BCI- Tema 7. Compartimentación celular PDF

Preview

Summary

Aquí está el tema de compartimentación celular, con todo detalle. ...

Description

Tema 7. Compartimentación celular Compartimentación de la célula eucariota: Principales compartimentos de la célula animal Se divide en dos compartimentos principales divididos por membranas, la presencia de estos compartimentos indica que se trata de una célula especializada y que realiza diferentes funciones.  Citoplasma es todo el contenido celular que se encuentra entre la membrana plasmática y el núcleo.  Citosol es el contenido del citoplasma con exclusión de todos los orgánulos limitados por membrana, y los elementos del citoesqueleto.

La compartimentación de la célula eucariota

Observamos que el número aproximado por célula de vesículas del ER rugoso es solamente uno, y esto es así porque el interior de las cisternas del retículo está comunicado entre sí formando un solo compartimento. En número aproximado por célula de vesículas del ER liso y de Golgi no pone nada porque forman, junto con el rugoso, un único compartimento.

Membranas celulares Las membranas celulares son estructuras que posibilitan que existan diferentes compartimentos celulares, con diferentes funciones. Por ejemplo, para la célula dos compartimentos pueden ser el ambiente extracelular y el ambiente intracelular, siendo la membrana celular la estructura que regula el paso de sustancias entre estos dos compartimentos. Definiremos membrana celular como una delgada lámina de una doble capa de moléculas lipídicas y proteínas asociadas, que rodea a todas las células y a muchos orgánulos de las células eucariotas.

Estruc Estruc ructur tur turaa d de e la m mem em embran bran branaa Toda membrana lipídica, observada a microscopía electrónica, presenta una estructura trilaminar. Esta estructura trilaminar es realmente una bicapa lipídica, compuesta por lípidos y proteínas. Singer y Nicholson, en 1972, apuntaron que la membrana plasmática, constituida por lípidos, proteínas y glúcidos, es una estructura fluida – y no rígida, como se había propuesto hasta entonces – que permitía el movimiento de las proteínas embebidas o asociadas a la bicapa lipídica. Propusieron así un modelo, conocido como modelo del mosaico fluido, vigente en la actualidad.

Com Composi posi posició ció ción n quí químic mic micaa d de e las m me emb mbran ran ranas as y funcio uncione ne ness de las dist distint int intas as bi bio omolé moléccula ulass  Lípidos (25-40%), sus principales funciones son: o Estructural o Semipermeabilidad o Separan medios acuosos con diferente concentración química. Se denomina fosfolípido a cualquier lípido de membrana que tenga un grupo fosfato en su estructura, y glucolípido a cualquier lípido de membrana que presente un grupo azucarado en su estructura.  Proteínas (25-75%) de tipos transmembranales, periféricas internas y periféricas externas, cuyas funciones son: o Transportadoras o Canales o Receptores o Enzimas o Estructurales (unidas al citoesqueleto y/o matriz extracelular)  Glúcidos (2-10%), los cuales se encuentran unidos tanto a lípidos (glucolípidos) como a proteínas (glucoproteínas). Funciones: o Reconocimiento celular y molecular o Identidad celular o Lubrificación o Adhesión celular

Pri Principa ncipa ncipales les ttipos ipos de molé olécula cula culass lilipí pí pídicas dicas een n me membr mbr mbraanas ce celular lular lulares es Se clasifican según su biosíntesis:  Fosfoglicéridos: derivan del glicerol-3-fosfato. Son los lípidos más abundantes en las membranas: fosfatidilserina, fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina.  Esfingolípidos: derivan de la esfingosina. o Esfingomielina: esfingolípidos que presentan un grupo fosfato en la cabeza. o Glucoesfingolípidos: esfingolípidos que tienen glúcidos en su cabeza.  Esteroles: colesterol.

Com Fosfoglic sfoglic Composi posi posició ció ción n quí químic mic mica: a: Fo glicér ér éridos idos Se denominan también fosfolípidos, es decir, consisten en una molécula de glicerol esterificado con dos ácidos. Las moléculas lipídicas son insolubles en agua pero se disuelven fácilmente en disolventes orgánicos. Constituyen aproximadamente el 50% de la masa de la mayoría de membranas plasmáticas de las células animales, siendo casi todo el resto proteínas. Los tres tipos principales de lípidos de las membranas celulares son los fosfolípidos, el colesterol y los glucolípidos. Los tres tipos son anfipáticos, es decir, tienen un extremo hidrofílico (polar) y un extremo hidrofóbico (no polar). Las colas de los fosfolípidos pueden ser de diferentes longitudes (normalmente de 14 a 24 átomos de carbono) y normalmente una de ellas presenta uno o más dobles enlaces cis (es decir, es insaturada) mientras que la otra normalmente no tiene dobles enlaces (es decir, es saturada), confiriéndole a la membrana viscosidad. Tal y como se aprecia en la figura, cada doble enlaces cis genera una curvatura suave en la cadena, haciendo así que se trate de una membrana fluida. Dicha diferencia entre longitud y el grado de saturación en las colas son importantes ya que afectan a la capacidad de las moléculas de fosfolípidos a empaquetarse las unas con las otras y por tanto afectan a la fluidez de la membrana.

