BIOLOGÍA CELULAR Membrana Plasmática Generalidades, Carbohidratos, Proteínas, Lípidos de membrana

MEMBRANA PLASMÁTICA

Generalidades

• Compartimentalización
• Rodea a toda la célula
• Membrana nuclear y citoplásmica encierra diversos espacios intracelulares
• Permite la presencia de actividades especializadas sin interferencia externa
• Permite regulación independiente de las distintas actividades celulares
• Andamiaje para actividades
• Proporciona marco o andamiaje extenso
• Materiales pueden ordenarse para interacción efectiva
• Provisión de barrera permeable selectiva
• Previene intercambio indistinto entre moléculas de un lado a otro
• Medio de comunicación entre compartimentos que la separan
• Transporte de solutos
• Contienen maquinaria de transporte físico de sustancias de un lado de la membrana al otro
• Permite que la célula acumule sustancias
• Azúcares
• aa
• Construir macromoléculas
• Transportar iones especializados
• Establece gradientes iónicos
• Respuesta a señales externas
• Tiene receptores que se combinan con moléculas específicas (ligando)
• Reaccionan a otros tipos de estímulos como luz o tensión mecánica
• Interacción celular
• Media interacciones entre ella y sus células vecinas
• Permite que se reconozcan y se envíen señales, que se adhieran, intercambien información y solutos.
• Transducción de energía
• Un tipo de energía se convierte en otro
• Fotosíntesis
• Transferencia de energía química de carbohidratos y grasas al ATP

MODELO DE MOSAICO FLUIDO

• Propuesto por S. Jonathan Singer y Garth Nicolson en 1972
• Bicapa se mantiene como centro de la membrana
• Se encuentra en estado líquido
• Moléculas individuales de lípido pueden moverse a los lados dentro del plano de la membrana
• Presenta a las membranas como estructuras dinámicas en las que los componentes son móviles y capaces de reunirse para mantener varios tipos de interacciones

COMPOSICIÓN QUIMICA

• Membrana es ensamble de lípidos y proteínas
• Los componentes se mantienen juntos en una hoja delgada de enlaces no covalentes
• Centro de membrana es una hoja de lípidos dispuestos en una capa bimolecular. Bicapa lipídica.
• Sirve como columna estructural para membrana
• Establece barrera que impide desplazamientos aleatorios

Lípidos de membrana

• Son anfipáticos (parte hidrófoba y parte hidrofílica)
• Tres tipos
• Fosfoglicéridos
• Tienen un grupo fosfato, los convierte en fosfolípidos
• Como están formados en una molécula de glicerol son fosfoglicéridos
• Son diglicéridos
• Dos hidroxilos de glicerol tiene a ácido graso
• Un hidroxilo de glicerol tiene a grupo fosfato
• Tienen un grupo adicional unido al fosfato.
• Colina (fosfatidilcolina PC)
• Serina (fosfatidilserina PS)
• Etanolamina (fosfatidiletanolamina PE)
• Inositol (fosfatidilinositol PI)
• Son hidrófilos
• Fosfato y grupo adicional forman cabeza
• Pueden estar saturados, insaturados o poliinstaurados
• Tienen una cadena saturada y otra insaturada
• Esfingolípidos
• Derivan de la esfingosina
• Aminoalcohol con cadena larga de hidrocarburos
• Esfngosina + ácido graso = ceramida
• Con grupos adicionales que se unen a esfingosina
• Fosforilcolina (esfingomielina)
• Carbohidrato (glucolípido)
• Azúcar (cerebrósido)
• Azúcar con ácido siálico (gangliósido)
• Anfipáticos
• Colesterol
• 50% de moléculas de lípidos de membrana
• Orientadas con grupo hidroxilo hidrofílico hacia superficie de membrana
• Resto de cuerpo insertado en membrana
• Con anillos planes y rígidos

Importancia de membrana

• Cada membrana con su propia composición lipídica
• Bicapa mide 6nm de espesor
• Forman una red interconectada dentro de la célula
• Membrana es deformable  y su forma general  cambia
• Facilita la difusión regulada o gemación de membranas
• Se puede ensamblar por sí misma
• Liposomas, experimento en el que se foramaron vesículas esféricas llenas de líquido al introducir fosfatidilcolina en una solución acuosa. Las moléculas de fosfolípidos se ensamblaron de manera espontánea.

