Estructura y Funciones de la Membrana Celular

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UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD MULTIDISCIPLINARIA DE OCCIDENTE DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA BIOLOGIA CELULAR CICLO I – 2026 UNIDAD 5: Estructura y función de los componentes celulares CLASE 10 5.1 MEMBRANA CELULAR Estructura dinámica y compleja, tiene de 5 a 10 nm de espesor (se necesitarían mil membranas apiladas una sobre otra para igualar el espesor de una sola pagina). Todas las membranas biológicas son estructuras constituidas por lípidos y proteínas, además contienen carbohidratos (que constituyen glucoproteinas y glucolípidos). LIPIDOS DE MEMBRANA: De varios tipos, todos anfipáticos o sea, contienen regiones hidrófilas e hidrófobas.

La mayor parte de los lípidos de la membrana son fosfolípidos, dispuestos en una capa bimolecular (bicapa de lípidos). Las bicapas sirven principalmente como armazón estructural para la membrana y como barrera que impide movimientos desordenados de materiales hidrosolubles hacia dentro y fuera de las células. Otros componentes lipídicos son el colesterol y los esfingolípidos, que son menos abundantes. PROTEINAS DE MEMBRANA: Son de dos clases: Estructurales o Integrales y Periféricas. Las estructurales están firmemente unidas a la membrana (también son anfipáticas). Algunas de estas no atraviesan todo el espesor de la membrana, otras si lo hacen, llamadas proteínas transmembrana.

Las periféricas, se localizan en la superficie interna o externa de la membrana. Las proteínas están embebidas en la bicapa de lípidos y se orientan asimétricamente en esta. Esto significa que cada lado de una membrana posee características diferentes, porque cada tipo de proteínas se orienta en la bicapa de una sola manera. Por sus funciones las proteínas de membrana se clasifican como: P. de Canal: controla el paso de materiales desde las regiones de alta concentración a regiones de baja concentración. P. de transporte: transporta materiales desde regiones de baja concentración a regiones de alta concentración. P.

receptora: se une con materiales y origina cambios en las actividades celulares. P. Biocatalizadora (enzima): acelera las reacciones químicas. P. de Identificación: distingue la célula de otras células. P. de Adhesión Celular o Anclaje del Citoesqueleto: apoya la estructura interior de la célula, unen membranas de células adyacentes. CARBOHIDRATOS DE MEMBRANA: Las membranas de células eucariotas poseen carbohidratos unidos a los componentes lipídicos y proteínicos constituyendo Glucolípidos y Glucoproteinas. En las glucoproteinas, el carbohidrato se presenta como un oligosacárido. Los carbohidratos de los glucolípidos determinan si el grupo sanguíneo de una persona es A, B y O.

Los glucolípidos también funcionan como compuertas para la entrada de patógenos (toxina del cólera, virus de la influenza). FUNCIONES DE LAS MEMBRANAS BIOLOGICAS 1. Compartamentalización: La membrana plasmática rodea todo el contenido de la célula, en tanto que las membranas nuclear y plasmática incluyen varios espacios celulares internos en los cuales tienen lugar actividades especializadas. Igual que el espacio dentro de un edificio debe dividirse para tener actividades de diferente tipo en sus compartimientos con un mínimo de interferencia externa, así también debe dividirse la célula.

En la célula, la compartamentalización es particularmente importante debido a que los diferentes espacios están llenos de líquido, y si estos líquidos se mezclaran sería desastroso. 2. Las membranas constituyen barreras selectivamente permeables: Las membranas impiden el libre intercambio de materiales de un lado a otro, pero al mismo tiempo proporcionan el medio para comunicar un espacio con otro. La membrana plasmática debe garantizar que las sustancias apropiadas penetren al citoplasma desde el espacio externo y las sustancias inapropiadas salgan de la célula. En esta función, la membrana plasmática actúa como barrera selectivamente permeable. 3. Transporte de solutos.

La membrana plasmática contiene los mecanismos para transportar físicamente sustancias de un lado a otro de la membrana, por lo general desde una región donde un soluto se encuentra en baja concentración hasta otra donde dicho soluto muestra concentración más alta. Los mecanismos de transporte de la membrana permiten que la célula acumule azúcares y aminoácidos, necesarios como energéticos de su metabolismo y para construir sus macromoléculas. La membrana plasmática tiene otra función relacionada con el transporte de solutos, que consiste en separar iones con carga opuesta y establecer gradientes iónicos.

Esta capacidad es crucial para las células nerviosas y musculares, pero también puede desempeñar un papel en la respuesta de cualquier célula a su ambiente. 4. Respuesta a señales externas: La membrana plasmática tiene una función muy importante en la respuesta de una célula a los estímulos externos, proceso conocido como transducción de señales. Las membranas poseen receptores que se combinan con moléculas específicas (ligandos) con estructura complementaria. Diferentes tipos de células tienen membranas con distintos tipos de receptores, y por lo tanto pueden reconocer y responder a diferentes ligandos de su ambiente.

