Clase 5
Estructura de la Membrana Celular
• El grosor de la membrana es de 7.5 a 10 nanómetros (nm).
• No es visible en el microscopio de luz.
• La membrana se compone, casi completamente, de lípidos y
proteínas, adicionalmente presenta colesterol y azúcares.
Mitocondria
Membrana plasmática
Núcleo
Membrana plasmática
Modelo de Membrana
Mosaico Fluido
Oligosacáridos
Proteínas
Superficie
exterior
Colesterol Citoplasma
Zona hidrofílica
estructura general fosfolípido
Zona hidrofóbica
Detalles de un fosfolípido
¿Por
qué los fosfolípidos
forman capas de
moléculas?
Si se mezclan fosfolipidos con agua, éstos forman
estructuras de doble capa. La parte hidrofílica se orienta
hacia el agua.
La parte hidrofóbica, mirara hacia adentro tocándose las
colas, unas con otras.
Lípidos de Membrana
• Esteroides como el Colesterol (célula
animal) y los Fitoesteroles (célula vegetal)
cumplen un papel importante regulando la
resistencia y la fluidez de las membranas.
Las Proteínas
• Entre los fosfolípidos, se
encuentran
flotando
diferentes
clases
de
proteínas.
• Generalmente estas son
proteínas globulares.
• Ellas no están unidas en
ningún patrón fijo, pero
cambio flotan alrededor
de la capa de
fosfolípidos.
Proteínas de Membrana
• Existen dos tipos generales de proteínas de membrana:
- Proteínas integrales o transmembrana: penetran
completamente la bicapa fosfolipídica y tienen regiones
hidrofóbicas.
- Proteínas periféricas: no atraviesan toda la bicapa
fosfolipídica y carecen de regiones hidrofóbicas (presentan
regiones polares o cargadas). Están asociadas a proteínas
integrales y a lípidos.
Las proteínas de membrana permiten el movimiento de
materiales a través de la membrana y la recepción de
señales químicas desde el ambiente externo de la célula.
Proteínas de Membrana
Función de las Proteínas de Membrana
• Transporte
• Permiten y regulan el paso de sustancias que por su tamaño o
por su carga no atraviesan libremente la membrana plasmática.
• Transportadores pasivos: canales iónicos
• Proteínas facilitadoras.
Función de las Proteínas de Membrana
• Comunicación
• Célula – medio extracelular:
reciben estímulos eléctricos o
químicos (ej. hormonas).
• Célula – célula: reciben y
envían estímulos químicos y
eléctricos entre las células.
UNION
Estrech
a
Desmoso
mas
UNION
Comunic
ante
Membr
ana
plasmá
tica
Matriz
adyace
extracel
nte
ular
Función de las Proteínas de Membrana
• Reconocimiento
• Algunas Glucoproteínas (proteína + carbohidrato),
hacen específicas las células para un tejido,
órgano y hasta para un organismo.
Proteínas de transporte
Proteínas que forman canales.
Proteínas del transporte tipo
“carrier”
PROTEÍNA DE RECONOCIMIENTO
Carbohidratos de Membrana
• Carbohidratos como glucosa o galactosa se fijan a proteínas o
a fosfolípidos, por fuera de la membrana plasmática, formando
glucoproteínas o bien glucolípidos.
• Son importantes para el reconocimiento de moléculas
específicas.
• Ayudan a mantener unidas las células vecinas.
Teoría del Mosaico Fluido
• Movimiento de los fosfolípidos:
• Flip - Flop: pueden saltar de una
monocapa a la otra; se produce poco
por que requiere gran gasto de energía.
• Difusión lateral: cambian de lugar con
fosfolípidos vecinos, dentro de la
misma monocapa unas 107 veces por
segundo.
• Rotación: giran sobre su eje
longitudinal con rapidez.
• Flexión: Separación y aproximación de
los extremos de las colas, por flexión
de las cadenas carbonadas de los
ácidos grasos.
Funciones de la Membrana
Plasmática
• Protegen la célula o a los organelos del medio externo.
• Mantienen una forma estable de la célula u organelo.
• Regulan el transporte de sustancias y energía hacia
adentro o hacia afuera de la célula u orgánulo
• Permite la comunicación entre las células adyacentes.
• Permiten el reconocimiento celular.
