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Membrana celular, Apuntes de Biología Celular

Asignatura: Biología Celular e Histología, Profesor: Jesús Page, Carrera: Biología, Universidad: UAM

Tipo: Apuntes

2014/2015

Subido el 25/02/2015

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TEMA 1: MEMBRANA PLASMÁTICA
La membrana plasmática es una estructura delgada, de aproximadamente 7,5 nm de promedio
entre sus diferentes partes y los diferentes tipos de célula considerando todos sus componentes
y 5nm considerando sólo la bicapa lipídica. Envuelve el contenido celular y la aísla del medio en
el que vive. Además, tiene funciones de transporte, intercambio de sustancias con el medio;
identificación; comunicación y adhesión.
La regulación de estas funciones depende de factores que forman parte de la membrana o
asociados a ella.
Su estructura principal está formada por una BICAPA LIPÍDICA en la que están asociadas
proteínas y azúcares:
1. LÍPIDOS de membrana (40 %), son anfipáticos, tienen un extremo hidrofílico o polar (que se
siente atraído por el agua) y otro hidrofóbico o apolar (que rehúye del agua). En la membrana
aparecen tres tipos de lípidos:
• Los fosfoglicéridos tienen una cabeza polar y dos colas hidrocarbonadas hidrofóbicas. Tienen
como esqueleto el glicerol, con tres átomos de carbono, dos de ellos unidos por enlace ester a
un ácido graso de cadena larga (cada
uno), con o sin saturaciones, y el
tercer carbono está unido a un grupo
fosfato, el cual, a su vez, está unido a
un grupo cabeza (aminoalcohol):
colina, serina, etanolamina o inositol.
En medio acuoso forman estructuras
que aíslen la parte apolar del agua:
micelas o bicapas.
Simetría cilíndrica
• Los esfingolípidos. Tienen características similares a los fosfoglicéridos. Están formados por
una molécula de esfingosina, un aminoalcohol insaturado, que se une a un ácido graso de
cadena larga y que según el grupo químico al que este unido en su parte superior puede ser:
o Esfingomielina. Está unida a un grupo fosfato y a un aminoalcohol, el más común es la
colina. También es considerado un fosfolípido porque tiene un grupo fosfato, pero no
un fosfoglicérido porque no tiene glicerol.
o Glicolípidos. La esfingosina está unida a otro tipo de residuos, azúcares. Si estos son
sencillos se denominan gangliósidos, si son complejos, cerebrósidos.
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TEMA 1: MEMBRANA PLASMÁTICA

La membrana plasmática es una estructura delgada, de aproximadamente 7,5 nm de promedio entre sus diferentes partes y los diferentes tipos de célula considerando todos sus componentes y 5nm considerando sólo la bicapa lipídica. Envuelve el contenido celular y la aísla del medio en el que vive. Además, tiene funciones de transporte, intercambio de sustancias con el medio; identificación; comunicación y adhesión. La regulación de estas funciones depende de factores que forman parte de la membrana o asociados a ella. Su estructura principal está formada por una BICAPA LIPÍDICA en la que están asociadas proteínas y azúcares:

1. LÍPIDOS de membrana (40 %), son anfipáticos, tienen un extremo hidrofílico o polar (que se

siente atraído por el agua) y otro hidrofóbico o apolar (que rehúye del agua). En la membrana aparecen tres tipos de lípidos:

