Membranas Celulares 2º Bachillerato [Modo De Compatibilidad]

1.
1 INTERACCIONES ENTRE
LAS CÉLULAS
1. Matriz extracelular
2. Uniones celulares
3. Ot
3 Otras especializaciones de la membrana
i li i d l b

Biología 2º Bachillerato SAMER 1
CALASANZ Javier Sánchez Píriz

DIFERENCIACIONES E INTERACCIONES CELULARES

Estas diferenciaciones de la membrana celular corresponden a regiones
especialmente adaptadas a diferentes funciones como la absorción, secreción,
p p , ,
transporte de líquidos, adherencia mecánica o interacciones con las células
adyacentes de los tejidos

En este apartado se incluyen:
1.Matriz extracelular
2.Uniones y comunicaciones celulares:
2.1 Uniones comunicantes
2.2 Uniones en hendidura (gap)
2.3 Uniones estrechas
2.4 Desmosomas o uniones adherentes
3. Microvellosidades
4. Vainas de mielina. Sinapsis nerviosa

Son específicas para los diferentes tipos celulares. Relacionadas con la
membrana y el citoesqueleto.

En la misma célula puede haber diferentes tipos según donde se encuentre 2
Biología 2º Bachillerato SAMER

1. Matriz extracelular
Presente en la mayoría de tejidos. Las células
se encuentran embebidas en la matriz
extracelular.
Está formada por proteínas y polisacáridos
formando redes organizadas.

La matriz rellena todos los espacios entre las
células y une entre sí las células y los tejidos.
La lámina basal es un tipo de matriz
extracelular sobre la que descansan las células
epiteliales.
p
Influye en el desarrollo, migración,
morfología y proliferación celular

*Matriz extracelular en el ganglio òptico
de rata

•Composición de la matriz extracelular: todos los
componentes los sintetizan células residentes en el tejido como
t l i t ti él l id t l t jid
fibroblastos, condroblastos y osteoblastos.
•PROTEÍNAS + POLISACÁRIDOS
PROTEÍNAS
•Las proteínas son fibrosas y resistentes y los polisacáridos
forman una sustancia gelatinosa que las envuelve
f i l i l l
•También posee unas proteínas de adhesión para unir la matriz a
las células y las células entre sí.

•La diferente composición de proteínas y polisacáridos distingue
las matrices de unos tejidos de otras.

Ej:
Ej En d
E tendones, matriz con muchas proteínas fibrosas
i h í fib
En cartílago, matriz con muchos polisacáridos
En hueso, matriz endurecida con fosfato cálcico 4

1. Proteínas de la matriz extracelular
Las proteínas de la matriz tienen dos funciones básicas :

1. Estructurales como colágeno y elastina. Aportan resistencia a la
matriz extracelular

2. Adhesivas como la fibronectina y laminina. Sirven de unión de
las células a la matriz


EJEMPLO: Tejido conjuntivo:
-Células
Células MASTOCITO FIBROBLASTO
-Matriz extracelular
Fibra elástica
Fibra reticular

Macrófago
Fibra nerviosa

Linfocito

Fibra de colágeno

Neutrófilo

Adipocito Capilar


2. Polisacáridos de la matriz extracelular.
Las proteínas estructurales fibrosas de la matriz extracelular están
embebidas en un gel formado por de GAGs y proteoglicanos.
proteoglicanos
Glucosaminoglucanos (GAGs): Holósidos-heteropolisacáridos
Formados por la repetición de disacáridos.

Casi siempre los componentes son azúcar ácido-amino azúcar.
azúcar
Los aminoazúcares más habituales son N-acetil galactosamina y N-acetil
glucosamina.
g
El azúcar ácido puede ser D-glucurónico o L-idurónico, salvo en el queratán
sulfato que hay galactosa.

Los GAGs de la matriz extracelular de diferentes tejidos tienen diferente
composición.

Proteoglicanos: heterósidos.
Tienen un eje proteico al que se asocian glucosaminoglucanos mediante
proteínas de unión.
Interaccionan con colágeno, elastina, fibronectina o laminina.

Proporcionan zona hidratada alrededor de la célula, y filtra moléculas y
célula
células.


