Las membranas celulares definen los límites de las células y separan los compartimientos internos. Están formadas por una bicapa lipídica con proteínas embebidas. Permiten el paso selectivo de iones y moléculas a través de proteínas transportadoras o por difusión. Cumplen funciones como exclusión de sustancias, transducción de señales y metabolismo celular.

1. Membranas

2. Generalidades Definen los límites externos de las células y separan compartimientos dentro de ellas de composición distinta. Una membrana típica está formada por dos capas de moléculas de lípidos y muchas proteínas embebidas en ella. La bicapa lipídica de las membranas biológicas tiene una baja permeabilidad para la mayoría de las moléculas biológicas e iones. La mayoría de los iones y otros solutos cruzan a través de las membranas celulares y controlan funciones eléctricas y metabólicas.

3. Funciones biológicas Exclusión de ciertos iones tóxicos y moléculas de la célula La acumulación de nutrientes La transducción de energía La locomoción (movimiento) celular Reproducción Procesos de transducción de señales Interacción con otras moléculas y células vecinas

4. Concentración de iones libres y potenciales de equilibrio de las células músculo esqueléticas de mamífero. Los potenciales de equilibrio fueron calculados para 37 ºC asumiendo un potencial de -90 mV para el potencial de reposo de la membrana de las células musculares. El radio iónico relativo se indica en la parte superior.

5. Lipid composition of the plasma membrane and organelle membranes of a rat hepatocyte. The functional specialization of each membrane type is reflected in its unique lipid composition. Cholesterol is prominent in plasma membranes but barely detectable in mitochondrial membranes. Cardiolipin is a major component of the inner mitochondrial membrane but not of the plasma membrane. Phosphatidylserine, phosphatidylinositol, and phosphatidylglycerol are relatively minor components (yellow) of most membranes but serve critical functions; phosphatidylinositol and its derivatives, for example, are important in signal transductions triggered by hormones. Sphingolipids, phosphatidylcholine, and phosphatidylethanolamine are present in most membranes, but in varying proportions. Glycolipids, which are major components of the chloroplast membranes of plants, are virtually absent from animal cells.

7. Distribución asimétrica de lípidos en la membrana.

14. Distribución asimétrica de fosfolípidos y glicolípidos

15. Monocapas y micelas Lípidos anfipáticos, forman de manera espontánea una gran variedad de estructuras cuando se añaden a una solución acuosa. Todas estas estructuras se forman para minimizar el contacto entre las cadenas hidrofóbicas y el medio acuoso. Muy pocas moléculas lipídicas se encuentran como monómeros en solución

24. Phospholipids can be “flipped” across a bilayer membrane by the action of flippase proteins. When, by normal diffusion through the bilayer, the lipid encounters a flippase, it can be moved quickly to the other face of the bilayer.

26. Modelo de mosaico fluido

28. Clases de proteínas membranales Podemos clasificar en tres clases a las proteínas basándonos en su modo de asociación: Proteínas integrales de membrana Proteínas periféricas de membrana Proteínas ancladas a lípidos en la membrana

29. Diagram of how various classes of proteins associate with the lipid bilayer . Integral (transmembrane) proteins span the bilayer. Lipid-anchored proteins are tethered to one leaflet by a long covalently attached hydrocarbon chain. Peripheral proteins associate with the membrane primarily by specific noncovalent interactions with integral proteins or membrane lipids. Farther from the membrane are membraneassociated proteins including the cytoskeleton, extracellular matrix in animal cells, and cell wall in plant and bacterial cells (not depicted). Carbohydrate chains are attached to many extracellular proteins and to the exoplasmic domains of many transmembrane proteins.

