Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen

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APUNTES ESTRUCTURA Y FUNCIÓN CELULAR Grado en Medicina Universidad de Lleida AprenAI 2026-2027 Apuntes completos de Estructura y Función Celular (Medicina): membranas, transporte, citoesqueleto, orgánulos, señalización, ciclo celular y apoptosis.

APREN.AI Índice 1 Matriz extracelular y lámina basal Proteínas estructurales: colágeno y fibras elásticas Sustancia fundamental amorfa: GAGs y proteoglicanos Glicoproteínas de adhesión e interacciones célula-matriz Ultraestructura y organización de la lámina basal 2 Composición y propiedades biofísicas de las membranas biológicas Organización general y base molecular de la bicapa lipídica Diversidad y distribución de los lípidos de membrana Dinámica de la membrana y enzimas translocadoras Proteínas de membrana, microdominios lipídicos y glucocálix 3 Adhesión celular y complejos de unión Principios de la adhesión celular y clasificación de las CAMs Familias moleculares de adhesión celular Cascada de extravasación y migración leucocitaria Complejos de unión intercelular y adhesión célula-matriz 4 Transporte a través de membrana y permeabilidad al agua Permeabilidad de la membrana y factores determinantes Ósmosis, osmolalidad y regulación hídrica por acuaporinas Modalidades de transporte pasivo: difusión simple y facilitada Transporte activo primario: familias de ATPasas y bomba Na+/K+ Transporte activo secundario: cotransporte SGLT1 5 Tráfico macromolecular: endocitosis, exocitosis y caveolas Transporte macromolecular y vesiculación Vesículas revestidas de clatrina y endocitosis mediada por receptor Rutas de LDL y transferrina: clasificación endosomal dependiente del pH Transcitosis, penetración viral y caveolas 6 Citosol, metabolismo del glucógeno y reservas lipídicas Organización física y análisis del citosol Estructura macromolecular y metabolismo del glucógeno Regulación coordinada por fosforilación del glucógeno Gotas lipídicas y especialización del tejido adiposo Rutas citosólicas de degradación y recambio de proteínas 7 Ribosomas y traducción Naturaleza y descubrimiento de los ribosomas Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 1 Clasificación estructural, sedimentación y mitorribosomas Arquitectura funcional: los sitios A, P y E Cinética de la traducción y polirribosomas Biogénesis ribosómica nuclear 8 Transducción de señales celulares y receptores Principios de la señalización celular y tipos de comunicación Segundos mensajeros y cascadas de fosforilación Receptores acoplados a canales iónicos Receptores acoplados a proteínas G (GPCR) y sus efectores Receptores tirosina-cinasa (RTK) y la cascada Ras/MAPK 9 Citoesqueleto: microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios Componentes generales del citoesqueleto Microtúbulos: estructura y centros organizadores Cinética de polimerización e inestabilidad dinámica Microfilamentos de actina y proteínas accesorias Filamentos intermedios: organización apolar y diversidad 10 Motores moleculares, motilidad celular y contracción muscular Motilidad celular basada en actina: filopodios, lamelipodios y fibras de estrés Motores moleculares asociados a microtúbulos: quinesinas y dineínas Estructura y flexión de cilios y flagelos: el axonema El sarcómero y el ciclo del puente cruzado de miosina 11 Mitocondria, bioenergética y fosforilación oxidativa Morfología, dinámica y métodos de estudio mitocondrial Compartimentación mitocondrial: membranas y complejos de transporte Bioenergética: cadena respiratoria y fuerza protón-motriz Fosforilación oxidativa, desacoplamiento por UCP1 y metabolismo de la matriz Genoma y síntesis proteica mitocondrial 12 El peroxisoma y metabolismo oxidativo Morfología y características generales del peroxisoma Rutas metabólicas oxidativas y detoxificación Biosíntesis de plasmalógenos Biogénesis peroxisómica, fisión y recambio Bases moleculares de las patologías peroxisómicas 13 Sistema endomembranoso: retículo endoplasmático Organización general del sistema endomembranoso Metodología experimental en el estudio del tráfico intracelular Estructura del retículo endoplasmático y translocación al RER Maduración y procesamiento en el lumen del RER Actividades funcionales del retículo endoplasmático liso (REL) Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 2 14 Aparato de Golgi, lisosomas y tráfico vesicular Organización estructural y polaridad del aparato de Golgi Procesamiento secuencial de carbohidratos y reciclaje retrógrado Modelos de transporte intra-Golgi y vías de divergencia en la red Trans Biogénesis y fisiología de los lisosomas Mecanismo molecular de fusión vesicular: proteínas SNARE y exocitosis 15 El núcleo celular y transporte nucleocitoplasmático Morfología y estados funcionales de la cromatina interfásica Organización jerárquica del empaquetamiento del ADN Dominios subnucleares: nucléolo, cuerpos de Cajal y speckles Envoltura nuclear, lámina nuclear y complejo LINC Transporte nucleocitoplasmático a través del NPC y ciclo de Ran 16 Ciclo celular y puntos de control Organización del ciclo celular: interfase y mitosis Bases experimentales del control del ciclo El motor molecular: ciclinas y quinasas CdK Sustratos efectores de las CdK Puntos de control (Checkpoints) 17 Muerte celular programada: mecanismos de apoptosis Concepto y funciones biológicas de la apoptosis frente a la necrosis Alteraciones morfológicas y eventos bioquímicos durante la apoptosis Bases genéticas y la maquinaria enzimática de las caspasas Vías de activación: extrínseca (complejo DISC) e intrínseca (mitocondrial) 18 Resumen para repasar Membrana, matriz extracelular y transporte Tráfico intracelular y orgánulos metabólicos Citoesqueleto, señalización y división celular Soluciones de las preguntas de repaso Estos apuntes pueden contener errores u omisiones.

Son un material de apoyo y no sustituyen al temario oficial ni al profesorado: contrasta la información importante. Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 3 1 Matriz extracelular y lámina basal AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las clases de colágenos y describir las etapas de ensamblaje del monómero de tropocolágeno. Explicar la función biomecánica de la elastina y sus enlaces cruzados de desmosina e isodesmosina. Distinguir la composición de los proteoglicanos y el comportamiento aniónico de los glicosaminoglicanos en la sustancia amorfa. Comparar las uniones mediadas por integrinas en adhesiones focales y hemidesmosomas, detallando la ultraestructura de la lámina basal.

PIÉNSALO ANTES DE LEER 1 ¿Cómo consigue el tejido conectivo amortiguar intensas presiones mecánicas sin aplastarse ni perder agua? La matriz extracelular (MEC) es un entramado macromolecular complejo formado por proteínas fibrosas, glicoproteínas adhesivas y polisacáridos hidratados que delimita el microambiente celular e interconecta células dentro de los tejidos. Lejos de ser un soporte inerte, la matriz condiciona la forma celular, la migración, la proliferación y los programas de diferenciación tisular. El estudio global de la totalidad de sus constituyentes proteicos y asociados se denomina matrisoma.

El núcleo estructural o core de la MEC incluye el esqueleto colagénico y la sustancia fundamental amorfa, acompañados de factores secretados y moléculas reguladoras específicas. Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 4 ESQUEMA Organización de la matriz extracelular Proteínas estructurales: colágeno y fibras elásticas El colágeno representa la proteína más abundante del reino animal y constituye entre un 25-35 % de la masa proteica corporal. Su síntesis corre a cargo principalmente de los fibroblastos en el tejido conjuntivo.

