolamina).

Colesterol: hace que la membrana sea menos fluida, pero mecánicamente más estable

Glucolípidos: sólo se encuentran en la cara externa de la membrana celular, con los

azúcares expuestos hacia el espacio extracelular

Proteínas

Las proteínas pueden formar parte de esa bicapa en forma de proteínas integrales, que

atraviesan todo su espesor, o en forma de proteínas periféricas, unidas a la superficie

citoplasmática de la bicapa. Algunas de las intrínsecas atraviesan todo el espesor de la membrana

(proteínas transmembranosas) en general tienen unas funciones comunes:

fijan los filamentos del citoesqueleto a la membrana celular

fijan las células a la matriz extracelular

forman canales iónicos que facilitan el paso de iones y moléculas específicas a través de

la membrana

actúan como receptores en los procesos de comunicación entre células

poseen actividades enzimáticas específicas

reconocen, por medio de receptores, a antígenos y células extrañas

Azúcares

Por último, los azúcares se encuentran en su mayor parte limitados a la superficie de la membrana

celular, formando el glucocáliz. Sus principales funciones son:

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proteger la superficie celular contra la interacción de otras proteínas extrañas o lesiones

físicas o químicas

papel en el reconocimiento celular, y en los procesos de rechazos de injertos y

transplantes

participa en los procesos de coagulación de la sangre y en las reacciones inflamatorias,

entre otras.

fecundación: los espermatozoides distinguen los óvulos de la propia especie de los de

especies diferentes

TRANSPORTE ATRAVES DE LA MEMBRANA

El transporte pasivo: Es un proceso de difusión de sustancias a través de la membrana. Se

produce siempre a favor del gradiente, es decir, de donde hay más hacia el medio donde hay

menos. Este tranporte puede darse por:

Difusión simple . Es el paso de pequeñas moléculas a favor del gradiente; puede

realizarse a través de la bicapa lipídica o a través de canales proteícos.

Difusión simple a través de la bicapa . Así entran moléculas lipídicas como las hormonas

esteroideas, anestésicos como el éter y fármacos liposolubles. Y sustancias apolares como

el oxígeno y el nitrógeno atmosférico. Algunas moléculas polares de muy pequeño tamaño,

como el agua, el CO2, el etanol y la glicerina, también atraviesan la membrana por difusión

simple. La difusión del agua recibe el nombre de ósmosis

Difusión simple a través de canales .Se realiza mediante las denominadas proteínas de

canal. Así entran iones como el Na+, K+, Ca2+, Cl-. Las proteínas de canal son proteínas

con un orificio o canal interno, cuya apertura está regulada, por ejemplo por ligando, como

ocurre con neurotransmisores u hormonas, que se unen a una determinada región, el

receptor de la proteína de canal, que sufre una transformación estructural que induce la

apertura del canal.

Difusión facilitada . Permite el transporte de pequeñas moléculas polares, como los aminoácidos,

monosacáridos, etc, que al no poder, que al no poder atravesar la bicapa lipídica, requieren que

proteínas trasmembranosas faciliten su paso. Estas proteínass reciben el nombre de proteínas

transportadoras o permeasas que, al unirse a la molécula a transportar sufren un cambio en su

estructura que arrastra a dicha molécula hacia el interior de la célula.

El transporte activo: En este proceso también actúan proteínas de membrana, pero éstas

requieren energía, en forma de ATP, para transportar las moléculas al otro lado de la membrana.

Se produce cuando el transporte se realiza en contra del gradiente electroquímico. Son ejemplos

de transporte activo la bomba de Na/K, y la bomba de Ca.

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LA MEMBRANA CELULAR ESCUELA MEDICINA HUMANAU.N.J.F.S.C. La bomba de Na+/K+ Requiere una proteína transmembranosa que bombea Na+ hacia el exterior

de la membrana y K+ hacia el interior. Esta proteína actúa contra el gradiente gracias a su

actividad como ATP-asa, ya que rompe el ATP para obtener la energía necesaria para el

transporte. Por este mecanismo, se bombea 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ hacia el interior, con la

hidrólisis acoplada de ATP.

INTRODUCCION

Uno de los temas de mayor interés para los seres humanos sin duda, es saber cómo

funcionan las células. Como unidades de los seres vivos que son, su conocimiento resulta esencial

para entender cómo trabajan los tejidos, los órganos y los sistemas. La agregación de células les

confiere propiedades adicionales, que no modifican la mayoría de sus propiedades originales,

pues sus funciones básicas siguen siendo las mismas. Un organismo multicelular, no importa lo

complejo que sea, continúa basando su funcionamiento en el de cada una de sus células,

agregando funciones a las ya existentes en ellas.