Los ligandos mejor estudiados son hormonas, factores de crecimiento y neurotransmisores, todos unidos a la membrana plasmática pero que no la atraviesan. La interacción de un receptor de membrana plasmática con un ligando externo a veces provoca que la membrana genere una nueva señal que estimula o inhibe actividades internas. Por ejemplo, las señales generadas en la membrana plasmática pueden indicar a la célula que elabore más glucógeno, se prepare para la división celular, se desplace hacia los puntos de mayor concentración de un compuesto particular, libere calcio de sus reservas internas o posiblemente que se suicide. 5.

Interacción intercelular: Situada en la frontera de la célula viviente, la membrana plasmática media las interacciones que ocurren entre las células de un organismo multicelular. La membrana también permite a las células reconocerse entre sí, adherirse cuando es apropiado e intercambiar materiales e información. 6. Sitios para actividades bioquímicas: Las membranas proporcionan un medio para organizar las actividades celulares. Puesto que los reactantes se encuentran en solución, sus posiciones no son estables y su interacción depende de colisiones al azar.

La unión de enzimas en complejos multienzimáticos facilita mucho la secuencia de una reacción, debido a que cada enzima se sitúa en el lugar correcto en el momento adecuado. De igual manera, las membranas suministran a la célula una extensa armazón o andamiaje dentro del cual se pueden ordenar los componentes para una interacción eficaz. Una parte significativa de los mecanismos enzimáticos de una célula se relaciona con sus diferentes membranas. 7. Transducción de energía: Las membranas participan estrechamente en los procesos que convierten un tipo de energía en otro (transducción de energía).

La más fundamental transducción de energía ocurre durante la fotosíntesis, cuando los pigmentos unidos a la membrana absorben energía de la luz solar, la convierten en energía química y la almacenan en carbohidratos. Las membranas también participan en la transferencia de energía química de grasas y carbohidratos al ATP. En eucariotas, los mecanismos para estas conversiones energéticas se encuentran dentro de las membranas de los cloroplastos y las mitocondrias. Las membranas también sirven como sitios para almacenar energía cuando mantienen concentraciones diferentes de iones específicos o de otros solutos a través de su superficie.

La energía almacenada en estos gradientes es igual a la acumulada en una pila eléctrica y se emplea para ejecutar muchas de las actividades más importantes de la célula. PROCESOS PARA EL MOVIMIENTO DE MATERIALES A TRAVES DE LAS MEMBRANAS CELULARES. El transporte a través de la membrana celular, ya sea directamente a través de la bicapa lipídica o a través de las proteínas se produce por uno de dos procesos básicos: Procesos Físicos: a- Difusión, b- Difusión facilitada. Procesos Fisiológicos: a- Transporte activo. B-Endocitosis y Exocitosis.

DIFUSION La difusión implica un movimiento molecular aleatorio de sustancias, molécula a molécula, ya sea a través de los espacios intermoleculares de la membrana o en combinación con una proteína transportadora. La energía causante de la difusión es la energía del movimiento cinético normal de la materia. DIFUSION: Movimiento al azar de moléculas desde una región de alta concentración hacia una de baja, producida por la energía cinética de las moléculas. La velocidad de difusión depende del tamaño y forma de las moléculas, sus cargas eléctricas y la temperatura. La difusión ocasiona una distribución uniforme de las moléculas de una sustancia.

CASOS PARTICULARES DE DIFUSION DIALISIS: Difusión de partículas disueltas (moléculas de soluto) a través de una membrana con permeabilidad selectiva, desde una región de alta concentración hacia una de baja. (Diálisis renal). OSMOSIS: Difusión de moléculas de solvente a través de una membrana con permeabilidad selectiva, desde una región de alta concentración hacia una de baja. (En los sistemas vivos, las moléculas de solvente son casi siempre agua) OSMOSIS Y CELULAS VIVAS A) Si se coloca una célula dentro de una solución isotónica, la concentración de solutos y de solvente (agua) es la misma tanto en la solución como en el citoplasma.

El movimiento de moléculas de agua es igual a cero, es decir la célula no se hincha ni se contrae. B) Si se coloca una célula en una solución hipertónica, la solución tiene mayor concentración de solutos y menor concentración de solvente (agua) que en el citoplasma. Esto se traduce en un movimiento de moléculas de agua desde la célula hacia el exterior, de modo que esta se contrae, sufre plasmólisis (contracción del citoplasma de una célula debido a la perdida de agua) y puede morir por deshidratación. C) Si se coloca una célula en una solución hipotónica, dicha solución tiene menor concentración de soluto y por tanto mayor concentración de solvente que en el citoplasma.

Se da un movimiento de moléculas de agua hacia el interior de la célula, de modo que esta se hincha y puede llegar a reventar (citólisis). Transporte a través de membrana. Difusión simple: Paso de moléculas pequeñas a través de la bicapa lipídica ej: agua. CO2 Difusion facilitada por canales acuosos: Paso de electrolitos por canales llenos de agua dentro de una proteína integral Difusión facilitada por medio de proteínas transportadoras: Es cuando una proteína transportadora (permeasa) de la membrana celular, acelera el paso de moléculas desde una zona de alta concentración hasta una de baja. Ejemplo: movimiento de glucosa hacia el interior de la célula.