Es la naturaleza anfipática de las moléculas lipídicas lo que causa la formación espontánea de bicapas lipídicas en solución acuosa. Cuando las moléculas anfipáticas se encuentran rodeadas por todas partes por un ambiente acuoso, tienden a agregarse de tal manera que sus colas hidrofóbicas se escondan en el interior y sus cabezas hidrofílicas queden expuestas al agua. En un entorno acuoso los fosfolípidos forman espontáneamente bicapas. Además, estas bicapas lipídicas tienden a cerrarse sobre sí mismas formando compartimentos herméticos y eliminando así los bordes libres en los que las colas hidrofóbicas podrían estar en contacto con el agua. Por esta misma razón, los compartimentos formados por bicapas lipídicas tienden a cerrarse de nuevo después de haber sido rotos. Además, los lípidos de la membrana presentan una movilidad limitada:

Com Composi posi posició ció ción n quí químic mic mica: a: G Gllucoe ucoesfi sfi sfingo ngo ngolílílípid pid pidos os Se trata de esfingolípidos con un grupo glucídico en la cabeza. Se distribuyen asimétricamente en las membranas: sólo están en la monocapa externa de la membrana plasmástica y en la monocapa interna de orgánulos como el retículo y el Golgi. La fracción lipídica se sintetiza en el RE y la glucídica se añade en el retículo o el Golgi. Su papel es: protección de la membrana, reconocimiento iónico, molecular y celular.

Com Composi posi posició ció ción n quí químic mic mica: a: Col Colest est ester er erol ol Otro determinante de la fluidez de una membrana es el colesterol. Las membranas plasmáticas de los eucariotas contienen cantidades relativamente elevadas de colesterol. Además de regular la fluidez, se cree que el colesterol aumenta la estabilidad mecánica de la bicapa. Las moléculas de colesterol se orientan en la bicapa con su grupo hidroxilo próximo a las cabezas polares de las moléculas de fosfolípidos; sus anillos esteroides planos y rígidos interactúan – y en parte inmovilizan – con una parte de los grupos apolares de la cola hidrocarbonada, dejando el resto de la cadena más flexible. Aunque de esta manera el colesterol tiende a hacer menos fluidas las bicapas lipídicas, a las altas concentraciones en que se presenta en la mayoría de las membranas plasmáticas de los eucariotas también ejerce efecto de impedir que las cadenas hidrocarbonadas se junten y cristalicen. Cuando la cantidad de colesterol es sobrante en nuestro organismo, este se deposita en las membranas de las células que forman los vasos sanguíneos, impidiendo por tanto la correcta dilatación y contracción del mismo y disminuyendo pues el riego sanguíneo, esto puede provocar demencia senil. Es pues importantísima la dieta que tomemos.

Com Composi posi posició ció ción n quí químic mic mica: a: P Prot rot roteí eí eína na nass Las proteínas de membrana se relacionan con la bicapa lipídica de distintas formas:  Proteínas transmembranales: son aquellas que atraviesan la membrana lipídica. Son anfipáticas, es decir, tienen regiones hidrofóbicas, constituidas por aminoácidos hidrofóbicos, que atraviesan la membrana interaccionando con las colas hidrofóbicas de las moléculas de lípidos del interior de la bicapa, y regiones hidrofílicas que se hallan expuestas al medio acuoso de ambos lados de la membrana.  Las proteínas periféricas son proteínas asociadas a la membrana que no ocupan el interior hidrofóbico de la bicapa lipídica, sino que están unidas a una u a otra cara de la membrana mediante interacciones no covalentes con otras proteínas de membrana, y solo pueden separarse de ellas cuando se ven sometidas a pH extremos y exposición a soluciones de alta o baja fuerza iónica.  Las proteínas integrales son iguales que las periféricas pero no se encuentran en la cara externa, solo en la interna, y no se encuentran asociadas a otras proteínas de membrana sino a la bicapa lipídica. Se pueden separar de la misma rompiendo la bicapa con detergentes o solventes orgánicos.

Tipos funcionales de proteínas de membrana 

Proteínas transportadoras. Se trata de una serie de proteínas que permiten el paso alternamente selectivo de determinadas moléculas o iones.



Proteínas estructurales. Junto con los receptores d, conectan la membrana plasmática con el citoesqueleto, con otra célula adyacente o con la matriz extracelular. Proteínas receptoras. Son proteínas que intervienen en procesos de reconocimiento y adhesión celular. Enzimas. Catalizan reacciones asociadas a la membrana.