A partir del descubrimiento del microscopio por Van Leeuwenhoek, se inició el estudio de

las funciones celulares que podían ser observadas con este instrumento, la división de las células

por ejemplo. El descubrimiento del microscopio abrió la posibilidad de observar objetos muy

pequeños y tuvo a la vez el mérito enorme de haber estimulado la curiosidad de los humanos por

conocer más sobre las propiedades y características de tejidos y células.

Como ya se mencionó, durante mucho tiempo se consideró a la membrana celular como

una estructura inerte, si acaso con poros más o menos específicos para la entrada y la salida por

mecanismos poco claros de los diferentes materiales que la célula debe captar o expulsar al medio

en que se encuentra. En la actualidad, este concepto ha cambiado y el modelo es el de una

estructura fundamental, constituida por fosfolípidos, en la cual se encuentran embebidas otras

numerosas moléculas, principalmente proteínas, que tienen diferentes actividades.

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I. ANTECEDENTES

1855 NAEGELI.- Propuso el nombre de “membrana plasmática”.

1890 E. OVERTON.- Fue el primero en darse cuenta que las proteínas fueron las principales

sustancias químicas que componían la membrana.

1925 E. GORTER Y F. GRENDELL.- Propusieron la existencia de una bicapa fosfolipídica al

observar que la cantidad de fosfolípidos de la membrana de los eritrocitos, era suficiente para

formar una doble capa de molécula sobre toda la superficie celular.

1935 HUGH DAVSON Y JAMES DANIELLI. - Sugirieron que también existen proteínas en la

membrana y que formaba monocapas tanto en el interior como en el exterior de la bicapa lipídica.

1959 DAVID ROBERTSON.- Propuso sobre la base de las teorías anteriores un modelo que

denomino “unidad de membrana”, interpretando la imagen microscópica según el modelo de

Dartson y Danielli.

1965 ALEE O. BANGHAM Y COL.- Demostraron que la bicapas lipídicas forman en el H2O

vesículas esféricas denominadas liposomas dotadas de 2 compartimientos separados.

1972 J. SINGER Y G. NICHOLSON.- Apareció la famosa teoría del “Mosaico Fluido” propuesta

Jonathan Singer y Garth Nicholson (fueron premios nobel ellos decían que las proteínas se

encontraban dentro de la membrana. En la actualidad esta teoría es la mas aceptada).

II. COMPOSICIÓN DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

• Características:

– Delgada y elástica (7.5-10 nm grosor)

– Formada en mayor proporción por proteínas y lípidos

• 55% proteínas

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• 25% de fosfolípidos

• 13% de colesterol

• 4% de otros lípidos

• 3% de hidratos de carbono

– Estructura básica, bicapa lipídica (2 moléc. de grosor) Parte hidrofóbica (porción

ácido graso) e hidrofílica (porción fosfato)

– Grandes moléculas de prot. globulares intercalándose a lo largo de la lámina

lipídica.

2.1 LÍPIDOS DE LA MEMBRANA

Los lípidos son moléculas anfipáticas (una zona hidrofílica y otra hidrofóbica). La cabeza o

zona polar corresponde al grupo fosfato; las cadenas hidrocarbonadas, dependiendo del ácido

graso, pueden ser saturadas o insaturadas. Si se colocan fosfolípidos en una interfase agua-

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LA MEMBRANA CELULAR ESCUELA MEDICINA HUMANAU.N.J.F.S.C. aceite, se ubicarán con la cabeza hacia el agua, formando una monocapa. Si los fosfolípidos se

colocan solo en agua, formarían miscela, con las cabezas hacia afuera; también se pueden ubicar

como bicapa lipídica, con las cabezas hacia afuera.

Los lípidos se encuentran en estado líquido en las membranas biológicas, lo que hace que

sean estructuras dinámicas; por tanto, los lípidos se pueden mover dentro de una monocapa,

pueden rotar, tener difusión lateral (movimiento dentro de una monocapa) o difusión flip flop (de

una monocapa a otra).

Las membranas serán distintas de acuerdo a la función de la célula. O sea, puede variar el

tipo de lípido que tiene. Si hay más dobles enlaces, la membrana será más fluida; si no hay dobles

enlaces, la membrana será más rígida. Mientras más grande es el ácido graso, la membrana será

más viscosa. Mientras sea mayor la razón colesterol fosfolípido, menor será la fluidez de la

membrana.

Si se mide la resistencia eléctrica a una bicapa lipídica, se encuentran 1.000 a 2.000

ohm/cm2 (la del LIC es de 0,0001). Esto implica que los iones no pueden pasar por la bicapa

lipídica. Pero las membranas son excelentes capacitores eléctricos (pequeñas cantidades de

cargas pueden generar grandes corrientes eléctricas, o sea, con un pequeño paso de iones se

pueden generar corrientes eléctricas).

