MEMBRANA PLASMÁTICA.ppt
- 1. Todas las células mantienen su organización morfofuncional debido a una membrana que las limita del medio externo, así como una serie de compartimientos intracelulares que los delimitan del citosol. LAS MEMBRANAS CELULARES • La membrana plasmática define el límite celular y determina la composición diferencial entre el citosol y el medio extracelular. • Es la principal responsable del control de la entrada y salida de sustancias de la célula. • Es cerca de 6 a 10 nm (60 A° a 100 A°) de espesor. • Las membranas celulares no son paredes rígidas; son estructuras complejas y dinámicas compuestas por moléculas que poseen características especiales.
- 2. En 1935 Danielli y Davson propusieron un modelo de membrana celular. En este modelo los lípidos forman una doble capa rodeada de proteínas. Robertson (1957) elaboró “modelo de membrana unitaria” que retenía aspectos del modelo de Danielli-Davson: una bicapa lipídica pero rodeada de dos capas asimétricas de proteínas que tenían conformación extendida. También se sugirieron parches activos que presentan discontinuidades generando poros acuosos revestidos de proteínas que permiten el transporte de solutos. En 1972 Singer y Nicolson formularon el modelo del mosaico fluido. Según éste, las membranas celulares están formadas por una bicapa de lípidos en la que se insertan diferentes tipos de proteínas integrales a la que se asocian proteínas periféricas. La bicapa lipídica constituye un fluido bidimensional, un mosaico hetero- géneo de moléculas de fosfolípidos y proteínas muchas de ellas lateralmente móviles.
- 3. COMPOSICIÓN LÍPIDICA DE LAS MEMBRANAS Lípido Membrana plasmática (eritrocito) (hígado) Retículo endoplasmático Mitocondria Fosfatidilcolina Fosfatidiletanolamina Fosfatidilserina Esfingomielina Glucolípidos Colesterol Otros 17 18 7 18 3 23 13 24 7 4 19 7 17 22 40 17 3 5 traza 6 27 39 35 2 0 traza 3 21
- 4. ¿QUÉ LE APORTAN LOS LÍPIDOS A LA MEMBRANA ? Autoensamblaje Capacidad de construir bicapas que se cierran espontáneamente en medio acuoso Autosellado Si las bicapas se rompen o se separan, se pueden volver a unir endocitosis, exocitosis, etc. Fluidez Se pueden desplazar lateralmente debido a las fuerzas de Van der Waals, electrostáticas confiere gran flexibilidad y fluidez. Impermeabilidad Imprimen relativa impermeabilidad frente a sustancias hidrosolubles la membrana actúa como barrera de contención. Impermeabilidad relativa intercambios de materia y energía a su través.
- 6. FOSFOLIPIDOS DE MEMBRANA • Son componentes importantes de la membrana, siendo los mas abundantes los fosfatidilcolina (PC), esfingomielinas, fosfatidiletanolamina (PE), fosfatidilserina (PS). • A pH fisiológico (7,2) solo la PS está cargada negativamente,
- 7. Los fosfolípidos pueden ordenarse formando diferentes estructuras Forman estructuras hexagonales (micelas) y laminares (bicapas o multicapas). A pesar de la variabilidad en la composición fosfolipídica de las membranas biológicas, la unidad estructural es siempre una bicapa, una estructura laminar compuesta de dos capas de moléculas de fosfolípidos cuyas cabezas polares enfrentan el medio acuoso y cuyas colas hidrocarbonadas forman un medio hidrofóbico de alrededor de 30 Å de espesor.
- 8. Los esfingofosfolípidos tienen un esque- leto de esfingosina en lugar de glicerol. El más común es la esfingomielina (SM). Los glucolípidos se encuentran en la superficie de las membranas plasmá- ticas, presentan un esqueleto de esfingo- sina y pueden tener uno o más residuos de azúcares. Los galactocerebrósidos son neutros y los gangliósidos contienen oligosacáridos con uno o más residuos de ácido siálico y son abundantes en las membranas plasmáticas de las neuronas. Otros lípidos como los inositol fosfolípidos, de gran importancia en procesos de transducción de señales, se encuentran en pequeñas cantidades.
