Tema 7 - MEMBRANAS BIOLÓGICAS

BIOQUÍMICA

Pequeños "polluel@s"!!!

Otro nuevo tema y uno de los más importantes que encamina la base de todo el metabolismo y el entendimiento de nuestro cuerpo!!!

• DEFINICION

   Son revestimientos celulares, estructuras que se encuentran rodeando a las células y delimitan compartimentos internos. Presentan distintos grados de permeabilidad ante los distintos solutos. Permite comunicar el medio interno con el externo, permite determinar barreras. Son el asiento de numerosos receptores que permiten el envió de señales al interior de la célula, desencadenando en esta un proceso interno. Su estructura básica la constituye la bicapa de fosfolípidos.

   La mayor parte del conocimiento actual sobre las membranas biológicas, se basa en el modelo de mosaico fluido.

• COMPONENTES

·         Lípidos (50%): fosfolípidos, fosfoesfingosidos, fosfogliceridos. Esteroles, colesterol. Glucolípidos; solo se encuentran en membrana citoplasmática (posición externa)

·         Proteínas (50%): naturaleza globular, distintas posiciones, 10 o mas cadenas polipeptídicas, distintas funciones.

   En principio se creía que todas las membranas de todas las células eran iguales pero no es así. No se puede tener un modelo idéntico para todas las membranas pero si podemos tener un modelo estructural para todas las membranas.

•  BICAPA LIPIDICA

   Las moléculas que la forman son antipáticas, enfrentan las colas apolares (parte hidrofóbica) y hacia el exterior orientan las cabezas polares (parte hidrofílica) la bicapa tiene un revestimiento de agua.

   La diferencia de más membranas activas está en la composición y el % en fosfolipidos. Cada célula esta preparada para una función específica. La membrana gobierna el metabolismo interno celular, que es distinto en las distintas células, las células que realizan la misma función, tienen la misma membrana.

   La bicapa lipídica, fluida y asimétrica, tiene en su interior los siguientes componentes:

• Colesterol: inmerso en la bicapa lipídica, estructura rígida formada por cuatro anillos, es hidrofóbica: se incluye en la bicapa. Solo ocupa posiciones externas en la bicapa debido al grupo  OH del C3. cuanto mayor sea de % de colesterol de la membrana más rígida será.

• Glucolípidos: moléculas con monosacáridos, se sitúan en la cara externa de la membrana. Poseen funciones de reconocimiento.

• Proteínas: estructura globular, son antipáticas, los grupos no polares va al interior y los polares al exterior. Existen dos tipos:

• Intrínsecas o integrales: atraviesan la membrana. Grupos no polares en contacto con las colas no polares de los lípidos; grupos polares en contacto con los líquidos del exterior, son proteínas receptoras, transportadoras…pueden atravesar total o parcialmente la membrana. Están expuestas en ambas caras de la membrana.

• Extrínsecas o periféricas: posiciones externas: interactúan de forma muy débil con los elementos de la membrana. Se extraen muy fácilmente en el laboratorio, porque están poco unidas. Todas estas uniones se producen por medio de enlaces débiles, Van der Vaals, p de H, interacciones hidrofóbicas. Están expuestas tan sólo en una u otra cara de la membrana.

• En el interior de la membrana es de carácter hidrofóbico, esto hace que sean malos conductores de electricidad, confiere resistencia eléctrica.

• Muchas de las proteínas de membrana, llevan grupos de oligosacaridos que se proyectan hacia el medio acuoso. No se conoce muy bien su uso, se cree que junto con otras moléculas actúan como reconocedores de señales, también pueden desempeñar otras funciones, a las proteínas las protegen de la desnaturalización.

   Los dos lados de la bicapa suelen ser diferentes, tanto en su composición lipidica como en la colocación y orientación de las proteínas.

• SOLUBILIDAD

   Tienen un bajo grado de permeabilidad a sustancias solubles en agua y más permeabilidad a sustancias solubles en componentes orgánicos ya que se disuelven en la membrana.