(La insulina aumenta la tasa de difusión de 10 a 20 veces). TRANSPORTE MEDIADO POR TRANSPORTADORES La bicapa de lípidos es relativamente impermeable a la mayor parte de las moléculas polares grandes, lo que resulta ventajoso para las células. Casi todos los compuestos necesarios en el metabolismo son polares y la impermeabilidad de la membrana plasmática impide su paso al exterior de la célula por difusión. La bicapa también es impermeable a los iones, lo que tiene funciones importantes en muchos procesos fisiológicos.

Algunos iones como los del calcio, sirven de señales intracelulares de manera que los cambios de su concentración citoplasmática desencadenan modificaciones de diversos procesos celulares (como la contracción muscular). La célula puede controlar directa o indirectamente muchas actividades metabólicas porque regula la entrada y salida de iones. Asimismo, la célula debe adquirir continuamente moléculas polares de nutrientes esenciales como glucosa y aminoácidos. Esta transferencia de solutos se da por proteínas integrales de membrana. El paso de solutos a través de la membrana celular llevado a cabo por un sistema de transporte se conoce como TRANSPORTE MEDIADO POR PORTADORES.

Dos variantes: Difusión Facilitada y Transporte Activo por Portadores. CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE MEDIADO. 1. La velocidad de transferencia aumenta conforme la concentración de soluto aumenta en la unidad de tiempo. El sistema de transporte tiene sitios específicos a los cuales se une la sustancia que esta siendo transportada, existe por tanto, un número finito de tales sitios en la membrana celular. Cuando todos estos sitios están ocupados, el transporte ocurre a una velocidad máxima. 2. Existe especificidad de la sustancia que se esta transportando.

Un sistema de transporte que promueva el paso de glucosa hacia el interior de la célula no tiene efecto sobre el transporte de fructosa. 3. Los sistemas de transporte pueden ser inhibidos de manera específica por sustancias que se parecen estructuralmente al compuesto que transfieren; las sustancias que compiten por unirse a la proteína transportadora específica, reducen la velocidad de paso del compuesto específico. Ejemplo: fármacos, drogas y venenos. TRANSPORTE ACTIVO Cuando una membrana celular mueve moléculas o iones contra un gradiente de concentración el proceso se denomina transporte activo.

TRANSPORTE ACTIVO: Es el movimiento de solutos (iones u otras sustancias) a través de la membrana en combinación con una proteína transportadora desde una zona de baja concentración hacia una de alta, esto es, en contra de un gradiente de concentración. Este transporte se realiza con gasto de energía ya que es un proceso, que requiere una fuente adicional de energía además de la energía cinética para causar el movimiento. De acuerdo con la fuente de energía utilizada para producirlo, el transporte activo se divide en dos tipos: transporte activo primario y transporte activo secundario.

En el primario, la energía deriva directamente de la ruptura del ATP o de algún otro fosfato de alta energía. En el secundario, deriva de la energía almacenada en forma de diferencias de concentración iónica entre los dos lados de una membrana, creadas, por el transporte activo primario. En ambos casos, el transporte depende de las proteínas transportadoras que atraviesan la membrana. Entre las diferentes sustancias transportadas activamente a través de, al menos, algunas membranas celulares, se encuentran los iones sodio, potasio, calcio, hierro, hidrogeno, cloruro, yoduro, urato, diversos azucares y la mayor parte de los aminoácidos.

TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO: entre las sustancias transportadas mediante este mecanismo se encuentran: el sodio, el potasio, el calcio, el hidrogeno, el cloruro y otros. Sin embargo no todas estas sustancias son transportadas por las membranas de superficie de todas las células. Algunas de las bombas de transporte funcionan en las membranas de algunos organelos celulares. Eso si, todas ellas operan en esencia por el mismo mecanismo básico. BOMBA SODIO-POTASIO El mecanismo de transporte activo primario mas estudiado es la bomba de sodio-potasio, un proceso de transporte que bombea iones sodio hacia el exterior de la membrana y al mismo tiempo bombea iones potasio hacia el interior.

Una de las funciones más importantes de la bomba de sodio-potasio es controlar el volumen normal de las células. Sin esta bomba, la mayor parte de las células del organismo se hincharían hasta estallar. TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO (COTRANSPORTE) En condiciones apropiadas, la energía de difusión del sodio puede arrastrar en la misma dirección hacia adentro a otras sustancias junto a el a través de la membrana celular. Este fenómeno se denomina COTRANSPORTE. Son transportados de esta manera la glucosa y aminoácidos, especialmente en las células epiteliales del tracto intestinal y de los túbulos renales para ayudar a la absorción de estas sustancias hacia la sangre.