UNIONES Y COMUNICACIONES CELULARES

En aquellos tejidos en los que la matriz es escasa, las
células se hallan en contacto ; existen uniones entre las
células: uniones intercelulares: diferentes tipos en función
de
d su amplitud, resistencia a la tracción y si permiten el
lit d it i l t ió i it l
paso de solutos a su través o no
-Uniones estrechas
Uniones
-Uniones adherentes
-Desmosomas
-GAP


UNIONES INTERCELULARES

Sólo son visibles a microscopía electrónica

En función de su extensión se clasifican en:
1. Tipo zónula: afectan a una superficie amplia de la membrana
(polo apical)
2. Tipo mácula: afectan a una zona puntual de la membrana
3 Tipo fascia: afectan a una zona algo más amplia
3.

En función de su es uc u y función se clasifican en:
u có estructura u c ó c s c e :
1. Uniones estrechas
2. Uniones adherentes o desmososmas en banda
3. Desmosomas
4. Uniones en hendidura o gap (comunicantes)


1. UNIONES ESTRECHAS (HERMÉTICAS O ÍNTIMAS)
Son uniones célula-célula especializadas que impiden el paso de
moléculas entre espacios intercelulares ya que las membranas de
las células están en contacto directo y el espacio intercelular se
obtura
Las uniones se forman gracias a redes de hebras alrededor de la
célula. Cada hebra está formada por proteínas transmembranales
tipo claudina y ocludina que se unen a proteínas similares de la
célula adyacente. La células quedan íntimamente unidas por una
especie de cremallera proteica

Estas proteínas aparecen asociadas en la cara interna a filamentos
de actina
Tipo zónula
Impiden el trasiego de sustancias entre las células

Aparecen en células endoteliales de los vasos sanguíneos y en
los h
l hepatocitos de los canales biliares
i d l l bili


• Las uniones estrechas impiden el paso de
sustancias entre células ya q el espacio
y que p
intercelular se obtura

14

2. UNIONES ADHERENTES O DESMOSOMAS EN BANDA
Las membranas de células adyacentes se unen mediante proteínas
cadherinas en la cara extracelular En la cara intracelular la caterina se
extracelular.
unen a filamentos de actina
Entre las membranas queda un
espacio de 30-40 nm
Ej. células epiteliales
del intestino
Uniones estables y resistentes
No impiden el trasiego de
sustancias pero tampoco lo
p p
facilitan Biología 2º Bachillerato SAMER 15

3.DESMOSOMAS PUNTIFORMES
Funcionan a modo de remaches que unen las células fuertemente
La unión se realiza mediante desmogleínas y desmocolinas en la cara
g
extracelular
En la cara intracelular hay un refuerzo llamado placa desmosomal a la
que se unen filamentos intermedios del citoesqueleto
En el desmosoma las membranas
de separan ligeramente
Frecuentes en los epitelios
cuyo p pe también es
papel bé
establecer uniones estables
entre células.

4. UNIONES DE HENDIDURA O TIPO GAP (COMUNICANTES)

Estructuras que permiten la conexión directa entre citoplasmas de células
adyacentes.
Permite el paso de iones y moléculas pequeñas entre células vecinas, por lo que
P it l d i lé l ñ t él l i l
acoplan las respuestas eléctricas y la actividad metabólica de las células que comunican.
Ej.:en
Ej :en el corazón acopla y sincroniza la
contracción o en la musculatura lisa del
útero
La estructura conexón está formada por Conexinas
la asociación de seis proteínas
transmembranales llamadas conexinas
que forman un canal de comunicación Espacio
de 2 nm entre las células intercelular

Conexones de células adyacentes
conectados Membrana
No asociadas a citoesqueleto asociado Bachillerato SAMER
Biología 2º 18
Citosol

ESPECIALIZACIONES DE MEMBRANA
• En los diferentes polos de una célula existen diferentes tipos de uniones

19

MICROVELLOSIDADES (Ej. células epitelio intestinal)
Aparecen en la cara libre de las células (luz intestinal) o polo apical

La superficie de la membrana se proyecta en delgadas prolongaciones
citoplasmáticas recubiertas por membrana

Dimensiones: 0 6-0 8 micras de longitud por 0 1 micras de diámetro
0.6 0.8 0.1

Al MO aparecen como una chapa estriada (epitelio de revestimiento
p )
monoestratificado con chapa)

Estabilizadas internamente por microfilamentos estables del citoesqueleto

Muy numerosas por célula (hasta 3000)

Aumentan considerablemente la superficie de absorción

También aparecen en epitelio vesícula biliar, útero, hepatocitos, etc.

