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Tema 7 Pared celular y membrana plasmática

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Apuntes para Biología de 2º de bachillerato sobre la pared celular, la membrana plasmática, el citoesqueleto y los orgánulos microtubulares

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  • TEMA 7PARED CELULAR Y MEMBRANA PLASMTICA.CITOPLASMA Y ORGNULOS MICROTUBULARES

    Cuando termines de estudiar este tema debers saber:

    Cules son los componentes qumicos de la membrana plasmtica y cmo se disponen en la misma. Describir las principales caractersticas del modelo del mosaico fluido de Singer y Nicolson. El papel de la membrana plasmtica en el transporte de sustancias, el reconocimiento celular y en la recepcin y

    transmisin de estmulos. Cules son y como funcionan los principales mecanismos de transporte de sustancias a travs de la membrana: di-

    fusin simple, difusin facilitada, transporte activo, endocitosis y exocitosis. Cul es la importancia de la bomba de Na+- K+ en la fisiologa celular. describir las principales diferenciaciones que pueden aparecer en la membrana: desmosomas, uniones impermea-

    bles y uniones comunicantes. La composicin qumica y la organizacin estructural de los componentes de la pared celular. Cules son las funciones de la pared celular de las clulas vegetales. La composicin del citosol o hialoplasma y su funcin. Qu es el citoesqueleto, cules son sus componentes y qu funciones desempea. La estructura y funcin de los orgnulos microtubulares (centriolos, cilios y flagelos).

    I. ORGANIZACIN ESTRUCTURAL DE LAS CLULAS EUCARITICASLas clulas eucariotas (del griego eu = verdadero y caryon = ncleo) se caracterizan por tener un protoplasma de organiza-cin muy compleja. Bsicamente se pueden distinguir los siguientes componentes: Membrana plasmtica Citoplasma Hialoplasma: es el medio interno de la clula. Sistema de endomembranas y orgnulos membranosos. Dividen el citoplasma en compartimentos cada uno de los cua-

    les realiza una funcin especfica. Esto proporciona a los eucariotas mayor eficiencia metablica que los procariotas. Orgnulos no membranosos. Ncleo. Separado por una doble membrana. Contiene la mayor parte del DNA celular. El DNA est asociado a histonas,

    con lo que se consigue un mayor grado de empaquetamiento.II. LA PARED CELULAR

    Se trata de una cubierta rgida que recubre la membrana plasmtica de las clulas vegetales, la de los hongos, la de la ma-yora de las algas y la de las bacterias. La que vamos a estudiar aqu es la de las clulas vegetales, que es principalmentecelulsica; la de la mayora de los hongos es quitinosa y la de las bacterias est formada fundamentalmente por peptidogli-canos.La existencia de esta cubierta rgida condiciona muchos procesos biolgicos en los vegetales: nutricin (transporte de sus-tancias), osmorregulacin, crecimiento y morfologa.A. Composicin

    Agua, celulosa, hemicelulosa, sustancia pcticas, sustancias grasas (cutina, suberina, ceras, etc.) y lignina (polmeroaromtico).

    B. EstructuraFormada por una matriz porosa hidratada, formada por hemicelulosa, pectina y protenas, y un retculo de fibras de celu-losa.Las molculas de celulosa no estn dispersas, sino que se agrupan en haces de diferentes rdenes de magnitud:

    Molculas de celulosa microfibrillas elementales (visibles al m.e.) microfibrillas macrofibrillas (visibles al m.o.) fibras de celulosa

    J.Koolman, K.H. RhmBioqumica. Texto y AtlasEd. Med. Panamericana. Madrid 2004

    En las clulas de los vegetales pluricelulares se pueden distinguir, desde el exterior hacia el interior, una lmina media,una pared primaria y una pared secundaria.

    ------------------------------------------- PARED CELULAR Y MEMBRANA PLASMTICA. CITOPLASMA Y ORGNULOS MICROTUBULARES 1

  • Lmina media. Unin entre dos clulas adyacentes. Matriz con gran cantidad de sustancias pcticas. Retculo poco den-so de fibras de celulosa.Pared primaria. Matriz de hemicelulosa y sustancias pcticas y un retculo poco denso de fibras de celulosa. Aparece enlas clulas en crecimiento y, algunas veces, puede constituir la pared definitiva de la clula.Pared secundaria. Aparece en las clulas cuando han alcanzado su madurez. Posee ms celulosa y menos hemicelulo-sa que la pared primaria. No tiene sustancias pcticas. Est formada por varias capas (hasta 20) en las que las fibras decelulosa se disponen paralelamente. Tiene gran resistencia a la traccin porque en cada capa las fibras se disponen enuna direccin diferente.Lignificacin y suberificacin: la pared secundaria puede presentar depsitos de lignina o suberina que la endurecen eimpermeabilizan respectivamente.Los plasmodesmos son puentes citoplasmticos que atraviesan la pared celular y sirven de comunicacin entre dos c-lulas vecinas. Las punteaduras son zonas en las que slo aparece pared primaria por lo que se facilita el intercambio desustancias.