30. Proteínas de membrana ancladas a lípidos

32. Maneras en que se asocian las proteínas de membrana con la bicapa lipídica : (1)Una simple α -hélice, (2) como múltiples α -hélices, o (3) como una lámina- β enrrollada ( β-barril ), (4) algunas están ancladas a la superficie de la cara citosólica por una α -hélice particionada dentro de la monocapa citosólicade la bicapa lipídica a través de la cara hidrofóbica de la hélice, (5) otras están ancladas la bicapa solamente por un enlace covalente a una molécula lipídica de la membrana, (6) o por un enlace a un oligosacárido o fosfatidilinositol en la monocapa nocitosólica. (7 y 8) Finalmente, muchas proteínas están ancladas a la membrana por interacciones no covalentes, con otras proteínas membranales

33. Peripheral, integral, and amphitropic proteins. Membrane proteins can be operationally distinguished by the conditions required to release them from the membrane. Most peripheral proteins are released by changes in pH or ionic strength, removal of Ca 2+ by a chelating agent, or addition of urea or carbonate. Integral proteins are extractable with detergents, which disrupt the hydrophobic interactions with the lipid bilayer and form micelle-like clusters around individual protein molecules. Integral proteins covalently attached to a membrane lipid, such as a glycosyl phosphatidylinositol (GPI; see Figure 11-14), can be released by treatment with phospholipase C. Amphitropic proteins are sometimes associated with membranes and sometimes not, depending on some type of regulatory process, such as reversible palmitoylation.

34. Transporte La membrana separa a la célula físicamente de su entorno. En las células eucarióticas las membranas rodean varios compartimientos (organelos) Permeabilidad de las moléculas a la bicapa Moléculas hidrofóbicas (liposolubles) y moléculas pequeñas no cargadas difunden libremente. La matriz hidrofóbica del nucleo de la membrana es casi impermeable a la mayoría de las especies cargadas o polares

37. Tipos de transporte

38. ...Transporte

40. Difusión simple Gases no polares Moléculas hidrofóbicas Hormonas Lípidos Vitaminas Fármacos De mayor a menor concentración (gradiente)

42. Ósmosis Flujo de agua a través de una membrana plasmática Movimiento neto del agua, del compartimiento de menor a mayor concentración

43. Permeabilidad selectiva Diferencia [ ] ambos lados membrana Membrana relativamente permeable al soluto Solutos membrana Movimiento del agua De mayor a menor [ soluto ] osmóticamente activos

44. Presión osmótica Fuerza necesaria para evitar la ósmosis Indica la fuerza con la que la solución extrae agua hacia ella por ósmosis. A mayor [ soluto ] – mayor presión osmótica

45. Ley de Van´t Hoff

46. Osmolalidad (Osm) Presión osmótica depende de la [soluto] y del solvente no de la naturaleza química de las moléculas del soluto

48. Medición osmolalidad Plasma y líquidos biológicos Moléculas orgánicas y electrolitos Punto de congelación de una solución Descenso del punto de congelación (crioscópico) 1 mol de soluto Bajo punto congelación Agua 1.86 ⁰C

49. Tonicidad

50. Transporte facilitado por proteínas Lo utilizan moléculas hidrofílicas y pequeñas moléculas cargadas (iones) Tipos de proteínas transportadoras Acarreadores Permeasas Translocadores

51. Transporte mediado por acarreadores Moléculas Glc – transpoprte prot. Acarreadoras A favor gradiente de [ ] – pasivo => Difusión facilitada En contra gradiente de [ ] – activo => consume energía metabólica Función: Mantenimiento del metabolismo Captación moléculas orgánicas medio extracelular Moléculas Grandes Polares No atraviesan membrana por difusión simple

52. Proteínas transportadoras Características enzimáticas Especificidad Competencia Saturación Mayor Velocidad => [ ] hasta un máximo Transporte máximo … Transporte mediado por acarreadores

53. Difusión Facilitada

55. 1 2 3 4 Passive and active transport protein function. The protein binds its specific substrate and then undergoes a conformational change allowing the molecule or ion to be released on the other side of the membrane. Cotransporters have specific binding sites for each transported species.

57. Transporte activo (primario)

58. Bomba Na/K

59. Transporte activo secundario

63. Transporte Masivo Pinocitocis Endocitosis Exocitosis

64. Transducción de señales