No deben
N d b confundirse con cilios d l cara lib d algunas células que tienen
f di ili de la libre de l él l i
función de movilizar el medio extracelular (ej. Epitelio tracto respiratorio) 20

MICROVELLOSIDADES estabilizadas por
citoesqueleto interno.
interno

21

ESPECIALIZACIONES DE MEMBRANA
Polo apical

Cilios
Microvellosidades

Tráquea

ral
Polo later
P
Polo basal

2.LAS MEMBRANAS CELULARES
- Composición y estructura
p

- Funciones

- Mecanismos de transporte a través de membrana


MEMBRANA PLASMÁTICA
Es una delgada lámina de 75 Å de espesor que envuelve
completamente a la célula y la separa del medio externo
p p
⇔ componente constante de todas las células:

Delimita el medio extracelular del intracelular
Co o el
Controla e transporte de moléculas a su través
spo e o écu s vés
otras funciones
EL DESCUBRIMIENTO DE LA MEMBRANA:

Detectada indirectamente por Nägeli y Kramer (1855) ⇒ algunos hongos son
impermeables a determinados pigmentos ⇔ deducen que existe una barrera
entre el exterior y el interior celular.


COMPOSICIÓN MOLECULAR DE LA MEMBRANA

1. LÍPIDOS:
- Carácter anfipático
- Forman bicapa lipídica que es la base la de estructura
- Son:
- lí id complejos
lípidos l j
- ácidos grasos
- colesterol
- Se distribuyen de forma asimétrica
- Aportan fluidez

2. PROTEÍNAS:
- Confieren funciones específicas a cada membrana y son
características de cada especie
- Presentan diferentes colocaciones en la bicapa lipídica
- La mayoría son globulares


3. GLÚCIDOS:

-La mayoría son oligosacáridos unidos covalentemente a las proteínas
(glicoproteínas) o a los lípidos (glicolípidos)
-Se distribuyen de forma asimétrica; sólo en la cara externa
-Constituyen la cubierta celular o glucocálix que forma un manto de
naturaleza glucídica en la cara externa
t l l ídi l t
-Aparece en todos los tipos celulares pero es especialmente abundante en
algunas células (leucocitos, nerviosas, etc)
-Confieren a la membrana muchas funciones:
1. Protege a la superficie celular de lesiones
2. Relaciona a la célula con moléculas de la matriz extracelular
3. Confiere viscosidad facilitando mov. ameboide
4. Da especificidad celular (ABO y MN)
5. Interviene en procesos de reconocimiento celular y diferenciación
p
celular (desarrollo embrionario)
6. Reconocimiento y fijación de moléculas a transportar por endocitosis


Lípidos de Membrana ⇔ función estructural

Forman parte de las membranas biológicas
Aparecen en distinta proporción según las membranas
Membrana plasmática
Envuelta nuclear
Orgánulos energéticos:
Mitocondrias
Cloroplastos
Cl l t
Sistemas de endomembranas:
Retículo endoplasmático
Aparato de Golgi
Lisosomas (G. M. Helmkamp
(G M Helmkamp, Jr)
Vacuolas Biología 2º Bachillerato SAMER 28
Microbody CALASANZ Javier Sánchez Píriz

Tipos de lípidos de membrana:
Ti d lí id d b

1. Lípidos complejos
- Glicerofosfolípidos
- Esfingofosfolípidos
- Gliceroglicolípidos
- Esfingoglicolípidos
2. Ácidos grasos
3.
3 Colesterol
C l t l

Todos ellos son anfipáticos y están unidos por Fuerzas de Van der Waals
y otras interacciones débiles

Presentan relativa movilidad entre ellos, lo que se traduce en fluidez de
q
la bicapa