- 9. Las moléculas de colesterol se orientan con su pequeño grupo OH hacia las cabezas polares de los FLs (se formaría un puente de H entre OH y el O de grupos C=O) mientras que los anillos esteroidales interactúan con las cadenas hidrocarbonadas. El colesterol restringe el movimiento de las cadenas de los FLs en la zona cercana a los grupos polares y hace a la membrana menos deformable o mas rígida. Por otra parte, la inserción del colesterol interfiere con la interacción entre cadenas hidrocarbonadas de los ácidos grasos, manteniendo, de este modo la fluidez de la membrana a temperaturas mas bajas. COLESTEROL
- 10. La membranas poseen regiones de mosaico fluido Singer-Nicholson y zonas con micro- dominios transitorios o balsas lipídicas (lipid rafts) que contienen esfingolípidos, colesterol y algunas proteínas de membrana que se organizan en fases líquidas ordenadas. Los esfingolípidos poseen largas cadenas rectas lo que favorece su empaquetamiento e interacción con colesterol induciendo una separación de fase entre los GFLs y los EFs. Balsas Lipídicas Proteínas celulares o exógenas pueden interactuar con estas balsas que servirían como vehículos de transporte a la superficie celular. Las balsas pueden servir de portal de entrada a varios patógenos y toxinas, como el virus de inmunodeficiencia 1 (HIV1). membrana de linfocito T
- 11. • Existe un grado de asimetría entre las dos hojas de la membrana plasmática, tanto en su composición de lípidos como de proteínas. • Los FL no se distribuyen por igual entre ambas hojas de la bicapa, ya que la fosfatidiletanolamina y los fosfolípidos ácidos (cargados negativamente) tienden a ubicarse en la hoja de las membranas en contacto con el citosol. ASIMETRIA DE LA MEMBRANA
- 12. • La fluidez le permite tanto a los lípidos como a las proteínas considerables desplazamientos en un plano estructural. Los fosfolípidos tienen una gran libertad de movimiento dentro de su monocapa. • Los FL pueden difundir lateralmente, girar sobre su eje o balancear y flexionar sus cadenas. • En cambio el movimiento de un lado de la bicapa al otro “flip-flop”, es raro, por ser termo- dinámicamente desfavorable. FLUIDEZ DE LAS MEMBRANAS
- 13. FLUIDEZ DE LA MEMBRANA Un factor que afecta la fluidez es la existencia de dobles enlaces en la cadena, ya que los carbonos insaturados imparten una desviación a la cadena que impide que las moléculas se adosen estrechamente y aumenten su visco- sidad. Cuanto mayor sea el grado de in- saturación de los AG de la bicapa, ésta se hace mas fluida y, por tanto, menor será la T° necesaria para que la bicapa pase al estado de gel cristalino donde el movimiento de los fosfolípidos es muy restringido. La viscosidad de la bicapa será mayor cuanto más larga sean las cadenas hidrocarbonadas. Dependiendo de la T°, el colesterol tiene efectos distintos sobre la fluidez de la membrana. A altas T°s, interfiere con el movimiento de las cadenas hidrocarbonadas de los fosfolípidos, haciendo que la capa externa de la membrana sea menos fluida y reduciendo su permeabilidad a las moléculas pequeñas. A bajas T°s, el colesterol tiene efecto opuesto, interfiere con la interacción entre las cadenas de ácidos grasos, impide el congelamiento de la membrana y mantiene fluida la membrana.