Su estructura primaria destaca por una repetición regular del triplete Gly-X-Y, donde la glicina conforma un 33 % de los residuos totales (uno de cada tres aminoácidos). Las posiciones X e Y suelen corresponder a prolina e hidroxiprolina (que suponen conjuntamente un 21 %), además de un 11 % de alanina. La presencia obligada de glicina permite un empaquetamiento estereoespecífico íntimo en el eje central de las cadenas. A nivel conformacional, cada cadena adopta una hélice levógira sin puentes de hidrógeno intracatenarios, con tres residuos por vuelta.

Tres de estas cadenas polipeptídicas se enrollan entre sí para conformar una triple hélice dextrógira reforzada por puentes de hidrógeno intercatenarios: esta unidad básica se denomina tropocolágeno. Estas unidades se sintetizan inicialmente en el retículo endoplasmático rugoso, transitan por el complejo de Golgi y se secretan al espacio extracelular, donde maduran y se autoensamblan en un patrón escalonado estabilizado por enlaces covalentes intermoleculares. La superfamilia del colágeno abarca más de 31 isoformas agrupadas según su arquitectura supramolecular: Colágenos fibrilares: incluyen los tipos I, II, III, V y XI.

Se agrupan en fibrillas con alta resistencia a las fuerzas mecánicas de tracción longitudinal. Destaca notablemente el colágeno tipo I como el subtipo más ubicuo del organismo.

Fibras estructurales Resistencia a tracción y elasticidad tisular Colágeno Fibrilares (I, II) y redes (IV) Elastina Retracción con desmosina e isodesmosina Sustancia amorfa Gel hidratado y amortiguador compresivo Glicosaminoglicanos Polímeros polianiónicos no ramificados Proteoglicanos Eje proteico unido a GAGs sulfatados Glicoproteínas y membrana basal Adhesión celular y barrera tisular Proteínas adhesivas Fibronectina y laminina heterotrimérica Lámina basal Lámina lúcida y densa epitelial Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 5 Colágenos formadores de redes: incluyen los tipos IV, VI, VIII y X. Ensamblan mallas tridimensionales continuas y flexibles en láminas y filtros tisulares.

Por su parte, las fibras elásticas confieren propiedades mecánicas de retroceso en órganos sometidos a deformaciones cíclicas, como los vasos sanguíneos. Su componente mayoritario es la elastina, un polímero insoluble constituido a partir de precursores solubles de tropoelastina. Su composición primaria presenta una elevada proporción de aminoácidos apolares (valina y prolina) y no cargados (glicina). La estabilización de la red elástica depende de enlaces covalentes exclusivos denominados desmosina e isodesmosina, que interconectan cuatro cadenas polipeptídicas y permiten a la fibra recuperar su longitud de reposo tras el estiramiento repetido mediante un «efecto molde».

COMPRUEBA 2 ¿Por qué es indispensable que la glicina aparezca en cada tercer residuo de la cadena polipeptídica del tropocolágeno? Sustancia fundamental amorfa: GAGs y proteoglicanos El gel hidratado que ocupa los intersticios entre las fibras proteicas y la membrana celular conforma la sustancia fundamental amorfa. Este medio acuoso amortigua tensiones, mantiene disueltos solutos y viabiliza la difusión pasiva de nutrientes, señales hormonales y metabolitos celulares hacia la superficie celular (véase «Composición y propiedades biofísicas de las membranas biológicas»).

Los glicosaminoglicanos (GAG) son polímeros lineales no ramificados constituidos por dímeros repetitivos de un aminoazúcar y un ácido urónico. Esta secuencia periódica concentra una alta densidad de cargas eléctricas negativas que impiden el plegamiento globular por repulsión electrostática mutua, forzando una conformación extendida de varilla. La atracción masiva de dipolos de agua confiere una notable turgencia hidrostática capaz de soportar intensas presiones de compresión. Un proteoglicano se forma mediante la unión covalente de cadenas de GAG a un eje polipeptídico central, adoptando una disposición espacial similar a un cepillo o escobilla limpiatubos.

La excepción funcional la marca el ácido hialurónico, el cual no forma enlaces covalentes directos a ninguna proteína central, pero actúa como eje no covalente de grandes complejos supramoleculares. ERROR FRECUENTE No confundas los proteoglicanos con las glicoproteínas tradicionales: en los proteoglicanos la fracción glucídica es mayoritaria y está formada por cadenas largas y lineales de GAGs sulfatados, mientras que en las glicoproteínas globulares la proteína predomina y los oligosacáridos son ramificados y cortos. Además, recuerda que el ácido hialurónico es el único GAG que no se une covalentemente a un núcleo proteico.

Los proteoglicanos pueden permanecer libres en el intersticio o anclarse como proteínas integrales a la membrana plasmática. Desempeñan diversas funciones biológicas: Retener líquido intersticial para sostener la hidratación y regular la plasticidad tisular. Formar un filtro electroquímico poroso que controla el tránsito macromolecular selectivo por exclusión molecular de tamaño o carga. Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 6 Servir de amortiguadores elásticos frente a impactos físicos directos. Participar activamente en la señalización y guía de migración cooperando estrechamente con receptores de adhesión celular.

Glicoproteínas de adhesión e interacciones célula-matriz Las glicoproteínas adhesivas interconectan las fibras de soporte, los proteoglicanos hidratados y los receptores celulares transmembrana. Destacan dos entidades principales: Fibronectina: dímero soluble o fibrilar ensamblado por puentes disulfuro en su extremo carboxilo. Posee dominios de unión molecular a colágeno, heparina/GAGs e integrinas celulares. Es crucial para el desplazamiento guiado de estirpes celulares durante la organogénesis embrionaria en vertebrados. Laminina: heterotrímero configurado por tres cadenas polipeptídicas ( , y ) ensambladas en una morfología cruciforme asimétrica.

Constituye el andamiaje polimérico inicial en las láminas basales del desarrollo embrionario temprano. El enlace mecánico y funcional entre la célula y su entorno extracelular depende de las integrinas, heterodímeros transmembrana formados por dos subunidades ( y ). Su dominio extracelular reconoce motivos de laminina, colágeno o fibronectina, transmitiendo cambios fisicoquímicos bidireccionales hacia el compartimento intracelular.

Tipo de contacto Proteína receptora Unión intracelular Unión extracelular Adhesión focal Integrina ( ) Filamentos de actina citoplasmáticos (vía subunidad ) Fibronectina, colágeno Hemidesmosoma Integrina ( ) Filamentos intermedios (véase «Adhesión celular y complejos de unión») Laminina de la lámina basal El desplazamiento celular coordinado sobre la matriz extracelular responde a un ciclo continuo y dirigido de remodelación citoesquelética y de anclaje puntual: COMPRUEBA 3 ¿Qué elemento del citoesqueleto se asocia a las integrinas en una adhesión focal y cuál en un hemidesmosoma? α β γ α β αβ β αβ Extensión de una proyección membranosa (pseudopodio) que contacta con la matriz extracelular.

1 Adhesión localizada mediante el emparejamiento específico de integrinas de superficie con moléculas diana de fibronectina o laminina. 2 Tracción retráctil mediada por el citoesqueleto interno que desplaza el cuerpo celular en la dirección del avance. 3 Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 7 Ultraestructura y organización de la lámina basal La lámina basal es un estrato continuo especializado de matriz extracelular que subyace a todos los epitelios, separándolos físicamente del tejido conjuntivo subyacente.