La fluidez es necesaria para realizar muchas funciones celulares

Movements of Phospholipid Molecules Within Membranes


La fluidez de la membrana depende del movimiento relativo entre sus
moléculas..VIDEOS CORTOSFluidez membrana.mpg

Los factores que influyen en la fluidez son:
1. La temperatura
2.
2 Naturaleza de los ácidos grasos (cadenas cortas e insaturadas)
3. Colesterol (se dispone con el grupo OH próximo a la zona hidrófila de la
bicapa). A altas Tª interfiere con el movimiento de los fosfolípidos y a
bajas
b j Tª separa las colas hidrófobas f ili su movilidad. R l l
l l hid óf b facilita ilid d Regula la
fluidez. Sólo presentes en células animales; las vegetales tienen otros
esteroles con funciones similares. Inexistente en bacterias.

Las células presentan mecanismos de adaptación homeoviscosa para
mantener la fluidez de la membrana


The Effect of Unsaturated Fatty
Acids on the Packing of Membrane
Lipids


LAS PROTEÍNAS DE MEMBRANA

La mayoría son de conformación globular en α-hélice

Colocadas de forma asimétrica en la bicapa

Específicas para cada especie y cada tipo celular

Realizan numerosas funciones

Poseen movimientos de difusión lateral y cambio de bicapa

Se clasifican en función de su situación a la bicapa:
-Integrales (intrínsecas): se extraen con dificultad (adición de
detergentes); Integradas en la bicapa. Pueden ser: transmembranales, de
g ); g p ,
cara externa o interna.
-Periféricas (extrínsecas): se extraen con facilidad (adición ácidos o
bases). No integradas en la bicapa.

Los criterios experimentales (tratamientos para su aislamiento) utilizados
distinguen las proteínas de la membrana en dos tipos: proteínas integrales o
intrínsecas y proteínas periféricas o extrínsecas.

Las proteínas integrales constituyen aproximadamente el 70-80% de las
proteínas totales de la membrana, entre las cuales hay receptores, enzimas,
transportadores, proteínas antigénicas, etc. Di h proteínas se encuentran
d í i é i Dichas í
integradas en la bicapa y están implicadas junto con los lípidos en constituir
la matriz estructural de la membrana. Su estabilidad depende de su
interacción con los lípidos, pudiendo adoptar cuatro posiciones distintas.

Las proteínas periféricas son altamente solubles y se encuentran unidas a
p p
la membrana por unión específica con una proteína integral (iónicamente o p
de H) o a lípidos (covalentemente); su función depende de esta unión. A este
grupo pertenecen ciertos enzimas que para ejercer su acción necesitan
interaccionar con la membrana, aunque eventualmente puedan estar libres (o
sea, sin actividad o con una actividad diferente).


The Main Classes of Membrane Proteins


Singer y Nicholson (1972) postulan el
modelo de mosaico fluido.
(modelo actualmente vigente). Postulados (tres):

1. En la configuración de la bicapa intervienen prácticamente sólo los lípidos,
interaccionando independientemente sus zonas polares y no polares y, a su vez,
los grupos polares directamente con el entorno acuoso.

2. Las proteínas, en configuración globular, interaccionan con los lípidos o
entre sí integrándose en la bicapa, de acuerdo con sus posibilidades de
interacción.
i t ió

3. Los lípidos y las proteínas integrales se hallan dispuestas en forma de
mosaico y mantienen constantes movimientos

4. Estos movimientos moleculares se traducen en fluidez (capacidad de
deformación)

5. Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución de
todos sus componentes, especialmente, proteínas y glúcidos

FUNCIONES DE LA MEMBRANA
Mantener una permeabilidad selectiva, mediante el control de paso de sustancias entre
el exterior y el interior.

Producir, modular y conservar gradientes electroquímicos entre uno y otro lado de la
membrana.

Recibir y transmitir señales.

Controlar el desarrollo y la división celular.

Permitir una disposición topológica adecuada de moléculas funcionalmente activas
(antígenos de histocompatibilidad, anticuerpos, etc).