 

Proteínas receptoras o

Receptores acoplados a canales iónicos: permiten la entrada de los iones si se les une un sustrato espeífico.

o

Receptores acoplados a proteínas G: Mientras el receptor no se una al ligando los tres permanecen separados. Si llega la sustancia que activa al receptor, este se une a la proteína G activándola, y por consiguiente esta última activa a la enzima.

o

Receptores acoplados a enzimas: La unión de la molécula señal con su correspondiente receptor va a llevar consigo la catálisis de una reacción enzimática.

Proteínas glucosiladas Muchas de las proteínas que están asociadas a la bicapa lipídica se encuentran glucosiladas, es decir, presentan una capa de carbohidratos en la zona situada en el espacio extracelular.

Las células pueden limitar la movilidad de las proteínas de membrana La polaridad funcional de la célula es debida a la limitación de la movilidad: La existencia de esta unión estrecha entre las células debido a su estructura permite que las proteínas que están en la parte apical de la célula no pasen a la basolateral y, tal y como dice la imagen, se favorece de este modo que la célula se polarice estructural y funcionalmente.

Además de la unión estrecha a otra célula o unión hermética, existen otros mecanismos para la limitación de la movilidad de las proteínas:

Func Funcione ione ioness de las me mem mbr branas anas anas::      

Aíslan y relacionan a la célula con el exterior, o al orgánulo con el citosol. Separan medios con distinta composición química. El citosol con el exterior, o el orgánulo con el citosol. Son semipermeables y permiten el transporte de sustancias de un lado a otro de la membrana. Actúan de soporte no aleatorio de enzimas. La membrana plasmática presenta uniones intercelulares. La membrana plasmática permite el reconocimiento celular y molecular mediante receptores.

Biosín Biosínte te tesis sis de las molé olécula cula culass de las me mem mbr braanas:      

Lípidos: retículo endoplasmático. Proteínas transmembranales de membrana plasmática: retículo endopasmático ugoso y modificadas en el Golgi. Proteínas de membranas de mitocondrias, cloroplastos y peroxisomas: ribosomas citosólicos. Proteínas periféricas externas de la MP o periféricas internas de las endomembranas: RER. Proteínas periféricas internas de la MP o periféricas externas de las endomembranas: ribosomas citosólicos. Glucolípidos y glucoproteínas: RER y modificados en el Golgi.

Espe Especial cial cializac izac izacio io ione ne ness su supe pe perrficial ficiales es de la mem membr br brana ana plas plasmát mát mática ica de la célula animal Microvellosidades: prolongaciones de la membrana plasmática, con forma de dedo y en cuyo interior hay microfilamentos de actina, es decir, se trata de estructuras resultantes de las invaginaciones y evaginaciones de la membrana apical de la célula que tienen la función de aumentar la superficie de absorción.  Interdigitaciones: entrantes y salientes de las membranas laterales con los de las células vecinas, es decir, estructuras que se forman por la prolongación de las membranas laterales, que tienen la función de aumentar la superficie de contacto e intercambio entre las células. Su diferencia con las microvellosidades es que entre éstas no encontramos citoplasma de la célula contigua, y entre las interdigitaciones sí.  Invaginaciones: son repliegues de las membranas basales de ciertas células, es decir, estructuras que consisten en la invaginación y evaginación de la membrana basal de las células para aumentar la superficie de la misma. 

Trans Transport port porte e a tr través avés d de e llaa memb membrana rana El movimiento del agua a través de la membrana semipermeable genera sobre la membrana una presión osmótica. Todas las membranas de la célula son semipermeables. El transporte puede ser bien por transporte inespecífico: difusión, bien por transporte específico: transporte pasivo (o mediado por canal o mediado por transportador), o bien por transporte activo mediado por transportador.

Difusión simple o transporte inespecífico Algunas sustancias como el H2O, el O2, CO2, esteroides, vitaminas liposolubles, urea, glicerina, alcoholes de pequeño peso molecular, atraviesan la membrana celular por difusión simple, disolviéndose en la capa de fosfolípidos, a favor de gradiente de concentración y sin gasto de energía.