Aproximadamente el 75% de los lípidos son FOSFOLÍPIDOS, lípidos que contienen

fósforo. En menores proporciones también está el colesterol y los glucolípidos, que son lípidos que

contienen un o varios monosacáridos unidos. Estos fosfolípidos forman una bicapa lipídica debido

a su carácter AMFIPATICO, es decir por tener una cabeza hidrófila y una cola hidrófoba. La

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LA MEMBRANA CELULAR ESCUELA MEDICINA HUMANAU.N.J.F.S.C. cabeza está formada por un fosfato de un compuesto nitrogenado (colina o etanol amina) y se

mezcla bien con el agua. La cola está formada por ácidos grasos que repelen en agua. Las

moléculas de la bicapa están orientadas de tal forma que las cabezas hidrófilas están cara al

citosol y al líquido extracelular y las colas se enfrentan hacia en interior de la membrana Hay

cuatro tipos de fosfolípidos en la membrana celular:

Fosfatidilcolina; Esfingomielina (en este fosfolípido la glicerina ha sido sustituída por un

aminoalcohol llamado D-4-esfingenina); Fosfatidilserina Fosfatidiletanolamina

La composición de la capa interna y externa de lípidos no es la misma, dependiendo de la

presencia de proteínas que requieren unirse a determinados fosfolípidos

2.2 GLICOLÍPIDOS DE LA MEMBRANA

Los glicolípidos son también un constituyente de la membrana. En la figura se muestrangrupos de

azucar de color azul, proyectandose en el espacio extracelular.

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Ellos pueden “microagregarse” en la membrana. Estos componenetes de la membrana

pueden ser protectores, aisladores y receptores. Entre las moléculas atrapadas por los

glicoesfingolípidos se encuentran algunos “venenos celulares” tales como las toxinas del tétano y

del cólera.

La figura muestra la estructura química de dos

ejemplos de glicoesfingolípidos .

Los glucolípidos (5% de los lípidos de membrana)

son también anfipáticos y se encuentran sólo en

la parte extracelular de la membrana.

Son importantes para mantener la adhesión entre

las células y tejidos y pueden contribuir a la

comunicación y reconocimiento entre células. Son

el blanco de ciertas toxinas bacterianas.

Uno de los más importantes glucolípidos de

membrana es el galactocerebrósido, uno de los

principales componentes de la mielina, el

aislamiento lipídico de las fibras nerviosas

Los restantes 20% de los lípidos de la membrana están constituidos por moléculas de colesterol

que se incluyen entre los fosfolípidos a ambos lados de la membrana. Las moléculas de colesterol

confieren una mayor fortaleza a las membranas aunque disminuyen su flexibilidad. Las

membranas de las plantas carecen de colesterol.

La capa de fosfolípido es dinámica porque las moléculas de lípidos resbalan de un lado para otro e

intercambian su sitio dentro de la misma capa. Igualmente, la bicapa es autosellante: si se perfora

con una aguja, al retirar esta el orificio se cierra.

EFECTO DE LA TEMPERAURA

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http://www.iqb.es/Dicciona/C/Co.htm#colestero


La bicapa lipídica le da a la membrana sus características de fluidez . en la siguiente

representación gráfica, se

muestra el efecto de la

temperatura en el

empaquetamiento de los

carbohidratos. Note que a

baja temperatura la bicapa

está en un estado de GEL.

A temperaturas corporales

mas altas, la bicapa se

“funde” (“melt”) y el interior

es fluido, permitiendo a las

moléculas de lípidos

moverse, rotar e

intercambiar de lugar. Esto

también permite el

movimiento de otros

componentes de la

membrana.

2.3. COLESTEROL DE LA

MEMBRANA

Otro tipo de lípido en la membrana es el Colesterol. La cantidad de colesterol puede variar

con el tipo de membrana. Las membranas plasmáticas tienen casi un colesterol por molécula de

fosfolípido. Otras membranas (la membrana de las paredes bacterianas no tienen colesterol) no

tienen casi colesterol .

La molécula de clesterol se inserta en la menbrana con la misma orientación que el fosfolípido. La

Figura representa las moléculas de fosfolípidos con una molécula de colesterol entre ellos.

Las moléculas de colesterol cumplen varias funciones en la membrana:

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Inmobilizan algunos de los primeros grupos hidrocarbonados de las moléculas de

fosfolípidos. Esto hace que la bicápa lipídica sea menos deformable y disminuya su

permeabilidad a pequeñas moléculas solubles en agua. Sin colesterol (tal como en las

bacterias), la célula necesitaríade una pared celular.