    C. FuncionesExoesqueleto: da forma a las clulas y les proporciona una proteccin mecnica.Protege a la clula frente a los procesos osmticos (turgencia).Sirve de barrera frente a infecciones por hongos y otros organismos.

    D. BiognesisLos componentes de la pared celular se originan en el aparato de Golgi.

    III. LA MEMBRANA PLASMTICAEs el lmite entre los medios intra y extracelular. Presenta cierta permeabilidad y consigue mantener unas condiciones fisi-coqumicas constantes en el interior de la clula.A. Composicin

    52% Protenas.40% Lpidos (fosfolpidos y colesterol fundamentalmente).8% Oligosacridos, asociados a los lpidos y a las protenas.

    B. Estructura microscpica (membrana unitaria)Al microscopio electrnico aparece como una delgada lmina de 75 formada por dos bandas oscuras de 20 entrelas cuales hay una banda clara de 35 .

    C. Arquitectura molecular1. Modelo de Davson y Danielli

    En 1935, H.Davson y J.Danielli propusieron que las membranas plasmticas estaban formadas por una bicapa lipdi-ca (con los polos hidrfobos enfrentados) recubierta interna y externamente por una capa continua de protenas. Estemodelo encajaba con lo que se conoca de la composicin de la membrana y con lo que se observaba en las prime-ras microfotografas electrnicas de membranas, por lo que fue aceptado durante largo tiempo.

    2. Modelo del mosaico fluidoLa profundizacin en el conocimiento de las propiedades de las protenas de la membrana y el desarrollo de nuevastcnicas de microscopa electrnica (criofractura) llev a que, en 1972, S.J.Singer y G.Nicolson propusieran el mode-lo del mosaico fluido que, bsicamente, se mantiene hasta hoy en da. Singer y Nicolson plantearon que las membra-nas son un mosaico de fosfolpidos y distintos tipos de protenas y que su estructura era dinmica y fluida.En este modelo, los fosfolpidos constituyen una bicapa con los extremos apolares enfrentados y las cabezas polaresorientadas hacia el medio intra y extracelular. Existen protenas perifricas dispuestas en ambas superficies y prote-nas integrales que atraviesan total o parcialmente la bicapa, con sus regiones hidrfilas en contacto con el medio in-tra o extracelular y las hidrfobas en la regin hidrofbica de la bicapa lipdica. En la superficie externa hay oligosac-ridos unidos a las protenas y a los lpidos.Los componentes de la membrana no tienen posiciones fijas, sino que pueden experimentar desplazamientos latera-les. A esta propiedad se debe el nombre que recibe este modelo de la membrana plasmtica.

    J.Darnell, H.Lodish, D.Baltimore. Biologa Celular y Molecular. Editorial Labor. Barcelona 1988

    D. Cubierta celular (glucoclix)Las dos lminas de la membrana plasmtica son diferentes en cuanto a composicin qumica. La superficie que est encontacto con el medio extracelular posee abundantes oligosacridos unidos a lpidos y a protenas formando glucolpi-dos y glucoprotenas. Las cadenas glucdicas de las glucoprotenas, junto a las de los glucolpidos, forman la cubiertacelular.

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  • E. FuncionesLa membrana plasmtica desempea bsicamente tres funciones: control del transporte de sustancias, reconoci-miento celular, recepcin y transmisin de estmulos. Para mantener las condiciones del interior de la clula constantes, la membrana plasmtica controla el intercambio de

    sustancias a su travs. Esta capacidad de controlar las sustancias que la atraviesan se conoce como permeabilidadselectiva. Los procesos mediante los cuales pueden atravesar sustancias la membrana celular son: Osmosis. Entrada y salida de agua al comportarse como una membrana semipermeable. Difusin simple. Los gases, como el O2, CO2 y N2, pueden atravesar fcilmente la membrana y se mueven travs

    de ella a favor del gradiente de concentracin, es decir, desde las zonas de mayor concentracin a las de menor.Este transporte no requiere un consumo de energa por parte de la clula.

    Difusin facilitada. Las pequeas molculas polares, como los monosacridos o el glicerol, y los iones se muevena favor de gradiente, pero favorecido por protenas transmembranosas especficas (canales inicos y permeasas)que cambian de conformacin durante el proceso. Al realizarse a favor del gradiente, este transporte tampoco su-pone gasto de energa.Un ejemplo bien conocido de este tipo de protenas es la que se conoce como GLUT-1, responsable del transpor-te de glucosa a travs de las membranas.

    Transporte activo. Las clulas tambin pueden mover iones y molculas de forma dirigida, en contra del gradien-te. Para hacerlo la clula tiene que consumir ATP, para compensar la reduccin de entropa que se produce. Eneste transporte tambin es necesaria la intervencin de protenas transportadoras especficas, denominadasbombas.Un ejemplo bien conocido de transporte activo es la bomba de Na+ K+, que mantiene baja la concentracin deNa+ en el interior de la clula y alta la de K+. Las funciones de la bomba sodio-potasio son numerosas; entre ellaspodemos destacar las siguientes:- Mantiene un gradiente de Na+ entre los medios intra y extracelular. Este gradiente es necesario en numerosos

    procesos como la transmisin del impulso nervioso o el transporte activo de ciertas molculas hacia el interiorde