Delimitar espacio intracelular y extracelular

Delimitar compartimentos intracelulares (citoplasma, nucleoplasma e interior de los
orgánulos membranosos

Catalizar reacciones químicas (f f il i
C li i í i (fosforilaciones oxidativas, f
id i fase l í i f
lumínica fotosíntesis…)
í i )

Permeabilidad celular
Es fundamental para la biología de la célula y para el mantenimiento de las condiciones
fisiológicas intracelulares adecuadas, pues condiciona la entrada de ciertas sustancias,
muchas de las cuales son necesarias para mantener los procesos vitales y las síntesis de
nuevas sustancias celulares, y regula la salida de agua y de productos d excreción, que
t i l l l l lid d d d t de ió
deben ser eliminados de la célula.

La presencia de una membrana establece una clara diferencia entre líquido intracelular
y líquido extracelular. En los organismos unicelulares, el líquido extracelular es el agua
dulce o salada. En los organismos multicelulares ⇒ líquido interno (sangre, la linfa y
líquido intersticial) que se halla en contacto con la superficie externa de la membrana
celular.

Cada molécula o ión en función de su carácter polar/apolar carga eléctrica tamaño etc
ión, polar/apolar, eléctrica, tamaño, etc.
presenta un comportamiento diferente frente a la bicapa lipídica.

Solamente pueden atravesar la bicapa lipídica algunas moléculas polares, el agua y los
p p p g p , g
gases por difusión

La bicapa es impermeable al resto de las moléculas. Son necesarios mecanismos de
p p
transporte, casi siempre, mediados por proteínas

Figure 8-1 Transport Processes Within a Composite Eukaryotic Cell


(G. M. Helmkamp, Jr)


MECANISMOS DE TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANA


DIFUSIÓN SIMPLE PASIVA
1.
1.- El soluto sale de la fase acuosa y entra
en la región hidrofóbica de la membrana.
Modificación por la 2.
2 - El soluto atraviesa la bicapa lipídica
lipídica.
presencia de una membrana
3.- Deja la fase lipídica y entra en la otra
fase acuosa
acuosa.

Ya Overton, a finales del siglo pasado, comprobó que las sustancias que se disuelven en
los lípidos pasan con mayor facilidad al interior de la célula (Ej. Etanol)
Collander y Barlund, con células de Chara, demostraron que la velocidad de
penetración de las sustancias depende de su solubilidad en los lípidos y de su tamaño
molecular. Cuanto más solubles son, más rápidamente penetran, y a igual solubilidad en
lípidos, las moléculas más pequeñas penetran con mayor velocidad.
Sólo para moléculas pequeñas relativamente hidrofóbicas: gases (O2, CO2,), polares
sin carga (H2O etanol) e hid fóbi
i (H2O, t l) hidrofóbicas (b(benceno))
Se produce sin gasto energético y a favor de gradiente
No intervienen proteínas. Es el mecanismo más simple
Es la ósmosis para el agua (fenómenos osmóticos)
No válido para iones, glucosa, etc. Necesitan transportadores 42

Figure 8A-1 Responses of Animal and Plant Cells to Changes in Osmolarity

43

DIFUSIÓN FACILITADA
Válida para moléculas más grandes polares (glucosa) y moléculas cargadas
eléctricamente e iones ya que no pueden difundir a través de la bicapa

Puede ser a favor de gradiente (sin gasto energético) o en contra (con gasto)

Intervienen proteínas transportadoras que puede ser:
I i í d d
1. Proteínas transmembranales: a las que se les une la molécula a transportar
de forma específica; sufre un cambio conformacional que las transporta al
otro lado de la bicapa y son liberadas. Especificidad
2. Canales proteicos: formados por la asociación de varias proteínas
transmembranales que forman un poro o canal por donde circula la molécula
q p p
a transportar de forma específica y sin entrar en contacto con la región
hidrófoba de la bicapa.
Apertura permanente.
Apertura regulada:
Regulada por ligandos.
Regulada por voltaje
voltaje.