  • Los fosfoglicéridos tienen una cabeza polar y dos colas hidrocarbonadas hidrofóbicas. Tienen como esqueleto el glicerol, con tres átomos de carbono, dos de ellos unidos por enlace ester a un ácido graso de cadena larga (cada uno), con o sin saturaciones, y el tercer carbono está unido a un grupo fosfato, el cual, a su vez, está unido a un grupo cabeza (aminoalcohol): colina, serina, etanolamina o inositol. En medio acuoso forman estructuras que aíslen la parte apolar del agua: micelas o bicapas. Simetría cilíndrica
  • Los esfingolípidos. Tienen características similares a los fosfoglicéridos. Están formados por una molécula de esfingosina , un aminoalcohol insaturado, que se une a un ácido graso de cadena larga y que según el grupo químico al que este unido en su parte superior puede ser:

o Esfingomielina. Está unida a un grupo fosfato y a un aminoalcohol, el más común es la colina. También es considerado un fosfolípido porque tiene un grupo fosfato, pero no un fosfoglicérido porque no tiene glicerol. o Glicolípidos. La esfingosina está unida a otro tipo de residuos, azúcares. Si estos son sencillos se denominan gangliósidos , si son complejos, cerebrósidos.

  • Los esteroles. Derivan de otros precursores lipídicos. Son lípidos de estructura compleja sin ácidos grasos, relacionados estructuralmente con el ciclopentanoperhidrofenantreno.

o El colesterol , está formado por una serie de anillos de carbono, que le proporciona una simetría plana, y una cola hidrocarbonada. Tiene carácter anfipático, aunque la mayor parte es hidrofóbica, está unido a un grupo OH, que actúa como polo hidrofílico y que en las membranas, sobresale a la altura de la parte hidrofílica de los fosfoglicéridos. o Ergosterol

PROPORCIONES DE LÍPIDOS EN LA MEMBRANA

Los lípidos más abundantes en las membranas celulares son los fosfoglicéridos, luego los esteroles y por último los esfingolípidos. Sin embargo, estas proporciones pueden variar según el tipo de célula y las los distintos compartimentos celulares. El retículo endoplásmico no tiene esfingolípidos, el Golgi tiene pocos y la membrana plasmática tiene bastantes. Los esfingolípidos son más largos y aumentan el grosor de la membrana.

hidrofílicos para permitir el paso de sustancias polares por el poro. En cambio las proteínas formadas por una sola α-hélice nunca tienen función transportadora. o Proteínas unidas a una hemimembrana. Las características del dominio transmembrana son iguales a las proteínas anteriores. Son poco abundantes. o Proteínas unidas covalentemente (normalmente a lípidos de la membrana). Están formadas por un dominio globular hidrofílico y tienen un aminoácido unido covalentemente a un lípido de la membrana. Cuando se encuentran en la parte interna de la célula, se unen a un ácido graso, que puede ser el palmítico, mirístico o farnesil, mediante una unión fuerte, pero muchas veces reversible (se puede cortar y volver a unir). Si están unidas en la parte extracelular, se unen al lípido complejo glicosilfosfatidilinositol, estas uniones son fijas, no se rompen y las proteínas forman parte de la estructura de la membrana aunque no la atraviesen.

  • PROTEÍNAS PERIFÉRICAS. No forman parte estructural de la membrana sino que se unen a ella a través de interacciones débiles, como puentes de hidrógeno, fuerzas electrostáticas… con lípidos u otras proteínas de membrana. Se disocian de la membrana tras el tratamiento con agentes polares como soluciones de pH extremo o de alta concentración salina, que no rompen la bicapa fosfolipídica. Participan en funciones celulares regulables, por lo que interesa que se puedan unir y separar de la célula, como por ejemplo en la regulación de los filamentos del citoesqueleto.

LAS CARÁCTERÍSTICAS DE LAS PROTEÍNAS DE MEMBRANA.

  1. Se pueden mover , mediante movimientos de rotación y desplazamiento lateral (nunca de flip-flop). Existen restricciones al movimiento por agrupaciones de proteínas que funcionan de manera coordinada.
  2. Contribuyen a la asimetría de la membrana, pues algunas solo aparecen en la parte citoplasmática y otras en la cara extracelular. Las proteínas transmembrana aparecen siempre con la misma orientación y los dominios del citoplasma son distintos a los extracelulares, siendo sus funciones también distintas.
  3. Los lípidos de la membrana aíslan el interior celular, sin embargo la mayor parte de las funciones de la membrana las realizan las proteínas.

