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TEMA 1. COMPARTIMENTACIÓN CELULAR. MEMBRANAS
MOLECULARES: CONCEPTO Y ORGANIZACIÓN
MOLECULAR. MEMBRANA PLASMÁTICA:
PROPIEDADES, FUNCIONES Y ESPECIALIZACIONES.
PROCESOS DE TRANSPORTE A TRAVÉS DE
MEMBRANAS. CITOSOL.
En Biología celular, cuando se habla de células se habla principalmente de células eucariotas.
- La compartimentación de la célula eucariota.
Tienen núcleo y orgánulos. Las células tienen una membrana que las aísla de otros compartimentos. El citoplasma es todo el contenido celular que está entre la membrana plasmática y el núcleo. El citosol es el contenido del citoplasma con exclusión de orgánulos limitados por membrana.
- Estructura de la membrana.
Las membranas celulares están constituidas por lípidos (que forman la bicapa lipídica), proteínas y glúcidos. Las proteínas deben ser propias de cada orgánulo para realizar una función en concreto. La bicapa lipídica se comporta como un fluido bidimensional según el modelo de Mosaico Fluido de Membrana (Singer y Nicholson, 1972).
El grosor de la bicapa es de aproximadamente de 5nm, pero puede variar. Los lípidos de la membrana se comportan de manera peculiar. Los lípidos de membrana son principalmente fosfolípidos, glucolípidos y colesterol.
- Estructura de los lípidos de membrana.
Todos los lípidos de las membranas celulares son anfipáticos, tienen un grupo polar hidrofílico (conocido como cabeza) que se encuentran asociadas con el agua y un grupo apolar hidrofóbico (conocido como cola), que se unen entre ellas y evitan el contacto con el agua.
- Principales tipos de moléculas lipídicas en membranas celulares.
Según su biosíntesis se clasifican en:
- Fosfoglicéridos: derivados del glicerol-3-fosfato. Son los lípidos más abundantes en las membranas (fosfatidilserina, fosfatidilcolina y fosfatidiletanolamina).
- Esfingolípidos: derivados de la esfingosina. Algunos tienen un grupo fosfato en la cabeza (esfingomielina). Muchos tienen glúcidos en la cabeza (glucoesfingolípido)
- Esteroles: colesterol.
Fosfoglicéridos : la estructura consiste en un glicerol-3-fosfato (en el carbono 3 hay un grupo fosfato y en los otros hay cadenas hidrocarbonadas). La cadena que se une al carbono uno suele ser una cadena saturada (sin dobles enlaces), pero la cadena unida al carbono 2 no es saturada (presenta dobles enlaces, queda torcida, plegada). Los fosfolípidos pueden cambiar de posición, rotar sobre sí mismos y cambiar de una monocapa a la otra (flip-flop, rara vez), lo que contribuye a la fluidez de la membrana. el flip-flop se produce de forma rara, si no se da por mala la pregunta.
- Fosfatidiletanolamina (A): se une una etanolamina al fosfato. Ácido graso sin carga.
- Fosfatidilserina (B): se añade una Serina al fosfato. Ácido graso con carga negativa.
- Fosfatildilcolina (C): se le añade una colina al fosfato. Ácido graso sin carga.
La mayor parte de la A y B se sitúan en la capa citosólica (interior) y la C y la E en la exoplasmica (exterior).
PREGUNTA EXAMEN: Forma la estructura de la esfingomielina.
- Esfingolípidos:
- Esfingosina (E): 3C unidos a dos OH, a una amina y a una cadena grasa.
- Esfingomielina(D): deriva de la esfingosina. se forma por unión de una fosfocolina unida en el último carbono y se une un ácido graso insaturado al grupo amino.
- Glucoesfingolípidos (nombre genérico es glucolípidos): Son dervidados de la esfingosina. Son característicos en células animales. Los glucoesfingolípidos siempre se encuentran en la membrana externa de la bicapa lipídica y en la monocapa interna de orgánulos como el retículo y el aparato de Golgi. La fracción lipídica se sintetiza en el RE y la glucídica se añade en el retículo o el Golgi y se transportan a la membrana por vesículas. Siempre están en la parte exterior en la membrana plasmática por el transporte (las membranas de la vesícula y de la bicapa se asocian y el fosfolípido queda fuera). Su función es proteger la membrana (células en medio con pH extremo) y de reconocimiento iónico celular y molecular. Se le une un azúcar a la esfingosina. Dependiendo al azúcar se dan distintas moléculas:
o Galactocerebrósido: se le añade un ácido graso a la amina y en lugar de un fosfato se una molécula de galactosa.
o Gangliósido: Igual al anterior, pero se une un conjunto de azúcares en lugar de un azúcar. Siempre aparece un ácido siálico (NANA, N-acetil- neurámico, tiene una carga negativa). También pueden tener glucosa, galactosa y N-acetil-glucosamina.
Colesterol : característico de células eucariotas. Es un esterol formado por una serie de anillos con estructura planar, fija. En los anillos tienen un solo grupo -OH que le da una naturaleza
polar y en el último anillo tiene una cadena hidrocarbonada que le proporciona una naturaleza apolar (cadena hidrocarbonada más corta que en los anteriores). No atraviesa la membrana, el grupo OH queda hacia la parte externa de la membrana que reacciona con la cabeza polar de un fosfolípido y la cadena hidrocarbonada que da hacia la parte interna de ésta hace reacción con la parte apolas de los fosfolípidos. Interaccionan con la parte polar de los fosfoglicéridos. El colesterol proporciona rigidez a la membrana Se puede situar en cualquiera de las dos monocapas. Cuando se introduce el colesterol se evita que las colas interaccionen entre sí, aumentando la fluidez de la membrana. El nº de colesterol varía según el tipo de célula (suele ser mayor en células animales que vegetales); puede llegar a tener hasta 1 colesterol por fosfolípido, relación 1:1. Al darle rigidez, evita sobre todo los movimientos rotacionales, evita la
cristalización de las membranas a bajas temperaturas e influye a la permeabilidad de la membrana haciéndola más impermeable.
- Proteínas de membrana
Las características funcionales de las membranas vienen dadas por el tipo de proteínas que posean o que tengan asociadas. Las proteínas transmembranales son aquellas proteínas que atraviesan la bicapa completa. Para que atraviese la membrana tiene que tener carácter polar y apolar, para ello tiene que tener una hélice alfa (α).
Las células necesitan que sus proteínas estén ancladas en la membrana para que ejerzan su
función en un dominio concreto. Los canales que permiten el paso de moléculas polares a través de la membrana siempre son proteínas. Hay 4 mecanismos para mantener ancladas las proteínas en la membrana:
1. Las proteínas se quedan ancladas a proteínas internas del citoesqueleto.
2. Las proteínas se quedan ancladas porque se asocian a proteínas de la matriz
extracelular. Las proteínas de ambas células se unen entre sí y evitan el movimiento.
3. Las proteínas quedan ancladas porque se asocian a proteínas del citosol,
evitando así el desplazamiento lateral.
En una célula polarizada (ej.: epitelial) las proteínas quedan ancladas mediante proteínas que forman uniones estrechas que evitan que las proteínas pasen de un dominio a otro (de una célula a otra). También evitan que pases lípidos (moléculas liposolubles) a través de la membrana. La
unión hermética o estrecha, que rodea a toda la célula por su zona latero/apical, limita la libre movilidad de proteínas y lípidos, y contribuye a que la célula se polarice estructural y funcionalmente
- Permeabilidad de la membrana