El Colesterol evita la cristalización de los hidrocarbonados y previene su cambio de fase3

en la membrana

2.4. PROTEÍNAS DE MEMBRANA

Son moléculas anfipáticas. De acuerdo a su ubicación, se clasifican en:

Periféricas o extrínsecas: sin dominios hidrofóbicos

Integrales o intrínsecas: basta con que tenga una parte de dominio hidrofóbico.

Transmembránicas: a lo menos dos dominios hidrofílicos.

Las proteínas integrales de membrana son capaces de insertarse en la bicapa lipídica

debido a que las porciones que lo hacen son hidrófobas y, por tanto, son compatibles con el

interior de la membrana. Cuando alguna proteína de membrana contiene una porción hidrofílica,

ésta generalmente se encuentra en protrusión por fuera de la superficie de la membrana, en

contacto con el medio acuoso

Proteínas integrales:

son aquellas que cruzan la membrana y aparecen a ambos lados de la capa de

fosfolípidos. La mayor parte de estas proteínas son glucoproteinas, proteínas que tiene unidos uno

varios monosacáridos. La parte de carbohidratos de la molécula está siempre de cada al exterior

de la célula .

En las proteínas integrales, la parte que se halla dentro de la membrana usualmente

adopta una estructura en -hélice, con predominio de aminoácidos hidrofóbicos. Además este

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Plasma

Proteínas integrales

Proteínas periféricas

bicapa lipídica

— —

bicapa lipídica


enrollamiento asegura que todas las uniones peptídicas (que son polares) estén disminuidas en su

polaridad debido a la formación de puentes de hidrógeno. Sólo hacen falta 20-30 aminoácidos

para atravesar la membrana en forma de -hélice y sólo unos diez para hacerlo en forma de hoja

-plegada. La mayoría de las proteínas integrales atraviesan la membrana en forma de hélices ,

pero algunas (como las porinas de bacterias y de mitocondrias) formas láminas que se disponen

en forma de barril (“-barrel”). Las proteínas integrale de membrana pueden ser solubilizadas por

medio de detergentes, que en agua forman micelas.

Proteínas periféricas:

Están no se extienden a lo ancho de la bicapa sino que están unidas a las superficies

interna o externa de la misma y se separan fácilmente de la misma.

Las proteínas periféricas están usualmente asociadas por interacciones no covalentes a

otras proteínas transmembránicas y se pueden ubicar hacia adentro o hacia fuera de la

membrana.

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LA MEMBRANA CELULAR ESCUELA MEDICINA HUMANAU.N.J.F.S.C. Con relación a la función se clasifican en:

Estructurales.

Transportadoras.

Enzimas (normalmente periféricas)

Receptores.

Canales: proteínas integrales (generalmente glucoproteínas) que actúan como poros por los que

determinadas sustancias pueden entrar o salir de la célula

Transportadoras: son proteínas que cambian de forma para dar paso a determinados

productos

Receptores: Son proteínas integrales que reconocen determinadas moléculas a las que se unen

o fijan. Estas proteínas pueden identificar una hormona, un neurotransmisor o un nutriente

que sea importante para la función celular. La molécula que se une al receptor se llama

ligando.

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Enzimas: pueden ser integrales o periféricas y sirven para catalizar reacciones a en la superficie

de la membrana

Anclajes del citolesqueleto: son proteínas periféricas que se encuentran en la parte del citosol

de la membrana y que sirven para fijar los filamentos del citoesqueleto.

Marcadores de la identidad de la célula: son glucoproteínas y glucolípidos características de

cada individuo y que permiten identificar las células provenientes de otro organismo. Por

ejemplo, las células sanguíneas tienen unos marcadores ABO que hacen que en una

transfusión sólo sean compatibles sangres del mismo tipo. Al estar hacia el exterior las

cadenas de carbohidratos de glucoproteínas y glucolípidos forma una especie de cubierta

denominada glicocalix.

FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS DE MEMBRANA

a) proteínas de adhesión celular, que unen firmemente las membranas de células

adyacentes y actúan como puntos de anclaje con componentes del citoesqueleto;

b) canales proteicos entre dos células (uniones de hendidura, permiten el paso de moléculas

pequeñas entre dos células vecinas;

c) proteínas de transporte que permiten el transporte selectivo de moléculas esenciales, ya

sea en forma pasiva o en forma activa, mediante procesos que requieren de energía;

d) proteínas transductoras receptoras de señales, que se unen a moléculas portadoras de

señales externas y que luego transfieren el mensaje al interior de la célula;

e) bombas dependientes de ATP, que transportan activamente iones de un compartimiento a

otro, constituyendo así un mecanismo de almacenamiento de energía (se verán en

mitocondrias y cloroplastos);

f) algunas proteínas intrínsecas de la membrana actúan como enzimas, con sitios activos

localizados en la superficie de la membrana o en el interior de ella.