Además, rodea de forma individual a las fibras musculares, los adipocitos y las células de sostén en terminaciones nerviosas periféricas (frecuentemente denominada lámina externa en estas localizaciones). Su ultraestructura únicamente resulta visible bajo microscopía electrónica de transmisión. En coordinación con la lámina reticular sintetizada por fibroblastos intersticiales, conforma la membrana basal tisular observable por microscopía óptica ordinaria.

La arquitectura estratificada de esta frontera celular integra capas definidas: Capa ultraestructural Propiedades electrodensas Componentes macromoleculares Función principal Lámina lúcida Baja densidad electrónica Laminina, integrinas de contacto Espacio límite adyacente a la membrana celular epitelial Lámina densa Alta electrodensidad (capa más gruesa) Colágeno tipo IV (en red), perlecano, entactina/nidógeno Andamiaje estructural rígido y filtro electroquímico primario Lámina reticular Variable (infracyacente a la lámina basal) Fibrillas reticulares, colágeno tipo VII y colágeno tipo IX Fijación y anclaje mecánico hacia las fibras del conjuntivo Las funciones de la lámina basal abarcan el soporte mecánico para el epitelio suprayacente, la filtración pasiva selectiva (de vital trascendencia clínica en el glomérulo renal), la compartimentación de tejidos contiguos —barrera que impide el escape de células salvo transgresión proteolítica en metástasis tumorales invasivas— y el aporte de microambientes instructivos para el control de la autorrenovación y diferenciación de células madre tisulares.

COMPRUEBA 4 ¿Cuál es la capa más gruesa y electrodensa de la lámina basal y qué tipo básico de colágeno forma su entramado reticular? Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 8 IDEAS CLAVE La matriz extracelular (MEC) proporciona sostén físico y regula el comportamiento funcional, la migración y la polaridad tisular celular. El colágeno fibrilar tipo I es la proteína más representativa de la MEC y está dominado por tripletes Gly-X-Y que estructuran el tropocolágeno. La elastina confiere propiedades de retracción tisular elástica mediante enlaces cruzados covalentes de desmosina e isodesmosina.

Los glicosaminoglicanos (GAG) repelen cargas negativas para retener agua y resistir compresión mecánica formando proteoglicanos junto a proteínas diana. Las integrinas conectan la MEC con el citoesqueleto intracelular en las adhesiones focales (actina) y los hemidesmosomas (filamentos intermedios). La lámina basal está integrada por la lámina lúcida y la lámina densa (rica en colágeno IV), ejerciendo funciones de anclaje, filtración y compartimentación tisular. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 5. ¿Qué aminoácidos especiales originan los enlaces cruzados de la elastina y qué función posibilitan? 6.

¿En qué se diferencia el ácido hialurónico del resto de glicosaminoglicanos de la sustancia amorfa? 7. ¿Cómo se estructuran y qué elementos conectan las adhesiones focales en comparación con los hemidesmosomas? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 8. ¿Qué porcentaje aproximado de los residuos del colágeno está compuesto por glicina? 9. ¿Cuáles son los enlaces cruzados exclusivos responsables de la elasticidad tisular de la elastina? 10. ¿Qué componente de la sustancia fundamental amorfa NO se une covalentemente a un núcleo proteico?

50 % a) 21 % b) 11 % c) 33 % d) Desmosina e isodesmosina a) Puentes disulfuro triples b) Glicosilaciones en hidroxilisina c) Enlaces fosfodiéster d) Ácido hialurónico a) Queratán sulfato b) Heparán sulfato c) Condroitín sulfato d) Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 9 11. ¿Qué componente colagénico característico conforma la red de la lámina densa en la lámina basal? 2 Composición y propiedades biofísicas de las membranas biológicas AL ACABAR SABRÁS Diferenciar la composición lipídica característica entre la monocapa citoplasmática y la monocapa extracelular. Explicar el papel de las flipasas, flopasas y scramblasas en el control de la asimetría de la bicapa.

Analizar el impacto de la longitud de las cadenas hidrocarbonadas, las insaturaciones y el colesterol sobre la fluidez de membrana. Distinguir las características estructurales de las balsas lipídicas y los tipos de proteínas de membrana. PIÉNSALO ANTES DE LEER 12 ¿Por qué los componentes de la membrana pueden desplazarse libremente de forma horizontal pero casi nunca cruzan solos de una cara a la otra? Organización general y base molecular de la bicapa lipídica Las membranas biológicas delimitan la célula y generan compartimentos internos que separan medios acuosos diferenciados.

Bajo el microscopio electrónico, la membrana plasmática exhibe una estructura trilaminar característica con un espesor de unos 75 Å (7,5 nm). Esta imagen corresponde a dos bandas densas periféricas, hidrofílicas, y una franja central clara de naturaleza hidrófoba. Químicamente, una membrana biológica típica está constituida por un 50 % de lípidos, menos del 40 % de proteínas y una fracción menor de carbohidratos asociados. La proporción concreta oscila según el tipo celular y el orgánulo considerado.

Las propiedades mecánicas fundamentales incluyen una gran flexibilidad para el movimiento o la división celular, y la capacidad de autosellado tras la escisión o fusión sin que exista pérdida de superficie. DEFINICIÓN El modelo del mosaico fluido describe la membrana como una bicapa continua de lípidos anfipáticos en estado fluido, dentro de la cual las proteínas integrales y periféricas se hallan insertadas o adosadas, desplazándose dinámicamente según las restricciones moleculares del entorno.

Colágeno tipo I a) Colágeno tipo IV b) Colágeno tipo XI c) Colágeno tipo II d) Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 10 La arquitectura básica surge de la naturaleza anfipática de los lípidos. En un entorno acuoso, estas moléculas se autoensamblan espontáneamente formando monocapas, micelas o bicapas para minimizar la interacción del agua con las regiones hidrófobas. De este modo, las cabezas polares contactan con las fases acuosas interna y externa, mientras que las colas alifáticas quedan recluidas en el núcleo central. Dicho núcleo crea una barrera semipermeable que solo permite el libre paso de gases y moléculas liposolubles mediante difusión simple.

COMPRUEBA 13 ¿Por qué la membrana plasmática adopta espontáneamente una disposición en bicapa en disolución acuosa? Diversidad y distribución de los lípidos de membrana Los lípidos constituyen la base estructural y aislante de la bicapa. Se dividen en tres grandes familias: fosfolípidos, glicolípidos y esteroles. Fosfoglicéridos: formados por glicerol unido a dos ácidos grasos, un grupo fosfato y un aminoalcohol o polialcohol polar. Destacan la fosfatidilcolina (PC), la fosfatidiletanolamina (PE), la fosfatidilserina (PS) y el fosfatidilinositol (PI). Esfingolípidos: poseen un esqueleto de esfingosina acilado en lugar de glicerol.

El ejemplo principal entre los fosfolípidos es la esfingomielina. Glicolípidos: constituidos por una ceramida unida a glúcidos de cadena corta carentes de grupo fosfato; destacan por poseer residuos como el ácido siálico. Colesterol: esteroide anfipático constituido por un grupo hidroxilo débilmente polar y cuatro anillos hidrocarbonados rígidos acoplados a una cola alifática. Lípidos especializados: la cardiolipina posee cuatro cadenas de ácidos grasos y es característica de la membrana mitocondrial interna; los plasmalógenos presentan un enlace éter en lugar de éster en una de sus cadenas y abundan en el sistema nervioso y el músculo cardíaco.