• Permiten la motilidad de algunas células u orgánulos
Permeabilidad Selectiva
• Capacidad de la membrana de incorporar las sustancias necesarias
para la célula y descartar los desechos celulares.
– Impide que algunas sustancias, como las proteínas y los lípidos, entren a
la célula.
– Permite el paso de azúcares simples, oxígeno, agua y dióxido de carbono.
• La Permeabilidad a través de la membrana depende de factores:
– Solubilidad en los lípidos: Sustancias liposolubles (ej. moléculas
hidrófobas, no polares) penetran con facilidad la bicapa de
fosfolípidos. Por otro lado el agua no pasa con facilidad.
– Tamaño: Muchas moléculas de gran tamaño (glucosa, proteínas,
aminoácidos, ácidos nucleicos) no pasan a través de la bicapa de
fosfolípidos
– Carga: Moléculas cargadas y los iones (k+, Mg+2, Ca+3, Cl-) no
pueden pasar, en condiciones normales, a través de la membrana.
TIPOS DE TRANSPORTES POR LA M.P.
PASIVO
Difusión
simple
osmosis
ACTIVO
difusión
facilitada
Uniporte
Cotransporte
TRANSPORTE DE MATERIALES A TRAVÉS DE
LAS MEMBRANAS PLASMATICAS
Los mecanismos que permiten a las sustancias cruzar las
membranas plasmáticas son esenciales para la vida y la comunicación de
las células. Para ello, la célula dispone de dos procesos:
Transporte pasivo: cuando no se requiere energía para
que la sustancia cruce la membrana plasmática.
Transporte activo: cuando la célula utiliza ATP como
fuente de energía para hacer atravesar la membrana a una
sustancia en particular. Ocurre contra el gradiente de
concentración o en contra de un gradiente eléctrico de
presión (gradiente electroquímico), es decir, es el paso de
sustancias desde un medio poco concentrado a un medio
muy concentrado.
1.- Transporte pasivo
Los mecanismos de transporte pasivo son:
a) Difusión simple,
b) Difusión facilitada.
c) Osmosis.
El término “difusión” hace relación a: El movimiento de
una sustancia de un área de mayor concentración a una
de menor concentración. Este proceso tiene lugar hasta
que la concentración se iguala en todas las partes.
Difusión de un Colorante en Agua
Dispersión
Dispersión
Uniforme
Tiempo 0
Tiempo 1
Tiempo 2
Alta
Gradiente
de Concentración
Menor
Gradiente de
Concentración
No hay
Gradiente de
Concentración
a) Difusión simple: La difusión simple es el movimiento de átomos,
moléculas de una región de mayor concentración a una de menor
concentración sin requerir gasto de energía ni la participación de
proteínas.
Algunas sustancias como
el oxígeno, dióxido de carbono,
esteroides, vitaminas liposolubles, urea, glicerina, alcoholes de
pequeño peso molecular atraviesan la membrana celular por
difusión, es decir, la capa de fosfolípidos.
(fluido extracelular )
Algunas moléculas
difunden libremente
(citoplasma)
b) Difusión facilitada: Es el movimiento de moléculas
más grandes que no pueden pasar a través de la bicapa
lipídica y necesita ayuda de una proteína u otros
mecanismos para pasar al otro lado.
La difusión facilitada es mucho más rápida que la difusión
simple y depende:
a) del gradiente de concentración de la sustancia a ambos
lados de la membrana.
b) del número de proteínas transportadoras existentes en
la membrana y
c) de la rapidez con que estas proteínas hacen su trabajo.
Difusión facilitada
Ejemplo: La glucosa ingresa a la célula en cuatro etapas:
1) se une al transportador en la cara externa de la membrana;
2) el transportador cambia de conformación y la glucosa y su
sitio de unión quedan localizados en la cara interna de la
membrana;
3) el transportador libera la glucosa al citoplasma, y
4) el transportador libre cambia nuevamente de conformación,
expone el sitio de unión a la glucosa en la cara externa y
retorna a su estado inicial
ACUAPORINAS.
Son proteínas que evolucionaron
para poder transportar
rápidamente el agua a través de las membranas biológicas. Las
acuaporinas se encuentran en todas las formas de vida, como:
eubacterias, hongos, plantas y filum animal.