2.5. CARBOHIDRATOS.

Unidos a lípidos forman glicolípidos, a proteínas, glicoproteínas; hay pocos y sólo se han

descrito hacia el lado externo de la membrana. Su función radica en ser receptores de membrana,

uniones de membrana, etc.

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La cantidad de lípidos y de proteínas dependerá de la función de la célula: en la

membrana de mielina, que aísla el paso de sustancias cargadas, hay mayor cantidad de lípidos

(75%); en cambio, la membrana interna de la mitocondria tiene gran cantidad de proteínas (75%).

III. FISIOLOGIA DE LA MEMBRANA

La función de la membrana es la de proteger el interior de la célula frente al líquido

extracelular que tiene una composición diferente y de permitir la entrada de nutrientes, iones o

otros materiales específicos. También se intercomunica con otras células a través de las

hormonas, neurotransmisores, enzimas, anticuerpos, etc.

3.1. GRADIENTE ELECTROQUIMICO

El gradiente electroquímico es debido a que el numero de iones (partículas cargadas) del

líquido extracelular es muy diferente del del citosol.

En el líquido extracelular los iones más importantes son el Na+ y el Cl-, mientras que en el

interior de la célula predomina el K+ y fosfatos orgánicos aniónicos.

Como resultado de esto, existe una diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana

(potencial de membrana) que se mide en voltios. El voltaje en las células vivas es de -50 a -

90 mV (milivoltios), representando el signo negativo que el interior es más negativo que el

exterior. En algunas condiciones especiales, algunas células pueden tener un potencial de

membrana positivo (algunos autores hablan entre 20-200.

3.2. PERMEABILIDAD SELECTIVA

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La membrana plasmática regula la entrada y salida de materiales, permitiendo la entrada de

unos y restingiendo el paso de otros. Esta propiedad se llama permeabilidad selectiva.La

membrana es permeable cuando permite el paso, más o menos fácil, de una sustancia. La

permeabilidad de la membrana depende de varios factores relacionados con las propiedades

físico-químicas de la sustancia:

Solubilidad en los lípidos: Las sustancias que se disuelven en los lípidos (moléculas

hidrófobas, no polares) penetran con facilidad en la membrana dado que esta está compuesta

en su mayor parte por fosfolípidos.

Tamaño: la mayor parte de las moléculas de gran tamaño no pasan a través de la membrana.

Sólo un pequeño número de moleculas no polares de pequeño tamaño pueden atravesar la

capa de fosfolípidos

Carga: Las moleculas cargadas y los iones no pueden pasar, en condiciones normales, a través

de la membrana. Sin embargo, algunas sustancias cargadas pueden pasar por los canales

proteícos o con la ayuda de una proteína transportadora.

También depende la permeabilidad de una membrana de la naturaleza de las proteínas de

membrana existentes:

Canales: algunas proteínas forman canales llenos de agua por donde pueden pasar sustancias

polares o cargadas eléctricamente que no atraviesan la capa de fosfolípidos.

Transportadoras: otras proteínas se unen a la sustancia de un lado de la membrana y la llevan

del otro lado donde la liberan.

En general, estos canales y proteínas transportadoras muy altamente selectivas permitiendo el

paso a un única sustancia

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LA MEMBRANA CELULAR ESCUELA MEDICINA HUMANAU.N.J.F.S.C. 3.3. TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA

3.3.1. TRANSPORTE DE MOLÉCULAS PEQUEÑAS.

Dentro de este, se pueden distinguir dos clases de transporte:

1) Transporte pasivo (no requiere energía)

2) Transporte activo (requiere energía)

1) TRANSPORTE PASIVO

El transporte pasivo es el intercambio de partículas entre los medios intra y extracelula,

en este transporte debemos separar las partículas de intercambio entre nutrientes

(difusión) y agua (osmosis), pues son procesos diferentes pero complementarios.

El agua, el anhídrido carbónico y el oxígeno se encuentran entre las pocas moléculas

simples que pueden cruzar la membrana celular por simple difusión. El anhídrido carbónico

se regenera constantemente dado que es producido en las células como consecuencia de

fenómenos metabólicos, y como la fuente está en el interior de la célula, el flujo neto del

CO2 es hacia el exterior de la célula. Los procesos metabólicos, requieren usualmente

oxígeno, cuya concentración es mayor en el exterior de la célula, por lo tanto su flujo neto es

hacia el interior.

DISFUSION SIMPLE

Caracteríscas:

- El transporte se realiza sin gasto de energía.