Lípido Estructura básica Localización principal Propiedades y funciones clave Fosfatidilcolina (PC) Glicerol + 2 ácidos grasos + colina Monocapa externa Fosfolípido más abundante; estructural Esfingomielina Esfingosina + 1 ácido graso + colina Monocapa externa Formación de microdominios densos Glicolípidos Ceramida + oligosacárido Monocapa externa Reconocimiento celular y receptores antigénicos Fosfatidiletanolamina (PE) Glicerol + 2 ácidos grasos + etanolamina Monocapa interna Empaquetamiento y curvatura de membrana Fosfatidilserina (PS) Glicerol + 2 ácidos grasos + serina Monocapa interna Carga neta negativa; señalización celular Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 11 Lípido Estructura básica Localización principal Propiedades y funciones clave Fosfatidilinositol (PI) Glicerol + 2 ácidos grasos + inositol Monocapa interna Lípido minoritario implicado en señalización Cardiolipina Disfosfatidilglicerol (4 ácidos grasos) Membrana mitocondrial interna Aislamiento e impermeabilidad iónica Colesterol 4 anillos esteroideos + grupo -OH Ambas monocapas Tampón térmico de fluidez y estabilidad DEFINICIÓN La asimetría lipídica es la distribución desigual y constante de las distintas especies de lípidos entre la monocapa citoplasmática y la monocapa extracelular de la membrana plasmática.

La cara externa está colonizada de forma predominante por fosfatidilcolina, esfingomielina y glicolípidos. Por su parte, la cara citosólica retiene preferentemente fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina y fosfatidilinositol. La pérdida de esta asimetría posee relevancia biológica directa: la exposición externa de fosfatidilserina actúa como una señal de reconocimiento para los macrófagos durante la muerte celular por apoptosis (véase «Muerte celular programada: mecanismos de apoptosis»). ERROR FRECUENTE Pensar que el colesterol aumenta siempre la fluidez de la membrana.

En realidad, el colesterol actúa como un amortiguador bidireccional: a temperaturas elevadas disminuye la fluidez al inmovilizar las cadenas hidrocarbonadas con sus anillos rígidos, mientras que a bajas temperaturas evita que las colas se empaqueten y congelen, manteniendo la fluidez. COMPRUEBA 14 ¿En qué monocapa de la membrana plasmática se localiza mayoritariamente la fosfatidilserina y qué consecuencia tiene su translocación hacia la cara opuesta? Dinámica de la membrana y enzimas translocadoras Los componentes de la bicapa se encuentran en constante movimiento térmico.

Los lípidos pueden experimentar cuatro modalidades cinéticas: Rotación: giro del lípido sobre su propio eje longitudinal. 1 Difusión lateral: desplazamiento en el plano bidimensional de la misma monocapa. 2 Flexión: balanceo y vibración de las colas hidrocarbonadas apolares, favorecido por insaturaciones. 3 Flip-flop: trasvase del lípido desde una monocapa hacia la opuesta. 4 Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 12 El movimiento de flip-flop espontáneo es termodinámicamente desfavorable debido a la dificultad que tiene la cabeza polar para cruzar el interior hidrófobo.

Por este motivo, el transporte transversal requiere la acción de proteínas enzimáticas especializadas: Enzima Dirección de translocación Consumo de energía Función biológica Flipasa Monocapa externa a monocapa interna Requiere ATP Mantiene enriquecida la cara interna en PS y PE Flopasa Monocapa interna a monocapa externa Requiere ATP Expulsa lípidos específicos a la cara externa Scramblasa Bidireccional (ambas caras) Independiente de ATP Disipa la asimetría a favor de gradiente de concentración ESQUEMA Enzimas translocadoras de fosfolípidos El grado de fluidez de la bicapa depende directamente de la temperatura y de las interacciones por fuerzas de Van der Waals entre cadenas.

Cadenas acilo más largas establecen más interacciones y requieren temperaturas superiores para fundirse, reduciendo la fluidez. Por el contrario, un mayor grado de insaturaciones introduce acodamientos que impiden el empaquetamiento compacto, incrementando la fluidez a menor temperatura. COMPRUEBA 15 ¿Qué distingue funcionalmente a una flipasa de una scramblasa en cuanto a consumo energético y direccionalidad? Proteínas de membrana, microdominios lipídicos y glucocálix Las proteínas ejecutan las funciones específicas de la membrana celular y representan menos del 40 % de su masa total.

Según su anclaje e interacción molecular, se clasifican en tres grupos: Proteínas integrales o intrínsecas: atraviesan total o parcialmente la bicapa. Si cruzan por completo la membrana se denominan proteínas transmembrana y poseen tres dominios: dos hidrofílicos (extracelular y citosólico) y uno hidrófobo que interactúa con el núcleo lipídico. Funcionan como canales pasivos o transportadores activos acoplados a ATP (véase «Transporte a través de membrana y permeabilidad al agua»).

Translocasas de membrana Control del movimiento transversal Flipasas Externo a interno con ATP Flopasas Interno a externo con ATP Scramblasas Bidireccional sin ATP Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 13 Proteínas periféricas o extrínsecas: no penetran en el interior hidrófobo. Se asocian a cabezas polares o a proteínas transmembrana mediante interacciones no covalentes débiles. Intervienen en señalización celular y enlazan la membrana con el citoesqueleto subyacente. Proteínas ancladas a lípidos: son sintetizadas en ribosomas citosólicos libres y quedan unidas covalentemente a ácidos grasos, terpenoides o fosfolípidos/glucolípidos de la bicapa.

El desplazamiento de las proteínas y lípidos no siempre es libre; suelen restringirse formando dominios especializados mediante agregación macromolecular, interacción con el citoesqueleto, o anclaje a células adyacentes y componentes de la matriz extracelular (véase «Matriz extracelular y lámina basal»). DEFINICIÓN Las balsas lipídicas (rafts) son microdominios de membrana caracterizados por una acumulación local de colesterol y esfingomielina, los cuales reducen la fluidez local, incrementan el grosor de la bicapa y muestran insolubilidad frente a detergentes no iónicos a baja temperatura. Estos microdominios coordinan complejos de señalización y modulan respuestas inmunitarias.

Por otra parte, la reconstitución artificial de lípidos permite generar liposomas, que son vesículas sintéticas bicapa empleadas para el transporte de principios activos o fármacos liposolubles al interior celular en patologías como el cáncer. Hacia el exterior de la célula se localiza el glucocálix, un revestimiento constituido por las cadenas glucídicas de las glucoproteínas y los glicolípidos. Sus funciones elementales abarcan: COMPRUEBA 16 ¿Por qué las balsas lipídicas poseen un grosor superior al del resto de la bicapa membranosa? Protección fisicoquímica: preserva la superficie celular frente al estrés mecánico, agresiones iónicas y microorganismos.

1 Identidad y reconocimiento celular: confiere señales para la comunicación intercelular, respuesta inmunitaria y tipificación celular, como los antígenos de los grupos sanguíneos. 2 Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 14 IDEAS CLAVE La membrana plasmática adopta una organización en bicapa con un espesor aproximado de 75 Å debido a la condición anfipática de sus lípidos. La asimetría lipídica ubica la fosfatidilcolina y la esfingomielina en la cara externa, mientras que la fosfatidiletanolamina y la fosfatidilserina se sitúan en la cara interna.