Las acuaporinas son muy selectivas para transportar el agua,
incluso rechazan los iones hidronio (H3O+). Algunos miembros de
la superfamilia de las acuaporinas son permeables a una
variedad de solutos neutros pequeños como el glicerol o urea
El transporte del agua o glicerol, a través de las acuaporinas, se
lleva a cabo por difusión, la cual se facilita mediante gradientes
osmóticos o de concentración
Difusión Facilitada:
Transportadores
Molécula en
Tránsito
Gradiente de
difusión
(Exterior Canal de
celular) difusión
Proteína portadora
con sitio de unión
para la molécula
La molécula entra en
el sitio de unión
(Interior celular)
La proteína portadora cambia
de forma, transportando la
molécula al otro lado de la
membrana
La proteína portadora
recupera su forma original
TRANSPORTE FACILITADO
• Se realiza con proteínas transportadoras o “carrier” o por
canales proteicos.
• El carrier tiene un sitio activo al que se le une la
molécula transportada.
• El “carrier”, se satura.
• No gasta energía: ocurre a favor de la gradiente de
concentración.
• Ocurre para moléculas complejas polares o hidrofílicas:
glucosa, amino ácidos,etc.
Factores que afectan la tasa de difusión
La magnitud del gradiente de concentración: A
mayor gradiente, difusión más rápida.
Tamaño de la molécula: Moléculas pequeñas,
difusión más rápida.
Temperatura: A mayor temperatura, difusión más
rápida.
¿Qué crees que ocurrirá con el nivel de la
solución en el tubo? ¿Por qué?
CONCLUSIÓN EXPERIMENTO
• Se produce una difusión de agua desde el
vaso al tubo por el mayor potencial hídrico
que hay en el vaso.
• Este fenómeno se llama osmosis.
• Osmosis: difusión de agua de una
solución de alto potencial hídrico
(hipotónica) hacia una solución de bajo
potencial hídrico (hipertónica) a través de
una membrana semipermeable.
C) Osmosis u Ósmosis: Tipo especial de transporte
pasivo en el cual sólo las moléculas de agua son
transportadas a través de la membrana. El movimiento de
agua se realiza desde un punto en que hay mayor
concentración (de H2O) a uno de menor.
Movimiento de moléculas y el medio ambiente:
Soluto: Molécula que se disuelve en una solución.
Solvente: Sustancia capaz de disolver las moléculas de
soluto (generalmente agua).
Medio hipertónico: Mayor cantidad de moléculas de soluto
fuera de la célula que dentro.
Medio hipotónico: Menor cantidad de moléculas de soluto
fuera de la célula que dentro.
Medio isotónico: igual cantidad de moléculas de soluto
fuera y dentro de la célula
Factores Osmóticos
Comparando la célula con su medio:
• Si el medio es:
Hipotónico:
 “Hipo-” significa medio de menor concentración ” que la célula
 La célula gana agua
Hipertónico:
 “Hiper-” significa medio de “> concentración” que la célula
 La célula pierde agua
Isotónico:
 “Iso-” significa medio de “= concentración” que la célula
 No hay cambio en el volumen celular
Efectos de la Osmosis
Células crenadas
Células normales
Células
hinchadas
Solución Hipertónica Solución Isotónica Solución Hipotónica
Movimiento neto de
agua hacia fuera
Tanta agua entra como
sale de las células
Movimiento neto de
agua hacia adentro
HIPERTONICO: Plasmólisis de células vegetales
Las células vegetales están rodeadas por una pared rígida.
Cuando las células vegetales son expuestas a medios
hipertónicos, el agua sale de la célula, y la célula se encoge,
alejándose de la pared celular, dando como resultado a la
plasmólisis. La célula plasmolizada está deshidratada y
pierde la mayoría de sus funciones fisiológicas. Si las
células son regresadas a su estado isotónico o hipotónico,
el agua vuelve a entrar a la célula y se restaura su
funcionamiento normal.
HIPERTONICO: Crenación de células animales
Las células animales carecen de paredes rígidas. Cuando
son expuestas a medios hipertónicos, el agua sale de la
célula y la célula se contrae o encoge. Las células quedan
deshidratadas y pierden la mayoría de sus funciones
fisiológicas. Si las células son regresadas a su estado
isotónico o hipotónico, el agua vuelve a entrar a la célula y
se restaura su funcionamiento normal.
