Permeabilidad Celular (Prof. Jimena Lens)

1. La membrana celular
La membrana celular funciona como una barrera semipermeable.
Los fosfolípidos tienen una cabeza
hidrofílica y dos colas hidrofóbicas y
por eso forman una bicapa.
Las moléculas más comunes en
ella son los fosfolípidos (50% de
la masa de la membrana son
lípidos).
Hay aproximadamente 5x109
moléculas de lípidos por um2

2. En la bicapa, los fosfolípidos están alineados “cola a cola”.
Las zonas no polares forman una región hidrofóbica entre
las cabezas hidrofílicas que apuntan hacia uno y otro lado
de la membrana.

3. La bicapa lipídica le da a la membrana características de fluido. A
temperaturas bajas, la bicapa está en un estado tipo “gel” con los
lípidos muy empaquetados. A temperaturas más altas la bicapa
es más fluida, lo que permite que las moléculas se desplacen
(difundan) y roten.
Figura de Wolfe S.L., Molecular and Cellular Biology, Wadsworth Publishing Company,
1993.

5. Las membranas aíslan distintas regiones y poseen la
misma estructura, teoria de la unidad de membrana.
Animal cell
From http://www.biosci.uga.edu/almanac/bio_103/notes/may_15.html.

6. Membrana celular

7. Un poco de historia
En 1930's-40's, Danielli y Dawson estudiaron las bicapas lipídicas
sobre una superficie acuosa. Encontraron que se organizaban
espontáneamente formando “gotas” con las cabezas polares
apuntando hacia fuera. La tensión superficial de las gotas era
mayor que la de las células, pero la misma disminuía si se
agregaban proteínas. En ese caso las membranas se
“achataban”.

8. Interior de la membrana que muestra todas sus “irregularidades”,
las que corresponden a proteínas que se encuentran insertas en
ella.
La membrana es asimétrica. Está compuesta por distintos tipos
de lípidos (fosfolípidos y colesterol), glúcidos (glucoproteínas
o glucolipidos). Algunos están siempre de uno de los lados.

9. Todas las membranas contienen proteínas y lípidos en
proporciones que dependen de la membrana de que se trate:
•La mielina, que aísla fibras nerviosas, contiene 18% de proteína y
76% de lípidos.
•La membrana interna de las mitocondrias contiene 76% de
proteína y 24% de lípidos.
•La membrana plasmática de los glóbulos rojos de los humanos
contienen 44.5% de proteínas y 43.5% de lípidos.
An electron
micrograph of myelin

10. La membrana es una barrera para el paso de iones o moléculas
polares.
El transporte de iones inorgánicos
y de moléculas pequeñas solubles
en agua se lleva a cabo a través de
proteínas especializadas..

11. Las proteínas transmembranales atraviesan la membrana de un
lado a otro.
Este transporte es llevado a cabo por proteínas
transmembranales.
Las proteínas de membrana pueden rotar o difundir
lateralmente (muy muy lentamente) en la membrana.
Las células pueden confinar algunas proteínas de membrana a
regiones específicas.

12. No todas las proteínas membranales atraviesan las membranas
de lado a lado, estas son llamadas proteínas periféricas.
Las proteínas transmembranales (integrales) tienen regiones
hidrofóbicas y otras hidrofílicas.

13. La existencia de membranas permite:
•La segregación de sustancias
•La existencia de altas concentraciones de ciertas sustancias en
regiones específicas
•La existencia de gradientes de concentraciones que pueden
ser usados como fuente de energía.
Si bien las células son globalmente neutras, puede haber un
pequeño desbalance de carga sobre las superficies de la
membrana, siendo positiva externamente y negativa
interiormente.
La aislación tiene sus aspectos positivos, pero la célula
necesita pasar sustancias (hidrofílicas) a través de la
membrana. Esta tarea es usualmente llevada a cabo por las
proteínas transmembranales.

14. Composición del liquido corporal

16. Concepto de gradiente de potencial
químico.
• En la célula, como en todo organismo vivo, se producen
intercambios de energía y materia. Este “flujo” es la
cantidad de materia transportada por unidad de área y
por unidad de tiempo. Todo flujo se produce por acción de
una fuerza impulsora. Imaginemos una casa con un techo a
dos aguas y una persona subida al techo que, para
limpiarlo, deja caer agua por uno de sus planos inclinados.
Como el techo se encuentra a cierta altura respecto del
suelo, la atracción gravitatoria hace que el agua descienda.
Esa capacidad del agua de desplazarse en estas
condiciones se denomina potencial.