- El transporte es a favor de la gradiente de concentraciones de soluto;

siempre desde un lugar con mayor concentración a un lugar de menor

concentración.

- El transporte se realiza de un medio hipertónico a un medio hipotónico.

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Transporte pasivo

Transporte activo

Difusión facilitada

Proteínas transportadora

s

Proteínas de canales

Bombas para iones

Canales iónicos

Difusión Simple

Proteínas transportadoras

osmosis


La difusión simple se puede realizar directamente con la doble capa de fosfolípidos

o a través de proteínas transmembranas. Un ejemplo es el que los lípidos y solventes

orgánicos (alcohol) pasan a través de la capa de lípidos, por el fenómeno de afinidad.

Normalmente un solvente orgánico atraviesa la membrana con facilidad. Las demás

moléculas e iones atraviesan la membrana por diferencia de tamaño; las de menor peso

molecular atraviesan la membrana por los canales con relativa facilidad.

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DIFUSIÓN FACILITADA

El mecanismo de entrada de glucosa se denomina transporte facilitado.

Principalmente este mecanismo se realiza en las microvellocidades intestinales, neuronas

e hígado (células que requieren glucosa).

Es importante considerar que este tipo de transporte ocupa la energía de la

bomba Sodio Potasio, o de otros mecanismos de transporte.

El proceso comienza con el intercambio de sodio y potasio, o sea con la entrada de

2 iones de potasio y la salida de 3 iones da sodio. Al salir 3 iones de sodio va a aumentar la

cantidad de sodio en el medio extracelular, entonces el sodio acumulado en el medio

extracelular va a comenzar a entrar por otras proteínas transmembranas para conservar el

equilibrio. Entonces en el momento que el sodio entra por las proteínas transmembranas por

una difusion simple, también entra glucosa.

OSMOSIS

El fenómeno de difusión de agua a través de la membrana plasmática se realiza

generalmente hacia el interior de la célula (pues esta posee organelos y macromoléculas

que la confieren una presión osmótica tal, que el agua tiende a entrar para igualar las

concentraciones)

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A pesar de la poca afinidad que existe entre el agua y la capa de fosfolípidos, se

produce un pequeño ingreso de agua a través de la bicapa lipídica; no obstante, el mayor

ingreso se produce a través de proteinas transmembranas, es decir, si solo la membrana

estuviese conformada por lípidos se veria afectado el ingreso de agua. El proceso de

osmosis cumple con las mismas propiedades que la difusión simple, a saber:

- el transporte se realiza sin gasto de energía.

- el transporte es desde un medio más diluido a uno más concentrado

- el transporte se realiza desde un medio hipotónico a un medio

hipertónico.

ULTRAFILTRACIÓN

En este proceso de transporte pasivo, el agua y algunos solutos pasan a través de

una membrana por efecto de una presión hidrostática. El movimiento es siempre desde el

área de mayor presión al de menos presión. La ultrafiltración tiene lugar en el cuerpo

humano en los riñones y es debida a la presión arterial generada por el corazón. Esta

presión hace que el agua y algunas moléculas pequeñas (como la urea, la creatinina, sales,

etc) pasen a través de las membranas de los capilares microscópicos de los glomérulos

para ser eliminadas en la orina. Las proteínas y grandes moléculas como hormonas,

vitaminas, etc., no pasan a través de las membranas de los capilares y son retenidas en la

sangre.

2) TRANSPORTE ACTIVO

Transporte activo primario:

En este caso, la energía derivada del ATP directamente empuja a la sustancia

para que cruce la membrana, modificando la forma de las proteínas de transporte (bomba)

de la membrana plasmática. El ejemplo más característico es la bomba de Na+/K+, que

mantiene una baja concentración de Na+ en el citosol extrayéndolo de la célula en contra

de un gradiente de concentración. También mueve los iones K+ desde el exterior hasta el

interior de la célula pese a que la concentración intracelular de potasio es superior a la

extracelular. Esta bomba debe funcionar constantemente ya que hay pérdidas de K+ y

entradas de Na+ por los poros acuosos de la membrana.

Esta bomba actúa como una enzima que rompe la molécula de ATP y también se

llama bomba Na+/K+-ATPasa. Todas las células poseen cientos de estas bombas por

cada um2 de membrana.

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Transporte activo secundario:

La bomba de sodio/potasio mantiene una importante diferencia de concentración

de Na+ a través de la membrana. Por consiguiente, estos iones tienen tendencia a entrar

de la célula a través de los poros y esta energía potencial es aprovechada para que otras

moléculas, como la glucosa y los aminoácidos, puedan cruzar la membrana en contra de

un gradiente de concentración. Cuando la glucosa cruza la membrana en el mismo sentido

que el Na+, el proceso se llama Symporte o cotransporte ; cuando los hacen en sentido

contrario, el proceso se llama Antiporte o contratransporte

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El transporte activo es el intercambio de partículas entre los dos medios. Pero este

intercambio de partículas se refiere sólo a nutrientes, pues el agua se intercambia a través

de la osmosis.