Las enzimas translocadoras regulan el movimiento de flip-flop: las flipasas y flopasas usan ATP para generar asimetría, mientras que las scramblasas actúan bidireccionalmente sin ATP. El colesterol regula la fluidez de la membrana amortiguando el impacto térmico: previene la licuefacción excesiva a alta temperatura y evita la congelación a baja temperatura. Las balsas lipídicas son microdominios enriquecidos en colesterol y esfingomielina que presentan mayor grosor y resistencia a la solubilización por detergentes no iónicos. El glucocálix, situado exclusivamente en la cara externa, interviene en la protección física y el reconocimiento molecular específico de la célula.

COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 17. ¿Qué consecuencias biofísicas tiene sobre la membrana una mayor proporción de ácidos grasos insaturados de cadena corta? 18. ¿De qué modo difiere la unión de una proteína integral respecto a una proteína anclada a lípidos? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 19. ¿Cuál es el lípido característico de la membrana mitocondrial interna que cuenta con cuatro cadenas grasas? 20. ¿Qué enzima translocadora introduce lípidos desde la cara externa hacia la cara interna consumiendo ATP? 21. ¿Qué componente es característico de las balsas lipídicas o lipid rafts?

Fosfatidilinositol a) Plasmalógeno b) Esfingomielina c) Cardiolipina d) Scramblasa a) Fosfolipasa b) Flipasa c) Flopasa d) Cardiolipina libre a) Esfingomielina y colesterol b) Fosfatidilglicerol c) Abundante fosfatidilinositol d) Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 15 22. ¿Cuál de los siguientes lípidos predomina de forma natural en la cara citoplasmática de la membrana? 3 Adhesión celular y complejos de unión AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las cuatro familias de CAMs según su estructura, cationes requeridos y tipo de enlace. Explicar las etapas moleculares de la migración y extravasación de leucocitos.

Reconocer los componentes proteicos de las uniones oclusivas, desmosomas, hemidesmosomas y comunicantes. Distinguir el origen fisiopatológico del pénfigo frente al penfigoide en relación con sus complejos de anclaje. PIÉNSALO ANTES DE LEER 23 ¿Por qué un leucocito que viaja a gran velocidad en la sangre puede detenerse con precisión milimétrica justo frente al tejido infectado? Principios de la adhesión celular y clasificación de las CAMs La adhesión celular es la capacidad que poseen las células para fijarse a componentes del medio extracelular o a células contiguas.

Este fenómeno combina fuerzas electrostáticas e interacciones específicas mediadas por proteínas de membrana especializadas denominadas moléculas de adhesión celular (CAMs). La adhesión resulta imprescindible para estructurar tejidos, guiar la migración, coordinar la respuesta inflamatoria y regular el desarrollo embrionario o la diseminación tumoral en la metástasis. Las interacciones adhesivas se clasifican funcionalmente en dos grandes modalidades según las superficies en contacto: Adhesión célula-célula: conecta directamente las membranas y citoesqueletos de dos células adyacentes.

Si el enlace ocurre entre moléculas idénticas de ambas superficies, se denomina interacción homofílica (por ejemplo, las cadherinas o las N-CAMs). Cuando la unión se establece entre dos tipos moleculares distintos, se denomina interacción heterofílica (como la unión entre integrinas e ICAMs). Adhesión célula-matriz: ancla la superficie celular a los componentes de la matriz extracelular (véase «Matriz extracelular y lámina basal»), proporcionando soporte mecánico y señales de orientación funcional.

Fosfatidilcolina a) Glicolípidos b) Esfingomielina c) Fosfatidilserina d) Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 16 A nivel estructural, las CAMs son proteínas transmembrana con una organización común en tres dominios: un dominio extracelular que reconoce ligandos o moléculas homólogas, un dominio hidrofóbico que cruza la membrana celular, y un dominio citosólico hidrofílico que se acopla con elementos del citoesqueleto o cascadas de transducción intracelular.

Familia de CAM Tipo de interacción principal Dependencia de cationes Ligandos representativos Cadherinas Célula-célula (homofílica) Dependiente de Cadherinas homólogas de células vecinas Ig-CAMs Célula-célula (homofílica o heterofílica) Independiente de cationes Otras Ig-CAMs (ej. N-CAM) o integrinas Selectinas Célula-célula (heterofílica) Dependiente de Glúcidos del glucocálix endotelial o leucocitario Integrinas Célula-matriz (heterofílica) Dependiente de cationes divalentes Laminina, fibronectina, colágeno, ICAMs COMPRUEBA 24 ¿En qué se diferencian una unión homofílica y una unión heterofílica a nivel molecular?

Familias moleculares de adhesión celular Las cadherinas son glicoproteínas transmembrana que median uniones célula-célula estables y constituyen las primeras moléculas adhesivas activas durante el desarrollo embrionario. Se conocen alrededor de 80 variantes que comparten un ectodominio característico. Las cadherinas requieren iones para adquirir rigidez y estabilizar su conformación tridimensional activa. En ausencia de calcio, la estructura se pliega y pierde afinidad, provocando la separación celular.

Dentro de su diversidad destacan las cadherinas clásicas, que se anclan al citoesqueleto y regulan pequeñas proteínas fijadoras de GTP involucradas en la estabilidad de las uniones, además de variantes no convencionales como las desprovistas de cateninas o con siete pasos transmembrana. La superfamilia de las inmunoglobulinas adhesivas (Ig-CAMs) incluye proteínas como N-CAM e ICAM. Su dominio extracelular presenta bucles homólogos a las inmunoglobulinas. Establecen uniones más débiles y dinámicas que las cadherinas, actuando mediante enlaces homofílicos (entre neuronas) o heterofílicos (unión leucocitaria a través de integrinas) sin requerir calcio directo para el acoplamiento.

Las selectinas son glicoproteínas transmembrana encargadas de interacciones heterofílicas transitorias y de baja afinidad. Su extremo extracelular posee un dominio tipo lectina que reconoce restos glucídicos específicos en la superficie celular opuesta. Se dividen en tres clases: L-selectina: expresada de manera constitutiva en la superficie de los leucocitos. E-selectina: inducible en células del endotelio vascular ante estímulos proinflamatorios. P-selectina: almacenada y expuesta en plaquetas y células endoteliales activadas.

Ca2+ Ca2+ Ca2+ Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 17 Las integrinas son receptores heterodiméricos formados por dos cadenas polipeptídicas transmembrana distintas, denominadas y . Existen 18 tipos de subunidades y 8 subunidades , cuyas combinaciones determinan la especificidad de unión por secuencias cortas de aminoácidos en ligandos extracelulares como colágeno, laminina o fibronectina (véase «Matriz extracelular y lámina basal»).

A nivel intracelular, forman complejos de anclaje denominados focos de adhesión que transmiten tensiones mecánicas hacia el citoesqueleto y coordinan señales bidireccionales, alternando entre conformaciones inactivas y activas durante la motilidad celular.