17. Entonces…….
• ¿Qué sucedería si el techo tuviera la misma altura, pero en
un plano mucho menos inclinado? En ambos casos, la
energía potencial inicial, dada por la altura, es la misma,
pero en el techo dependiente más suave, la energía
potencial disminuye más lentamente a medida que nos
alejamos del punto más alto del techo. Esto nos permite
introducir el concepto de gradiente, que indica cuán
rápido varía el potencial entre un punto y otro del espacio
y la dirección en que se produce el cambio más brusco. En
los procesos de transporte en la membrana biológica, la
fuerza impulsora natural es un gradiente de potencial
químico..

18. En resumen….
• En un sistema a presión y temperatura constante,
el potencial químico de cada componente
dependerá de la concentración individual,
entonces:
• Mayor concentración, mayor potencial químico
• Cuando la especie química tiene carga (iones), el
potencial del movimiento se llama potencial
electroquimico.
• Estos conceptos nos introducen al transporte de
sustancias a través de la membrana celular.

20. De que depende la permeabilidad?
• Polaridad: Mientras menos polar (mas
hidrófoba) pasara con mas facilidad.
• Tamaño: Mas pequeña mejor.
• Carga: Los iones no pueden atravesar la
MC debido a su carga eléctrica.

24. Difusión
• Desde zonas de mayor concentración hacia
zonas de menor concentración SIN GASTO
DE ENERGIA.
• La velocidad dependerá del gradiente
potencial químico ( de la diferencia de
concentración a ambos lados de la MC)

26. Transporte Activo.
• Se produce en CONTRA de un gradiente de
concentración o electroquímico, de zonas
me menor concentración a zonas de mayor
concentración, CON GASTO DE
ENERGIA, por lo que requieren de
proteínas transportadoras integrales.

31. Tipos de Soluciones:
• Isotónica: Ambas soluciones, separadas por la MC,
tienen el mismo potencial hídrico y por ende
osmótico. El agua pasa en igual proporción en ambos
sentidos.
• Hipertónica: Una solución presenta mayor potencial
osmótico y menor potencial hídrico con respecto a
otra separada por la membrana. Por lo que existe un
pasaje de agua hacia la solución hipertónica.
• Hipotónica: Es cuando una solución de menor
potencial osmótico y mayor potencial hídrico se
relaciona a través de una membrana, por lo que existe
pasaje de agua desde la solución hipotónica a la
hipertónica.

35. Conclusiones….
• Estas fotografías corresponden a eritrocitos colocados a
distintas concentraciones de una solución de NaCl. El
primer cuadro muestra a los glóbulos rojos en
condiciones normales al estar en una solución de NaCl al
9 por mil (solución fisiológica que es isotónica con el
medio intracelular).
• El cuadro dos, corresponde a una solución de NaCl
superior al 9 por mil, por lo tanto hipertónica respecto al
medio intracelular provocando plasmólisis (eritrocitos
crenados).
• El tercer cuadro corresponde a una solución de NaCl
inferior al 9 por mil, es decir hipotónica respecto del medio
interno celular, provocando la turgencia de los eritrocitos y
su ruptura denominada hemólisis.

43. Bomba de Sodio potasio ATPasa
• En el modelo de la bomba sodio-potasio,
• (a). Un ión Na+ proveniente del citoplasma se inserta con
precisión en la proteína de transporte.
• (b). Luego, una reacción química que involucra al ATP une un
grupo fosfato (P) a la proteína, liberándose ADP (difosfato de
adenosina). Este proceso da como resultado:
• (c). Un cambio en la conformación de la proteína que hace que
el Na+ sea liberado afuera de la célula.
• (d). Un ión K+ en el espacio extracelular se inserta en la
proteína de transporte, que en esta conformación ofrece una
mejor acopladura para el K+ que para el Na+.
• (e). El grupo fosfato luego se libera de la proteína, induciendo la
conversión a la otra forma, y el ión K+ es liberado en el
citoplasma.
• (f) Ahora, la proteína está lista una vez más para transportar a+

45. Intercambio a través de vesículas.