Transporte específico de iones y pequeñas moléculas 



Proteínas canal (proteínas poro): los canales forman poros hidrófilos o acuosos a través de las membranas. Son selectivos para el ión transportado. Siempre es a favor de gradiente electroquímico y son gasto de energía (transporte pasivo). Proteínas transportadoras: reconocen específicamente al soluto que va a ser transportado y puede sufrir cambios conformacionales. o Transporte pasivo: a favor de gradiente electroquímico y sin gasto de energía. o Transporte activo: en contra de gradiente electroquímico y con gasto de energía (ejemplo: Bomba de Na+/K+)

Transporte mediado por proteínas poro o canal La característica fundamental de este grupo es que NO se requiere un cambio conformacional de las proteínas para que se efectúe el transporte. Las proteínas crean un conducto hidrofílico que atraviesa la membrana, conducto que puede ser atravesado por solutos polares o iónicos. Estas proteínas pueden cambiar de conformación y abrirse o cerrarse, pero una vez abiertos los solutos transportados atraviesan el canal por un proceso de difusión, como si estuviesen libres en disolución. El grado de selectividad de estas moléculas es muy variable: hay poros que pueden ser muy poco selectivos, permitiendo el paso de cualquier soluto suficientemente pequeño para atravesar su interior, mientras que en otros casos permiten el paso sólo de un soluto determinado.

Meca Mecanismo nismo nismoss de reg regulac ulac ulación ión d de e la apertu apertura ra de los can canales ales ió iónicos nicos La célula siempre tiene más cargas positivas fuera que dentro, entre el interior y el exterior de la célula existe pues una diferencia de potencial de 120 mV. Los canales regulados por voltaje abren y cierran sus compuertas en respuesta a un cambio en la diferencia de potencial. Los canales regulados mecánicamente se abren o se cierran en respuesta a la fuerza mecánica (receptores de presión) aplicada sobre la membrana plasmática.

Regu Regulació lació lación n de ca canales nales iónico iónicoss en la unión neur neuromus omus omuscula cula cularr 

Unión neuromuscular inactiva:



Unión neuromuscular activa: En primer lugar no hay trasmisión del impuso nervioso, sino reposo. Existen vesículas en el interior del final del axón que llevan neurotransmisores. El canal de calcio regulado por voltaje hace cambiar la polaridad de la membrana, liberándose pues los neurotransmisores. Estos neurotransmisores activan los canales sodio, que hacen que entre sodio al interior celular (que puede ser una neurona) y esto hace que el retículo endoplasmático libere calcio al interior celular provocando la contracción muscular.

Transporte pasivo mediado por proteínas transportadoras La unión del ligando con su receptor hace que éste último experimente un cambio conformacional y pueda transportar el ligando al interior o al exterior celular.

Tip Tipos os de transp transporta orta ortadores dores  Uniporte: el transportador transporta solo una molécula a favor de gradiente de concentración.  Simporte: tipo de transporte por el cual se transporta una molécula en contra de gradiente acoplando en este trasiego el desplazamiento de uno o más iones diferentes a favor del suyo.  Antiporte: tipo de transporte por el cual el transportador transporta dos moléculas a favor de su gradiente, siendo ambos gradientes contrapuestos. Transporte activo mediado por diferentes transportadores

Tra Transporte nsporte activo por ió ión n cotra cotranspo nspo nspotado tado ((Ejemp Ejemp Ejemplo: lo: Tran Transporta sporta sportador dor d de e gluc glucosa) osa) El transportador de transporte activo por ión cotransportado solo se encuentra en la membrana apical de las células. En el lumen del intestino se encuentra la glucosa de todos los polisacáridos que hemos ingerido y estos pasan a las células, para luego ir al torrente sanguíneo y de ahí a todo el cuerpo, por este tipo de transporte, después pasan al torrente sanguíneo por transporte pasivo (a favor del gradiente).

Tra Transporte nsporte activo por b bomba omba impuls impulsada ada p por or AT ATP P (Ejemp (Ejemplo: lo: Bo Bomba mba Na+/K+) La Bomba de Na+/K+, extrae 3 Na+ e introduce 2 K+ ambos en contra de gradiente de concentración y con gasto de energía.

1. 2. 3. 4. 5. 6.

El Na+ se une al transportador Por consiguiente se desfosforila el ATP, cuyo fosfato se une al transportador. El fosfato hace que el transportador cambie de configuración y suelte el Na +. El K+ se une aprovechando el cambio de configuración La unión hace que el fosfato se libere y por consiguiente cambie de nuevo la configuración. Al cambiar de forma el transportador vuelve a estar activo para el sodio otra vez.

Osmolaridad celular Con los términos isotónico, hipertónico e hipotónico nos estamos refiriendo al exterior celular (a la concentración del exterior celular con respecto al interior celular).  Solución isotónica: contiene la misma concentración de sales que la del interior de la célula. En condiciones normales, el suero salino normal (0.9% de NaCl) es isotónico.  Solución hipotónica: contiene menos sales que la del interior de la célula. Por ser la membrana celular semipermeable, el agua entra en la célula con lo que se ésta se hincha, pudiendo eventualmente estallar (hemolisis de eritrocitos).  Solución hipertónica: contiene una concentración de sales superior a la de la célula por lo que el agua de ésta saldrá produciéndose el fenómeno de crenación....