Cascada de extravasación y migración leucocitaria La salida de los leucocitos desde el torrente circulatorio hacia los tejidos inflamados constituye un modelo biológico fundamental donde cooperan selectinas e integrinas de forma secuencial y coordinada: PROCESO Cascada de extravasación de leucocitos 1 Roda miento endotelial L-selectinas y selecti nas endoteliales inter actúan débilmente con glúcidos 2 Activación leucocitaria Estímulos inflamato rios inducen cambio conformacional de alta afinidad 3 Adhesión firme Integrinas activas se unen rígidamente a proteínas ICAM endoteliales 4 Diapédesis Migración transendo telial del leucocito ha cia el tejido conectivo diana COMPRUEBA 25 ¿Por qué el rodamiento leucocitario depende inicialmente de las selectinas y no de las integrinas activadas?

Complejos de unión intercelular y adhesión célula-matriz Para conferir soporte tisular organizado, permeabilidad selectiva y comunicación citoplasmática directa, las células disponen de cuatro tipos principales de complejos de unión estructurados: α β α β Fase de rodamiento: las selectinas leucocitarias (L-selectina) o endoteliales (P-selectina y E- selectina) interactúan con ligandos glucídicos del glucocálix con baja afinidad. La fuerza del flujo sanguíneo rompe y reconstruye estos enlaces repetidamente, frenando al leucocito sobre la pared vascular. 1 Activación y parada firme: los estímulos químicos locales activan las integrinas leucocitarias.

Estas sufren un cambio conformacional hacia su estado de alta afinidad y se unen firmemente a las moléculas ICAM expuestas en el endotelio capilar. 2 Diapédesis y migración tisular: una vez fijado rígidamente, el leucocito emite prolongaciones, se desliza a través de las uniones entre células endoteliales adyacentes y penetra en la matriz del tejido conectivo dañado. 3 Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 18 Las uniones oclusivas o estrechas sellan el espacio intercelular en la región apical de los epitelios en disposición de cremallera continua. Están integradas por proteínas transmembrana poliméricas, fundamentalmente claudinas y ocludinas.

Estas proteínas cierran la hendidura paracelular e impiden el paso indiscriminado de solutos y agua. Por su cara citoplásmica, se enlazan con el citoesqueleto de filamentos de actina (véase «Citoesqueleto: microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios») a través de proteínas adaptadoras de placa denominadas ZO (Zona Ocludente). Aunque actúan como una barrera física hermética, no aportan una gran resistencia frente a tracciones mecánicas intensas, por lo que suelen acompañarse de complejos de anclaje más basales.

Los desmosomas (o máculas adherentes) son puntos de anclaje mecánicos en forma de disco o botón distribuidos en tejidos sometidos a elevado estrés mecánico, como la epidermis, el músculo cardíaco y el cuello uterino. Están formados por cadherinas transmembrana atípicas dependientes de calcio, principalmente desmogleínas y desmocolinas. Sus colas citosólicas se anclan a una placa electrodensa formada por desmoplaquinas y placoglobinas, las cuales interconectan directamente el complejo con redes de filamentos intermedios intracelulares. Los hemidesmosomas proporcionan cohesión entre el polo basal de la célula epitelial y la lámina basal subyacente.

A diferencia de los desmosomas, la molécula de adhesión no pertenece a la familia de las cadherinas sino que es la integrina . Esta integrina atraviesa la membrana, se une extracelularmente a lamininas y fibronectina de la lámina basal (asociadas a colágeno), y conecta intracelularmente con los filamentos de queratina mediante una densa placa proteica citoplásmica. Las uniones tipo GAP o hendidura (Nexus) son canales comunicantes intercelulares que comunican directamente los citoplasmas de células contiguas. Cada canal funcional resulta de la aposición de dos hemicanales hexagonales denominados conexones, ubicados en membranas opuestas.

Cada conexón está integrado por un anillo de seis monómeros proteicos transmembrana llamados conexinas. Estas estructuras delimitan un poro hidrofílico que permite el paso selectivo de iones y moléculas pequeñas de bajo peso molecular, coordinando respuestas metabólicas o posibilitando la transmisión del impulso en las sinapsis eléctricas. ERROR FRECUENTE Es común confundir las dianas moleculares y el nivel tisular de alteración entre el pénfigo y el penfigoide. En el pénfigo, la disfunción o ataque autoinmune afecta a las cadherinas de los desmosomas (desmogleínas), produciendo la separación entre queratinocitos contiguos y ampollas intraepidérmicas.

En cambio, en el penfigoide el daño radica en los componentes del hemidesmosoma (como la integrina ), despegando el epitelio basal de la dermis y originando ampollas subepidérmicas.

Complejo de unión Moléculas de transmembrana Proteínas de placa o anclaje Elemento del citoesqueleto asociado Función principal Unión estrecha Claudinas, ocludinas Proteínas ZO (ZO- 1, ZO-2) Filamentos de actina Sellado paracelular y función de barrera α β 6 4 α β 6 4 Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 19 Complejo de unión Moléculas de transmembrana Proteínas de placa o anclaje Elemento del citoesqueleto asociado Función principal Desmosoma Desmogleína, desmocolina Desmoplaquinas, placoglobinas Filamentos intermedios (ej.

queratina) Resistencia a tracción mecánica célula-célula Hemidesmosoma Integrina Placa electrodensa específica Filamentos intermedios (queratina) Fijación del epitelio a la lámina basal Unión GAP Conexinas (6 por conexón) No presenta placa asociada Ninguno Comunicación metabólica e iónica directa COMPRUEBA 26 ¿Qué ocurriría en un cultivo epitelial con uniones estrechas intactas pero desprovisto de desmosomas si se somete a tensión mecánica moderada? IDEAS CLAVE Las cadherinas median adhesión célula-célula homofílica obligatoriamente dependiente de iones para sostener su conformación activa.

La extravasación leucocitaria progresa en dos fases: un rodamiento transitorio mediado por selectinas y un anclaje firme dependiente de integrinas activadas unidas a ICAMs. Las uniones estrechas cierran herméticamente el espacio intercelular mediante polímeros de claudinas y ocludinas conectadas a filamentos de actina a través de proteínas ZO. Los desmosomas fijan filamentos intermedios mediante placas de desmoplaquinas y placoglobinas unidas a desmogleínas y desmocolinas. Los hemidesmosomas anclan la base celular a la lámina basal mediante la integrina , cuya alteración provoca penfigoide con desprendimiento subepidérmico.

Las uniones comunicantes o GAP se componen de pares de conexones alineados, formados cada uno por seis subunidades de conexina que delimitan un poro hidrofílico continuo. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 27. ¿Cuál es la diferencia fundamental en la composición de adhesión entre un desmosoma y un hemidesmosoma? 28. ¿Cómo modula la concentración de la función de las cadherinas en los tejidos? 29. ¿Por qué las sinapsis eléctricas dependen de las uniones comunicantes tipo GAP? α β 6 4 Ca2+ α β 6 4 Ca2+ Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 20 Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 30.

¿Qué molécula de adhesión participa en la fase inicial de rodamiento durante la extravasación leucocitaria? 31. ¿Qué elemento del citoesqueleto se asocia a las uniones oclusivas mediante proteínas ZO? 32. ¿Cuántas subunidades de conexina constituyen un conexón individual? 33. ¿Qué alteración patológica se produce por el fallo de adhesión en los hemidesmosomas? 4 Transporte a través de membrana y permeabilidad al agua AL ACABAR SABRÁS Diferenciar los mecanismos pasivos y activos de transporte celular según su gradiente electroquímico y consumo de energía. Comparar la cinética lineal de la difusión simple con la cinética saturable de los transportadores facilitados.