Asimetría

• Bicapa consiste en dos hojas con composiciones lipídicas diferentes
• Enzimas que digieren lípidos no pueden penetrar membrana y sólo digieren en parte interna
• La hoja externa de membrana tiene mayor concentración de fosfatidilcolina (PC) con bajo fosfatidiletanolamina (PE) y fosfatidilserina (PS)
• Bicapa lipídica está formada por dos capas individuales, independientes, más o menos estables, que tienen propiedades físicas y químicas diferentes
• Glucolípidos de membrana están en parte externa de membrana
• Sirven como receptores de ligandos extracelulares
• Fosfatidiletanolamina de parte interna, fomenta curvatura de membrana
• Fosfatidilserina en parte interna, tiene carga negativa neta a pH fisiológico
• Se une a residuos de lisina y arginina con carga positiva
• Fosfatidilinositol (PI) de parte interna de la hoja, fosforila en sitios diversos del anillo de insotiol, convirtiendo al fosfolípido en fosfoinosítido.
• Transfieren estímulos de membrana plasmática a citoplasma.

Carbohidratos de membrana

• 2-10% del peso
• 90% de carbohidratos presentes en membrana tienen enlaces covalentes con las proteínas, formando glucoproteínas
• El otro 10% establece enlaces no covalentes con lípidos para formar glucolípidos
• Carbohidratos de membrana se orientan hacia afuera, incluidos los de la parte interna
• Llevan a cabo la glucosilación (agregar azúcares a proteínas)
• Carbohidratos de proteínas están como oligosacáridos
• Pueden unirse a varios aa
• Media interacciones de célula con ambiente

Estructura y función de las proteínas de la membrana

• Con orientación definida
• Tres clases
• Proteínas integrales
• Penetran bicapa
• Son proteínas transmembrana
• 25-30%
• Proteínas periféricas
• Afuera de bicapa en citoplasma o medio extracelular
• Se relacionan con membrana con enlaces no covalentes
• Proteínas ancladas a lípidos
• Fuera de bicapa en citoplasma o medio extracelular
• Enlaces covalentes con una molécula lipídica dentro de bicapa
• Proteínas integrales
• Funcionan como receptores
• Se unen con sustancias específicas  en la superficie de la membrana
• Conductos
• Transportadores participantes en el transporte de iones
• Agentes que transfieren electrones durante fotosíntesis o respiración
• Son anfipaticas
• Partes hidrófobbas
• Parte que reside dentro de membrana
• Residuos de aa de dominios transmembrana establecen interacciones de Van der Waals con cadenas grasas acilo de la bicapa
• Sella a la proteína dentro de la bicapa
• Permeabilidad de membrana se conserva.
• Porciones que se proyectan a citoplasma o espacio extracelular tienden a ser a interactuar con sustancias hidrosolubles, tienen superficie hidrofilica
• Tienen un conducto interno que proporciona un paso acuoso por bicapa

Proteínas periféricas de membrana

• Se relacionan con la membrana mediante enlaces electrostáticos débiles
• Situadas en superficie interna mayormente.
• Forman una red fibrilar que actúa como esqueleto de la memnrana
• Brindan soporte estructural
• Actúan como ancla para proteínas integrales de membrana
• Algunas funcionan como enzimas o factores que transmiten señales a través de la membrana
• Se atraen a la membrana o se liberan de ella según las condiciones

Proteínas de membrana ancladas a lípidos

• En cara externa de membrana.
• Unidas a membrana mediante pequeño oligosacárido que se vincula con fosfatidilinositol que está sepultada en hoja externa de membrana (proteínas ancladas por GPI)
• Se pueden liberar de la membrana mediante la fosfolipasa