Así se transportan azúcares (glucosa) aminoácidos nucleósidos, etc.
(glucosa), aminoácidos, nucleósidos etc


2. Dif ió facilitada
2 Difusión f ilit d por canales proteicos
l t i

- Cinética lineal TIPOS:
- Selectividad por diámetro 1. Canales no activables
– Abiertos
2 Canales de apertura regulada: activados
2.
por ligando
– Apertura en respuesta a la unión
de pequeñas moléculas
3. Canales de apertura regulada: activados
por potencial
– Se abren cuando se produce un
cambio en el potencial de
membrana.
b

- Hasta 1 millón de iones por segundo

CANALES IÓNICOS: EL TRANSPORTE DE LOS IONES

La difusión pasiva de los iones depende de los gradientes de concentración y eléctrico.

La difusión de iones a través de membranas plantea problemas diferentes y difíciles,
puesto que no sólo depende del gradiente de concentración sino también del gradiente
eléctrico presente en el sistema.

Los canales iónicos con gasto de ATP crean gradientes electroquímicos de membrana
que después son aprovechados por moléculas cargadas para viajar a favor de gradiente
eléctrico (sin gasto energético)

Aunque existen en todas las células están especialmente caracterizados en células
nerviosas y musculares, donde son los responsables de la transmisión de las señales
eléctricas.
eléctricas

Son extraordinariamente rápidos (un millón por s), altamente específicos y tienen
regulación (por ligando o voltaje)

En muchos casos requieren gasto energético (ATP)

Estudiados por Hodking y Huxley en el calamar gigante (1952)

Canal iónico: Bomba Na-K (gasto de ATP)
..VIDEOS CORTOSBomba Na-K mov
VIDEOS Na-K.mov

48

Transporte en masa
La célula posee mecanismos más o menos complejos para regular el transporte
en masa de líquidos y de partículas cuyo tamaño les impide atravesar la membrana
celular. El tamaño de las partículas va desde macromoléculas hasta células
enteras
t

El transporte en masa permite la entrada y salida de sustancias a través de la
membrana plasmática por invaginación o por evaginación

Implica una inversión de membrana
p

Implica pérdida o ganancia de membrana: deben estar acompasados

Puede ser:
1.Exocitosis/Endocitosis/Transcitosis
2.
2 Fagocitosis/Pinocitosis

Pueden estar mediadas por receptores o no

Interviene el citoesqueleto para provocar las deformaciones celulares. Gasto ATP
49

Endocitosis:
captación en masa de sustancias por parte de la membrana celular, mediante la
formación de una vacuola. El tamaño de la vacuola varía con el de la sustancia
vacuola
Pinocitosis:
Formación de pequeños conductos en la membrana celular y liberación en el
citoplasma d pequeñas vacuolas o pinosomas. S h
i l de l i Se han visto al microscopio
i l i i
electrónico. Estos pinocitos se han detectado en varias células (en músculo no se
han encontrado). En células radicales vegetales se han encontrado imágenes
semejantes aunque d d
j t dudosas.

Fagocitosis:
Fagocitos libres (leucocitos neutrófilos de la sangre) o sésiles (epitelios)
(epitelios).
La ingestión de partículas desemboca en la formación de un fagosoma por
invaginación de la membrana celular. Se unen al fagosoma muchos lisosomas
cuyos enzimas hidrolíticos pasan al fagosoma
fagosoma.
La fagocitosis tiene una gran importancia en los procesos digestivos y en los
mecanismos de defensa de microorganismos y sustancias tóxicas. Presentan
fenómenos quimiotáxicos muy claros que los hacen acercarse a las células dañadas
o infectadas.


(
(cnice)
)

(cnice.mecd.es )
52

La exocitosis es un proceso similar a la endocitosis; tiene por finalidad la
expulsión de sustancia intracelulares contenidas en vesículas o no
La transcitosis supone una endocitosis seguida de una exocitosis; permite
que una sustancia atraviese todo el citoplasma (células endotelio capilares
sanguíneos)..VIDEOS CORTOSFagocitosis mov
sanguíneos) VIDEOS CORTOSFagocitosis.mov

53

TRANSCITOSIS
• Endocitosis seguida de Exocitosis: Vesícula transportada sin modificar su
contenido
• Proceso muy frecuente en las células endoteliales

Biología 2º Bachillerato SAMER CALASANZ 54
Javier Sánchez Píriz

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