   También influyen  otros factores, las moléculas de alto peso molecular no pueden atravesarla. Gases como del CO2 y el O2 atraviesan fácilmente la membrana porque interaccionan con los componentes de esta.

• FLUIDEZ

   La fluidez de la membrana viene determinada en parte por la naturaleza de los ácidos grasos. Las membranas en base a sus componentes, presentan distintos grados de fluidez, son matrices líquidas de fosfolípidos en donde están inmersas proteínas de naturaleza integral. Lípidos y proteínas pueden experimentar movimientos horizontales de transición dentro de la bicapa. La fluidez disminuye al aumentar el % de proteínas, también cuando aumenta el % de colesterol. También influye la composición de los ac. grasos de los lípidos: más saturados menos fluidez; más insaturados mas fluidez.

   El hecho de que sean membranas fluidas y flexivas facilita los cambios de conformación, permite la fusión de membranas, el transporte de materiales, factor importante para la célula.

   Todos los componentes de la membrana se presentan de forma simétrica, esta es absoluta para las proteínas. Para el colesterol también es absoluta. En los fosfolipidos, la asimetría es parcial, hay fosfolipidos en dos caras pero no tienen porque tener la misma naturaleza.

   La membrana más conocida, es la de los eritrocitos que esta compuesta por: ac. fosfatidico, fosfatidilcolina, fosfatidiglicerol, fosfatidinilositol, esfingomielina, glucolipidos, colesterol.

   Las proteínas además de transportadoras actúan como receptores, podemos hablar de los siguientes tipos de interacciones:

• Célula- molécula: Ej. la insulina llega al receptor que es una proteína formada por dos cad. Polipeptídicas unidas por un puente disulfuro y que presentan un dominio interno donde se va unir la insulina confiriéndole un cambio de conformación.

• Celula- virus: el virus recubierto de la GP 120 se internaliza en la célula y utiliza el metabolismo de esta para reproducirse. Puede sufrir un ciclo lítico o lisogénico.

• Célula-célula: Ej. bacteria Ellycobacter Pillori.

• MECANISMOS DE TRANSPORTE A TRAVES DE LA MEMBRANA

• Transporte pasivo:
• Difusión pasiva
• Difusión facilitada
• Transporte activo:
• Transporte activo primario
• Transporte activo secundario
• Transporte activo por translocacion de grupo

   Los materiales solubles en lípidos atraviesan fácilmente la membrana, siempre que su peso molecular no sea excesivo.

   Sustancias como el glicerol o la urea también atraviesan fácilmente la membrana como por ejemplo el glucógeno.

   Hay iones como NA+, K+, CL+ que atraviesan la membrana con dificultad las moléculas con carga tienen más dificultad para atravesar la membrana

Transporte pasivo:

• Difusión pasiva: se realiza mediante el movimiento aleatorio de las moléculas a través de las membranas. El transporte pasivo conduce en última instancia a que la concentración libre de la sustancia que difunde sea la misma a ambos lados de la membrana.

Es el paso de materiales, nutriente, moléculas…a través de la membrana de una zona de mayor concentración a una zona de menor concentración, sin ayuda de ningún elemento, sin interactuar con ningún elemento de la membrana y sin ningún gasto de energía metabólica. El nutriente pasara en base a su energía cinética. De este modo, el nutriente entrará o saldrá de la célula a favor de ese gradiente de concentración.

La velocidad es muy baja directamente proporcional a la concentración de sustrato e inversamente proporcional al espesor de la membrana. En condiciones normales podrá trasportar el Na y K muy lentamente en base a su gradiente de concentración.

• Difusión facilitada: consiste en el paso de una sustancia a través de la membrana a favor de un gradiente de concentración decreciente, pero este paso se lleva acabo por un agente transportador ubicado en la membrana y que es de naturaleza proteica, poros formados por proteínas transmembrana y moléculas portadoras transmembrana. Hay centros de reconocimiento de sustrato en la membrana que captan los sustratos y proceden a su introducción. La velocidad es superior a la difusión pasiva y vendrá limitado pro el nº de transportadores disponible. De este modo podrá entrar la glucosa en las células.