LÍPIDOS DE LA MEMBRANA Y FLUIDEZ DE LA MEMBRANA

• La fluidez de la membrana define su estado físico
• Temperatura de bicapa a 37° C los lípidos están relativamente líquidos
• Se considera a la membrana como un cristal líquido bidimensional
• Temperatura de transición
• Si temperatura reduce lentamente la bicapa para de una fase cristalina líquida a un gel cristalino congelado
• Movimiento de las cadenas de ácido graso de fosfolípidos es limitado
• Depende de capacidad de moléculas de lípido para agruparse
• Depende de lípidos que conformen a membrana
• Ácidos grasos saturados tienen forma de cilindro recto y flexible
• Se agrupan de manera más ajustada que los insaturados
• Ácidos grasos insaturados cis tienen curvas en la cadena debido a enlaces dobles.
• A mayor grado de insaturación de ácidos grasos, menor temperatura que puede almacenarse antes que bicapa se gelifique
• Cadena de ácidos grasos influye en fluidez
• Mientras más cortas sean las cadenas de los aa, es menor la temperatura de fusión.
• Fluidez de membrana ayuda a:
• Movimiento de moléculas
• Orientar a componentes de la membrana
• Permite que haya interacciones dentro de la membrana
• Membrana sólo surgen de otras preexistentes
• Responde a estímulos del exterior modificando los tipos de fosfolítos
• Remodelación de bicapa en respuesta a señales:
• Se desaturan los enlaces sencillos de las cadenas grasas acilo para formar dobles enlaces dobles
• Se distribuyen las cadenas entre las distintas molpeculas de fosfolípidos.

Balsas lipídicas

• Cuando colesterol y esfingolipidos se autoensamblan
• Con mayor grado de gelación y orden
• Compuestas de fosfogliceridos
• Tienden a flotar en el ambiente más líquido y desordenado
• Ciertas proteínas se aglomeran ahí
• Sirven como plataformas flotantes que concentran proteínas particulares
• Prganiza a membrana en compartimentos funciones

Naturaleza dinámica

• Fosfolípido puede moverse a los lados dentro de la misma hoja con facilidad
• Movimiento lateral es rápido
• Movimiento de una hoja a la otra es más lento
• Grupo cabeza hidrófila debe pasar por la hoja hidrófoba interna de la membrana
• Es termodinámicamente desfavorable
• Células tienen enzimas que mueven en forma activa ciertos fosfolípidos de una hoja a la otra
• Participan en el establecimiento de la asimetría lipídica
• Revierten la velocidad lenta del movimiento pasivo a través de la membrana
• Estado físico de membrana es un factor determinante de la movilidad de las proteínas integrales

Difusión de proteínas de membrana después de la fusión

• Fusión celular, cuando dos tipos distintos de células se fusionan para producir una sola célula con un citoplasma común y una sola membrana
• Proteínas de membrana se desplazan en forma lateral dentreo de la membrana
• Parece ser que proteínas integrales se mueven sin restricción

Restricciones a la movilidad de proteínas y lípidos

• Proteínas de membrana se mueven mucho más lentamente
• 30-70% de proteínas de membrana no era libre de difundir de regreso al círculo radiado
• Algunas se mueven en forma aleatoria por toda la membrana
• Algunas no se mueven

Control de la movilidad de las proteínas de membrana

• Algunas membranas son ricas en proteínas
• Movimientos aleatorios de una molécula puede estar mediado por sus vecinas
• Proteína integral influida en parte citoplasmática
• Membranas con red fibrilar
• Forma esqueleto de membrana
• Consistente en proteínas periféricas en superficie citoplasmática
• Algunas proteínas integrales están fijadas a esqueleto de membrana
• Crea compartimentos que limitan la distancia que una proteína integral puede viajar
• Proteínas integrales que no poseen porción citoplasmática se mueven mucho más rápido por la membrana

Movilidad de lípidos en la membrana

• Difusión de lípidos está restringida
• Permanecen confinados en un periodo de tiempo corto en un lado de la membrana y cambian espontáneamente hacia el otro
• Se difunde con facilidad dentro de un compartimento antes de saltar valla hacia el compartimento vecino