Características de este tipo de transporte:

• El transporte se realiza con gasto de energía; utiliza ATP.

• El transporte es a contra la gradiente de concentración.

• El transporte se realiza de un medio hipotónico a un medio hipertónico.

• Este transporte siempre requiere la presencia de enzimas.

El transporte activo cumple con características diferentes al transporte pasivo; se utiliza

como ejemplo la Bomba de Sodio/Potasio o la Bomba de Hidrógeno para su estudio:

BOMBA SODIO-POTASIO

La bomba de Na+ K+, permite el intercambio de iones específicos de sodio y potasio.

El proceso comienza cuando del medio externo se conectan 2 iones de potasio a la proteina

transmembrana. Luego en el medio interno se conectan 3 iones de sodio a la misma

proteína transmembrana.

Entonces la enzima ATPasa, moviliza la proteina transmembrana, abriendo el canal y

cerrándolo; por lo tanto, entran 2 iones de potasio y egresan 3 iones de sodio.

Lo anterior se realiza hasta alcanzar un equilibrio en la concentración de iones de

potasio y sodio o equilibrar la naturaleza eléctrica de la membrana.

El proceso de la bomba de Na+K+ cumple con las características de un transporte

activo.

Existen varios tipos de bombas:

• ATPasa de H+; Para mover protones (H+)

• ATPasa de Na — K ; Para mover sodio y potasio.

• ATPasa de Ca2+ ; Para mover calcio.

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3.3.2. TRANSPORTE DE MACROMOLÉCULAS.

Este tipo de transporte también se puede subdividir en dos :

a. Exocitosis (excreción de sustancias)

b. Endocitosis (incorporación de sustancias)

EXOCITOSIS

La exocitosis es un proceso que tiene como objetivo la excreción de sustancias.

Encontramos en este proceso la excreción de enzimas y proteínas o lípidos. En el caso de

las enzimas, luego de ser sintetizadas por los ribosomas en el retículo endoplasmático

rugoso van a cumplir funciones de anabolismo o catabolismo proteico, de glúcidos, de

lípidos o ácidos nucleicos.

En el caso que cumplan funciones de anabolismo proteico, se trasladan al reticulo

de golgi, y posteriormente a vacuolas, y por último se produce el proceso de exocitosis.

En el caso que cumplan funciones de anabolismo de glúcidos, se trasladan al

citosol, y porsteriormente se realiza exocitosis.

En el caso de las proteinas siempre se van a trasladar al retículo de golgi, donde

maduran y posteriormente se produce la secreción.

En los lípidos, se sintetizan en el retículo endoplasmático liso y luego son

segregados en el retículo de golgi.

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Exocitosis Endocitosis

Fagocitosis Pinocitosis


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ENDOCITOSIS

La Endocitosis es el mecanismo por el cual son incorporadas ciertas

macromoléculas al interior del citoplasma celular.

La endocitosis tiene dos formas bastante frecuentes: la pinocitosis, que consiste

en la incorporación de fluido intracelular y pequeños solutos disueltos, y la fagocitosis, que

es la incorporación de grandes partículas ( sólidas) como microorganismos o

macromoléculas de gran tamaño.

TRANSCITOSIS

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Es el conjunto de fenómenos que permiten a una sustancia atravesar todo

el citoplasma celular desde un polo al otro de la célula. Implica el doble proceso endocitosis-

exocitosis. Es propio de células endoteliales que constituyen los capilares sanguíneos,

transportándose así las sustancias desde el medio sanguíneo hasta los tejidos que rodean

los capilares.

IV. PATOLOGIAS

4.1 ENFERMEDADES MUSCULARES POR ALTERACIÓNDE LOS CANALES DE CLORO Y

SODIO

Se manifiestan por fenómenos miotónicos con marcada sensibilidad a los niveles de potasio o

al frío. En los cuadros miotónicos el síntoma predominante es la rigidez muscular, producida

por descargas espontáneas continuas de potenciales de acción. Los fenómenos miotónicos

son consecuencia de una reducción de la conductancia del ión Cl de la membrana de las

fibras musculares.

Se han descrito mutaciones en axones y deleciones en el gen humano

del canal de Cl. Existen dos formas clínicas de miotonía:

La de herencia dominante (enfermedad de Thomsen)

La forma recesiva (enfermedad de Becker).