Explicar el ciclo catalítico y la estequiometría de la bomba Na+/K+-ATPasa. Describir el mecanismo de acoplamiento quimiosmótico en el cotransporte de glucosa mediante SGLT1. PIÉNSALO ANTES DE LEER 34 ¿Por qué las células intestinales requieren bombear activamente sodio hacia la sangre para absorber la glucosa de la dieta?

Selectina a) Integrina activa b) Cadherina clásica c) Desmogleína d) Láminas nucleares a) Microtúbulos b) Filamentos de queratina c) Filamentos de actina d) Doce conexinas a) Cuatro conexinas b) Ocho conexinas c) Seis conexinas d) Pérdida de barrera por claudinas a) Penfigoide con desprendimiento dérmico b) Ruptura de sinapsis eléctricas c) Pénfigo intraepidérmico d) Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 21 Permeabilidad de la membrana y factores determinantes La membrana plasmática presenta una barrera semipermeable que regula el intercambio de solutos entre el citosol y el espacio extracelular.

El paso de sustancias a través de la matriz hidrofóbica depende de tres propiedades fisicoquímicas esenciales: Liposolubilidad: Las moléculas apolares o liposolubles atraviesan la bicapa con gran facilidad al disolverse directamente en las cadenas de ácidos grasos. Tamaño molecular: Las moléculas pequeñas difunden mucho más rápido que las macromoléculas, las cuales encuentran un impedimento estérico insalvable sin sistemas especializados. Carga eléctrica: Los iones y especies cargadas no pueden superar el núcleo apolar de la bicapa debido al elevado coste de desolvatación. Requieren canales o proteínas transportadoras específicas.

Por tanto, gases como el , el o el , junto a pequeñas moléculas polares sin carga neta (como urea o glicerol), atraviesan directamente la bicapa lipídica. Por el contrario, los iones ( , , , ) y los solutos polares de mayor tamaño (glucosa, sacarosa o metabolitos fosforilados) son impermeables a la bicapa libre. Ósmosis, osmolalidad y regulación hídrica por acuaporinas La ósmosis corresponde al flujo espontáneo de agua a través de una membrana semipermeable desde el compartimento con menor concentración de solutos hacia el de mayor concentración.

La concentración de partículas osmóticamente activas se define mediante la osmolalidad, expresada en partículas de soluto por kilogramo de disolvente. El comportamiento volumétrico celular depende directamente de la tonicidad del medio extracelular respecto al medio intracelular: Medio isotónico: Presenta idéntica osmolalidad a ambos lados de la membrana. No existe flujo neto de agua. Medio hipertónico: La osmolalidad exterior es mayor. El agua celular sale hacia el exterior, lo que desencadena deshidratación y posible colapso celular. Medio hipotónico: La osmolalidad exterior es menor. El agua ingresa a la célula, provocando turgencia en vegetales o lisis osmótica en células animales.

Para agilizar este flujo, las membranas disponen de acuaporinas. Se estructuran como tetrámeros funcionales de seis hélices transmembrana por monómero, definiendo poros específicos para el agua. Abundan de forma destacada en los eritrocitos y en el epitelio renal. Su actividad se incrementa mediante fosforilación mediada por la proteína quinasa A (PKA), la cual responde a incrementos intracelulares de AMPc impulsados por estímulos externos, permitiendo la reabsorción masiva de agua en el túbulo renal. COMPRUEBA 35 ¿Por qué un eritrocito se lisa al suspenderse en agua pura mientras que una bacteria suele conservar su integridad estructural?

O 2 CO 2 N 2 Na+ K+ H+ HCO 3 Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 22 Modalidades de transporte pasivo: difusión simple y facilitada El transporte celular se clasifica termodinámicamente según la necesidad de aporte energético exterior y la dirección del gradiente electroquímico. Las formas pasivas ocurren siempre a favor de gradiente, sin consumo directo ni indirecto de ATP. En la difusión simple directa, los solutos atraviesan la bicapa sin interacción estequiométrica con transportadores proteicos. La tasa neta responde a la ley de Fick, mostrando una cinética estrictamente lineal respecto al gradiente de concentración.

Un ejemplo fisiológico clave ocurre en la membrana respiratoria de los alvéolos: el difunde desde el aire alveolar ( ) hacia los capilares sanguíneos ( ), mientras que el difunde desde la sangre venosa ( ) al espacio alveolar ( ). La difusión a través de canales iónicos involucra conductos acuosos altamente selectivos y rápidos. Estos canales pueden carecer de regulación o estar provistos de compuertas sensibles a estímulos físicos (voltaje transmembrana o deformación mecánica) o ligandos químicos (neurotransmisores como la acetilcolina).

Por su parte, la difusión facilitada por transportadores (permeasas o carriers) requiere la unión reversible del soluto a un sitio de unión específico, lo que induce un cambio conformacional alternante. A diferencia de la difusión simple, los transportadores presentan especificidad química y muestran una cinética de saturación hiperbólica, alcanzando una velocidad máxima ( ) cuando la totalidad de los sitios de unión se encuentran ocupados. Este mecanismo lo ilustra la familia de uniportadores de glucosa GLUT. ERROR FRECUENTE Confundir la cinética de la difusión simple con la de la difusión facilitada.

La difusión simple no es saturable y su velocidad aumenta de forma lineal e indefinida al elevar el gradiente. La difusión facilitada depende de un número finito de transportadores proteicos, por lo que se satura a concentraciones elevadas de sustrato y alcanza un límite máximo ( ). COMPRUEBA 36 ¿Qué parámetro cinético limita la difusión facilitada cuando la concentración de soluto es extraordinariamente alta? Transporte activo primario: familias de ATPasas y bomba Na+/K+ El transporte activo moviliza solutos en contra de su gradiente electroquímico o de concentración mediante acoplamiento a una fuente energética exergónica.

En el transporte activo primario, la energía procede directamente de la hidrólisis de ATP. O 2 104 mmHg 40 mmHg CO 2 46 mmHg 40 mmHg V max V max Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 23 ESQUEMA Clasificación general del transporte de membrana Las bombas iónicas se organizan en familias moleculares según su mecanismo catalítico y estructura: Familia Mecanismo y localización típica Sustrato transportado Tipo P Forma un intermediario fosforilado durante el ciclo catalítico. Presente en membrana plasmática y retículo. , , , Tipo F Complejo multisuperunitario transductor de energía rotacional acoplado a gradiente protónico en la membrana mitocondrial interna.

Tipo V Bombas vacuolares no fosforiladas que acidifican el lumen de endosomas y lisosomas. Tipo ABC Proteínas con casete de unión a ATP (ATP-binding cassette) que transportan gran variedad de solutos orgánicos. Metabolitos, fármacos, lípidos La bomba Na+/K+-ATPasa es la enzima de tipo P ubicua en células animales. Su función consiste en mantener los gradientes fisiológicos: concentración elevada de en el espacio extracelular y de en el citosol. En cada ciclo, la proteína extruye 3 Na+ e introduce 2 K+ en el citosol por cada molécula de ATP hidrolizada.