- 14. PROTEÍNAS DE MEMBRANA Las proteínas le confieren sus características funcionales fundamentales. La composición proteica de la membrana está relacionada con su función. El tipo y cantidad de proteínas que las componen es muy variable. Por ej. la membrana interna mitocondrial contiene 70% de proteínas y la mielina solo 18%. En una membrana que contiene 50% de proteínas hay 50 moléculas de fosfolípidos por molécula de proteína. Todas las membranas biológicas contienen proteínas cuyas propiedades depende del tipo de célula y de la localización subcelular.
- 15. Proteínas de la Membrana * Periféricas * Integrales * Ancladas a lípidos • Mientras que los lípidos proveen la estructura a las membranas, muchas de las funciones son realizadas por las proteínas de la membrana. • Las proteínas constituyen ~50% de la masa de la membrana plasmática debido a que las moléculas lipídicas son mucho más pequeñas.
- 16. PROTEÍNAS INTEGRALES -Tienen el dominio hidrofóbico que atravieza la bicapa en la forma de una α hélice, con aminoácidos que tienen las cadenas laterales hidrofóbicas. -En algunos casos, la proteína integral contienen residuos no polares en gran parte de su superficie expuesta , las mismas que se integran al interior de la bicapa donde interaccionan con las colas hidrocarbonas de los fosfolípidos, -Se separan con procedimientos relativamente drásticos: detergentes o solventes. PROTEÍNAS PERIFÉRICAS - No penetran en el interior hidrofóbico de la bicapa lipídica. - Se asocian con la membrana mediante enlaces débiles, del tipo de interacciones iónicas u otras. - Son fácilmenete separables con procedimientos suaves, como soluciones salinas concentradas o pH elevados.
- 17. . Algunas proteínas (ej., la proteína Thy-1) está anclada en la hoja externa de la membrana por GPI agregados al extremo C, en el RE. La proteína Ras está anclada por un grupo prenilo unido a la cadena lateral del extremo C de cisteína y por un grupo palmitoilo unido a una cisteína localizada 5 aa. arriba. La proteína Src está anclada por un gupo miristoilo unido a su N terminal. PROTEÍNAS ANCLADAS EN LA MEMBRANA PLASMÁTICA POR LÍPIDOS
- 18. MEDIO EXTRACELULAR (cytoskeletal pro- teins beneatch the plasma membrane) PROTEINA DE ADHESION Cadena oligosacárida Fosfolípido Colesterol BICAPA LIPIDICA PROTEINA DE RECONOCIMIENTO PROTEINA RECEPTORA CITOPLASMA MEMBRANA PLASMATICA (area of enlargment) PROTEINAS DE TRANSPORTE proteína canal abierta Proteína canal gated (abierta) Proteína de transporte activo Proteína canal (cerrada) Proteínas de la Membrana • Algunas proteínas sirven de receptores que intervienen en procesos de reconocimiento y adhesión celular, otras actúan como transportadores, otras son enzimas y, finalmente otras son proteínas estructurales, que junto con los receptores, conectan la membrana plasmática con el citoesqueleto, con otra célula adyacente o con la matriz extracelular.
- 19. CARBOHIDRATOS DE MEMBRANA • Los carbohidratos constituyen entre 2 a 10 % de las membranas celulares. • Se hallan unidos covalentemente a lípidos y a proteínas. • Solo se localizan en la cara externa de la membrana plasmática o en superficie no citosólica (o luminal) de la membrana de los organelos que integran el sistema de endomembranas.
- 20. Funciones de las Membranas Celulares (i) Forman los límites fijos de compartimentos cuya composición puede ser controlada permitiendo que ocurran los procesos bioquímicos eficientemente. (ii) Su estructura lipoproteica permite el transporte selectivo de moléculas y iones de un compartimiento a otro. (iii) Son interfases que transducen señales químicas o energía desde un compartimiento a otro. (iv) Proporcionan el ambiente óptimo para el funcionamiento de moléculas (enzimas, bombas iónicas, receptores, etc.) que están asociadas al transporte de solutos y a la transducción de señales.