3. AZÚCARES (10%) Se encuentran siempre hacia el exterior de la célula y nunca como

componentes aislados sino formando estructuras con lípidos (glucolípidos, un 10%, que pueden ser gangliósidos o cerebrósidos) y con proteínas (glucoproteínas, muy abundantes). Todas las proteínas que tienen un dominio hacia el exterior celular van a estar glicosiladas. En el exterior de la célula se forma una especie de recubrimiento llamado glicocaliz , cuyas funciones son:

  • Protección. Los azúcares absorben gran cantidad de agua que forma una capa de hidratación que protege la superficie celular.
  • Identificación. Las proteínas que trabajan en la identificación celular. (Ej: grupo sanguíneo o Rh). Participan como marcadores de varios tipos de interacciones célula- célula.
  • Adhesión celular.
  • Fisiología de algunos órganos. Por ejemplo en el intestino establece las condiciones favorables para que las enzimas digestivas actúen adecuadamente.

ESTRUCTURA MOLECULAR DE LAS MEMBRANAS

La superficie de la membrana es rugosa y sinuosa. La formación de bicapa lipídica le confiere tres propiedades a la membrana:

  1. FLUIDEZ. Es una estructura fluida. Singer y Nicolson, propusieron el modelo de mosaico fluido. La estructura de la membrana no es rígida sino que sus componentes se pueden mover, por movimientos de: a. Rotación. Los lípidos pueden rotar sobre su eje b. Flexión. Los lípidos se pueden balancear c. Desplazamiento lateral (en el plano de la membrana). d. Flip-flop, de cambio de una hemimembrana a otra.

Los tres primeros son espontáneos y se producen debido a la agitación térmica de la membrana. El movimiento de flip- flop se puede producir espontáneamente pro en menor proporción, para hacerlo necesita la ayuda de unas proteínas llamadas flipasas. La fluidez de la membrana varía según unos factores reguladores, que son: a. La temperatura. A mayor temperatura mayor es la agitación térmica, las párticulas se mueven más deprisa y la membrana se vuelve más fluida. b. La composición lipídica. Según su longitud o número de carbonos. Cuanto más larga es la cadena hidrocarbonada la membrana es más rígida, porque las interacciones entre cadenas cortas de ácidos grasos son más débiles que entre largas y se mantienen fluidas a temperaturas bajas, (cuestión de espacio). La presencia de instauraciones o dobles enlaces que introducen un giro en el ácido graso hacen que ocupe un volumen mucho mayor, volviendo la membrana más fluida. Muchos organismos sufren las variaciones ambientales de temperatura, para combatirlo, si la temperatura sube, sintetizan lípidos de membrana con cadenas más largas y eliminan las instauraciones; si la temperatura baja, hacen al contrario. c. La presencia de colesterol hace a la membrana más rígida, pero no menos fluida. Afecta también a la permeabilidad, haciendo que la membrana sea más impermeable. Como es una molécula pequeña afecta a las partes exteriores de la bicapa permitiendo el movimiento de los lípidos en el plano. Las moléculas de colesterol se insertan en la bicapa con sus grupos polares hidroxilo, próximos a los grupos de cabeza hidrofílicos de los fosfolípidos. Los anillos hidrocarbonados rígidos del colesterol interactúan con las regiones de las cadenas de ácidos grasos adyacentes a los grupos de cabeza de los fosfolipdios, disminuyendo la movilidad de las porciones externas de las cadenas de ácidos grasos haciendo ésta parte de la membrana más rígida. Por otra parte, la inserción del colesterol interfiere con las interacciones entre cadenas de ácidos grasos, manteniendo la fluidez de la membrana a temperaturas bajas. Los estados de la membrana son: líquido, sólido y líquido ordenado (cuando tiene colesterol, sigue teniendo fluidez pero es más rígida y menos permeable)