Transporte activo:

• Primario:

Es un transporte en contra de gradiente, mediado por transportadores y que consume energía metabólica que en la mayoría de los casos la proporciona el ATP. Ej: bomba Na/K

Es un sistema de naturaleza proteica constituida por cuatro subunidades.

Interior de la célula: alta concentración de K

Exterior: alta concentración de Na

El interior ha de ser negativo con respecto al exterior, es decir, en el interior hay un déficit de cargas positivas. Esto debe se mantenido constantemente.

Hay que evitar que las concentraciones se iguales porque las células morirían. Se produce un bombeo en contra del gradiente de concentración y por ello se necesita un sistema complejo de transporte.

Desarrollo del proceso:

El Na esta en el interior de la célula, las subunidades alfa captan tres cationes de Na, lo engloban en el interior de la membrana. Se necesita energía que la proporciona el ATP, pierde un grupo P y queda anclado en una de las subunidades y pasa a ADP. El sistema experimenta un cambio de conformación y expulsa al Na al exterior de la célula. Se abre un canal que reconoce al K y capta 2K, los incorpora al interior de la membrana. Se hidroliza el grupo fosfato que esta en al subunidad y el sistema recupera su conformación primaria y expulsa al K del interior de la célula.

Por cada 3Na ingresan 2K por tanto no habrá igualdad de cargas.

• Secundario:

En este tipo de transporte no hay gasto energético. La glucosa esta siendo absorbida y pasa al interior de la célula por lo que aumenta la concentración interna y baja la externa en contra de gradiente de concentración, si sigue absorbiendo glucosa en contra de la concentración.

La glucosa es absorbida, captada por mecanismos de transporte.

El Na+ tiene la fuerza suficiente como para arrastrar con el a la glucosa. El gasto de energía está en el restablecimiento de los niveles de Na en la célula (bomba de Na-K) si estos niveles no se restablecieran, se igualarían las concentraciones y la célula moriría.

• Por translocacion de grupo:

Proceso de entrada que se acopla a un proceso de fosforilación. La glucosa se degrada sin oxigeno, por glucólisis liberando la energía a sus enlaces. El fosfoenol piruvato es muy inestable, tiende a ceder su energía al ADP---ATP. En este sistema de translocación de grupo, la energía no la cede al ATP la cede al fosfoenol piruvato.

Por ejemplo: el transporte de glucosa en el interior de la célula.

Cuando la glucosa entra en la célula se fosforila impidiendo que pueda salir.

Este mecanismo no sólo permite la entrada de un sustrato sino que también lo fosforila.

Es un sistema de entrada bastante complejo en el caso de la glucosa, formando por cuatro enzimas: una proteína integral de membrana, tres enzimas en el citoplasma.

El fosfoenol piruvato se transforma en piruvato por que transfiere su energía al sistema, pasa por los enzimas del citosol y luego al sistema proteico de transmembrana.

La glucosa es captada por el sistema de transmembrana. El grupo P se emplea para fosforilar a la glucosa que penetra en el interior de la célula, o se extrae energía de un proceso metabólico directamente.

PASO A TRAVÉS DE LA MEMBRANA

Canal ionóforo: solo pasan iones. Tienen un sistema de apertura y cierre

Poro: siempre permanecen abiertos. Es un paso menos selectivo de sustancias.

Ambos son estructuras proteicas que tapizan el interior de la membrana.

Sin porte: transporte de dos moléculas distintas en el mismo sentido modifica su conformación e impulsa el sustrato hacia el otro lado de la membrana.

Antiporte: transporte de dos moléculas distintas en distintos sentidos (opuestos)

            Uniporte: transporte de solo un sustrato.