Otras bombas de tipo P relevantes son la Ca²+-ATPasa de membrana plasmática (mantiene los niveles citosólicos de calcio en rangos submicromolares), la H+/K+-ATPasa gástrica de las células parietales (responsable de la acidificación del jugo gástrico) y la SERCA (retículo sarco/endoplasmático), la cual recaptura el calcio del citosol hacia el retículo en células musculares. Transporte activo secundario: cotransporte SGLT1 El transporte activo secundario no gasta ATP de forma inmediata en el transportador.

En su lugar, utiliza el gradiente electroquímico previamente establecido por una bomba primaria (generalmente el gradiente de sodio) como fuerza impulsora para desplazar una segunda molécula en contra de su propio gradiente.

Transporte Pasivo A favor de gradiente, sin gasto energético Difusión simple Bicapa lipídica o canales acuosos Difusión facilitada Carriers saturables como GLUTs Transporte Activo En contra de gradiente electroquímico Activo primario Hidrólisis directa de ATP por bombas Activo secundario Gradiente iónico acoplado (simporte/antiporte) Na /K + + Ca2+ H /K + + H+ H+ H+ Na+ K+ Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 24 Según la orientación del flujo, los transportadores se dividen en uniporte (un solo soluto), simporte o cotransporte paralelo (dos o más moléculas en la misma dirección) y antiporte (moléculas en direcciones opuestas).

El modelo canónico de simporte secundario es el cotransportador SGLT1 (transportador de sodio y glucosa tipo 1), localizado en la membrana apical de los enterocitos intestinales. Este transportador aprovecha el ingreso favorable de (a favor de su gradiente electroquímico generado por la -ATPasa basolateral) para introducir glucosa en contra de su gradiente químico desde la luz intestinal hacia el epitelio. COMPRUEBA 37 ¿Por qué la inhibición metabólica de la síntesis de ATP termina por detener el transporte de glucosa mediado por SGLT1 si este transportador no hidroliza ATP?

IDEAS CLAVE La permeabilidad pasiva de la bicapa depende directamente de la liposolubilidad, el tamaño y la carga eléctrica del soluto. El flujo osmótico de agua a través de acuaporinas tetraméricas responde a diferencias de osmolalidad y puede aumentarse por fosforilación dependiente de PKA. La difusión facilitada muestra saturación cinética con velocidad máxima ( ), mientras que la difusión simple exhibe una relación lineal no saturable. La bomba -ATPasa extruye e introduce hidrolizando 1 molécula de ATP. El transporte activo secundario mediante el cotransportador SGLT1 acopla el influjo favorable de con la importación concentrativa de glucosa. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 38.

¿En qué se distingue la cinética de paso a través de la membrana entre un gas respiratorio como el O y un azúcar transportado por GLUT1? 39. ¿Cuál es la estequiometría de iones y gasto de ATP en la bomba Na+/K+-ATPasa de mamíferos? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 40. ¿Qué propiedad impide a los iones cruzar directamente la bicapa fosfolipídica? Na+ Na /K + + V max Na /K + + 3 Na+ 2 K+ Na+ Su configuración simétrica a) Su carga eléctrica y polaridad b) La ausencia de enlaces peptídicos c) Su baja masa atómica d) Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 25 41. ¿Cómo se estructuran fundamentalmente las acuaporinas funcionales en la membrana? 42.

¿Qué distingue cinéticamente a la difusión facilitada frente a la simple? 43. ¿Qué mecanismo utiliza el transportador intestinal SGLT1 para incorporar glucosa? 5 Tráfico macromolecular: endocitosis, exocitosis y caveolas AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las distintas modalidades de transporte vesicular macromolecular. Describir la dinámica de formación, fisión por dinamina y desnudamiento de vesículas de clatrina. Comparar el comportamiento del complejo ligando-receptor según el pH endosomal en las vías de LDL y transferrina. Explicar la función de las caveolas y su relación con las balsas lipídicas.

PIÉNSALO ANTES DE LEER 44 ¿Cómo consigue una célula introducir selectivamente una partícula de gran volumen como el colesterol sin incorporar indiscriminadamente el medio extracelular circundante? Transporte macromolecular y vesiculación Las células intercambian materia a través de la membrana mediante mecanismos que varían según el tamaño molecular y el gasto bioenergético.

El transporte de solutos pequeños puede ser pasivo o activo mediante transportadores y bombas (véase «Transporte a través de membrana y permeabilidad Monómeros de cuatro láminas beta a) Heterotrímeros asociados a fosfatasas b) Dímeros con un canal hidrofóbico común c) Tetrámeros de monómeros con 6 hélices alfa d) La independencia absoluta de la temperatura a) Un comportamiento hiperbólico saturable con Vmax b) Una relación estrictamente lineal indefinida c) El gasto acoplado de pirofosfato libre d) Transporte activo primario dependiente de ATP a) Simporte activo secundario acoplado a Na+ b) Difusión facilitada unipolar c) Antiporte pasivo dependiente de potasio d) Estructura y Función Celular: Apuntes y Resumen 26 al agua»).

En cambio, las partículas grandes y macromoléculas requieren transporte por vesiculación. Este proceso implica reorganizaciones mecánicas de la membrana plasmática y permite la transferencia coordinada entre distintos compartimentos intracelulares. Existen dos sentidos principales de transporte vesicular: Exocitosis: vesículas intracelulares cargadas con productos de secreción o desechos metabólicos se desplazan hacia la periferia y se fusionan con la membrana plasmática, liberando su contenido hacia el medio externo. Endocitosis: la membrana plasmática incorpora componentes del exterior al invaginarse o emitir proyecciones para encerrarlos en vesículas.

Dentro de la endocitosis, se diferencian dos modalidades fundamentales según el estado físico del material captado: Fagocitosis: incorporación de partículas sólidas de gran tamaño. La célula emite prolongaciones dinámicas denominadas pseudópodos, sustentadas por el ensamblaje de filamentos de actina (véase «Citoesqueleto: microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios»). Los pseudópodos rodean la partícula unida a receptores superficiales, confluyen y forman una vacuola intracelular conocida como fagosoma. Posteriormente, el fagosoma se fusiona con lisosomas para constituir el fagolisosoma, donde las hidrolasas ácidas degradan la carga fagocitada.

Este mecanismo participa también en la digestión de orgánulos deteriorados dentro de los procesos de autofagia (véase «Aparato de Golgi, lisosomas y tráfico vesicular»). Pinocitosis: ingestión inespecífica de líquido extracelular y solutos disueltos en pequeñas vesículas generadas por invaginación de la bicapa. COMPRUEBA 45 ¿Qué componente del citoesqueleto dirige la emisión de pseudópodos durante la fagocitosis? Vesículas revestidas de clatrina y endocitosis mediada por receptor La endocitosis mediada por receptor permite la internalización selectiva y eficiente de ligandos específicos presentes a concentraciones muy bajas en el medio externo, tales como la transferrina o las partículas LDL.

El proceso depende de la formación de una cubierta proteica en la cara citosólica de la membrana. La unidad estructural básica de esta envoltura es el trisquelión de clatrina, un complejo polipeptídico hexamérico formado por tres cadenas pesadas y tres cadenas ligeras. Los trisqueliones se ensamblan progresivamente entre sí generando una red poligonal cóncava similar a un cesto que fuerza la curvatura de la membrana para crear una fosita revestida. El ensamblaje y desprendimiento vesicular transcurre en etapas consecutivas: Reconocimiento y unión del ligando: la molécula extracelular se une a su receptor…