HIPOTONICO:
Turgencia
en
las
plantas
Cuando las células vegetales se exponen a medios
hipotónicos, el agua se precipita dentro de la célula, y la
célula se hincha, pero no se rompe por la capa rígida de la
pared. La presión de la célula empujando contra la pared es
llamada presión de turgencia, y es el estado ideal para la
mayor parte de los tejidos vegetales. Por ejemplo, si se
coloca un tallo de apio o una hoja de lechuga marchito en un
medio hipotónico de agua pura, a menudo reviven por
inducción de turgencia en las células vegetales.
HIPOTONICO:
Citólisis
en
animales
Cuando se exponen a medios hipotónicos, el agua penetra
dentro de la célula y la célula se infla. Eventualmente, si el
agua no es quitada de la célula, la presión puede exceder la
fuerza de tensión de la célula, y estalla o cae en lisis. Muchos
protistas unicelulares que viven en agua dulce, tienen vacuolas
contráctiles, que bombean fuera el agua, para poder mantener
un equilibrio osmótico y evitar la lisis.
Comportamiento de la célula animal y la vegetal:
Célula animal
Célula vegetal
Crenación: ocurre cuando la célula Plasmolisis: ocurre cuando la
está expuesta a un ambiente célula está expuesta a un ambiente
hipertónico y se arruga al perder hipertónico y pierde agua.
agua.
Hemólisis (citólisis): ocurre cuando
la célula está expuesta a un
ambiente hipotónico y explota al
llenarse de agua
Turgencia: ocurre cuando la célula
está expuesta a un ambiente
hipotónico y esta comienza a
llenarse de agua, pero no explota
porque la pared celular la protege.
TRANSPORTE ACTIVO
2.- TRANSPORTE ACTIVO
El transporte activo puede mover solutos dentro de la célula
o fuera de ella, pero la energía es siempre usada para mover
el soluto en contra del gradiente de concentración. Al igual
que la difusión facilitada el transporte activo esta limitado por
el numero de proteínas transportadoras presentes.
Pasos del Transporte Activo
Molécula
Transportada
Exterior Célula
1
2
3
Interior Célula
Energía
Proporcionada
Resto Energía
Proporcionada
4
TIPOS DE T. A.
•
Uniporte: Se mueve un soluto en
particular a través de la MP en
una sola dirección.
•
Simporte: se mueven dos solutos
diferentes a través de la MP,
simultáneamente en la misma
dirección. Uno de los solutos
impulsa el transporte del otro, por
ej. El transporte del Na+ impulsa el
transporte de la glucosa.
•
Antiporte:
Dos
solutos
se
mueven a través de la MP, o bien
simultáneamente
o
secuencialmente,
pero
en
direcciones opuestas. como en el
caso de la “bomba” sodio-potasio.
¿Qué CARACTERIZA AL TRANSPORTE
ACTIVO?
• Se realiza por proteína carrier.
• Se efectúa contra la gradiente de la
concentración de los solutos transportados.
• Gasta energía (ATP).
• Se transportan iones (partículas polares).
• Es específico.
• Presenta inhibición competitiva.
• Ejemplo de TA. La bomba Na+/K+.
Endo y Exocitosis
• Manera como la célula captura y expulsa
sustancias.
• Proceso activo para moléculas o partículas
demasiado grandes.
Endocitosis – Captura
Exocitosis – Expulsión
ENDOCITOSIS Y EXOCITOSI
Endocitosis
Endocitosis
Mediada por receptores
Pinocitosis
(fluido extracelular )
1
(citoplasma)
2
nutrientes
3
1
Vesícula que contiene
fluido extracelular
receptores
2
fosa recubierta
(citoplasma)
(fluído extracelular)
3
4 vesícula
recubierta
célula
partícula alimenticia
pseudópodo
Fagocitosis
partícula encerrada en
una vacuola alimenticia
Exocitosis
Material Secretado
(Fluído extracelular)
Membrana plasmática
2
3
Vesícula
1
(citoplasma)
EN RESÚMEN: TRANSPORTE POR
VESÍCULAS
ENDOCITOSIS
fagocitosis
sólido
pinocitosis
liquido
EXOCITOSIS
Mediado por
receptores
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