4.2. ANEMIAS HEMOLÍTICAS CONGÉNITAS

ANOMALÍAS EN LAS PROTEÍNAS ESTRUCTURALES DE LA MEMBRANA:

Esferocitosis hereditaria: Se trata del trastorno hemolítico más común, con una prevalencia de

115.000 habitantes en los países occidentales.

Se caracteriza por la forma esférica de los eritrocitos (que se denominan esferocitos), fruto de los

defectos de la membrana.

Tiene un carácter autosómico dominante y el origen de la enfermedad está en la anomalía de dos

proteínas, ankirína y espectrina.

Elíptocitosis congénita: Es menos común en las personas de raza blanca que la esferocitosis

(411 0.000), pero mucho más en negros (611.000) y cobrizos (hasta un 35% en algunas zonas de

Melanesia). Se caracteriza por la existencia de eritrocitos de forma elíptica (eliptocitos) y su origen

es diverso, pudiendo implicar la anomalía de hasta cuatro proteínas diferentes de la membrana

eritrocitaria. Tiene un carácter autosómico recesivo. Muchos casos son completamente

asintomáticos.

4.3. FUNCIONES DE LA MEMBRANA Y ALTERACIONES

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LA MEMBRANA CELULAR ESCUELA MEDICINA HUMANAU.N.J.F.S.C. Las funciones de la membrana son múltiples e incluyen la compartimentalización de la célula, la

revolución del recambio metabólico y transporte, la sensibilidad celular por medio de los

receptores, las interacciones, reconocimiento y contacto celulares y la movilidad celular.

1.- Anatomía patológica de la compartimentación.

Son enfermedades debidas a alteraciones estructurales de las membranas.

2.- Patología de la regulación del intercambio metabólico y del transporte.

Las enfermedades denominadas genéricamente aminoacidurias, por producirse una pérdida

de aminoácidos en la orina, se deben a un defecto congénito del transporte de membrana,

generalmente por déficit de alguna enzima. En el síndrome de Fanconi hay una alteración del

transporte en el túbulo renal que condiciona aminoaciduria, fosfaturia y glucosuria. La

osteomalacia y el raquitismo se deben en múltiples casos a defectos del transporte de la

membrana del túbulo renal o de la mucosa del intestino delgado.

3.- Patología de los receptores.

La patología de los receptores de membrana puede resumirse en cuatro grupo de

enfermedades:

A. Defecto del número y/o afinidad de los receptores: diabetes mellitus, diabetes insípida,

enanismo, enfermedad de Cushing, obesidad e hiperparatiroidismo y síndrome de Morris.

B. Formación de anticuerpos contra receptores: miastenia gravis, enfermedad de Graves –

Basedow.

C. Desequilibrio entre receptores antagonistas: enfermedad de Parkinson.

D. Receptores para agentes patógenos: diferencias en la susceptibilidad a infecciones por

bacterias, virus u otros parásitos.

4.- Patología de las interacciones, reconocimiento y contactos celulares.

La disminución del número de nexos de membrana, la formación de prolongaciones irregulares

“en maza” o evaginaciones citoplasmáticas vesiculiformes, además de la ausencia de

inhibición de contacto, son características de tumores malignos.

5.- Patología de la movilidad celular.

Generalmente se debe a alteraciones en la composición del citoesqueleto. Es muy importante

en enfermedades con defectos de la fagocitosis y en las neoplasias.

6.- Otras alteraciones de la membrana.

Existen un gran número de alteraciones morfológicas de la membrana producidas por mecanismos

o causas desconocidas: enrollamientos espirales de membranas en tejidos isquémicos, aparición

de seudomicrovellosidades en el epitelio del túbulo renal, alteraciones de los complejos de unión

como ocurre en el pénfigo y en el herpes simple.

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BIBLIOGRAFIA

1) ALBERTS (1994): “La Célula”.3a edición.Omega,España.

2) R. K. MURRIA (2001): “Bioquímica de Harper”, 15a Edición.Manual Moderno,México.

3) C. K. ROBBINS (2002): “Patología Estructural y Funcional”,6a edición.Mn Graw Hill,España.

4) F. J. PARDO MINDÁN (1998): “Compendio de Anatomía Patológica”.Hartcourt Brace,

España.

5) E. DE ROBERTIS(1998): “Biología Celular y Molecular” 12a edición.El Ateneo, Argentina.

PAGINAS WEB:

1. Microbiología celular:

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2. Biomembranas y Transporte:

http://www.lafacu.com/apuntes/quimica/bioenerg/bioqui12/default.htm

3. Biomembranas:

http://www2.uah.es/rna/raiz_q3bqt/membranas/membranas000.htm

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Documents

Membrana Celular 23_05[1]-1