Seminario 1 Transporte en Membrana 2020 20 UPAO PDF

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BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULARUNIDAD 2 : LA CÉLULASEMINARIO N° 1. TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANATrujillo - Perú2020 – 20UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO####### DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE CIENCIASPAUTAS PARA EL DESARROLLO DE LOS SEMINARIOSEl seminario es una técnica de enseñanza, basada en el trab...

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BIOLOGIA CELULAR UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE CIENCIAS

BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR UNIDAD 2: LA CÉLULA

SEMINARIO N° 1. TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA

Trujillo - Perú 2020 – 20 1 Seminario 1: Transporte a través de la Membrana

2020 – 20

BIOLOGIA CELULAR

PAUTAS PARA EL DESARROLLO DE LOS SEMINARIOS El seminario es una técnica de enseñanza, basada en el trabajo en grupo e intercambio oral de información, utilizada para trabajar y profundizar desde el debate y análisis colectivo en un tema predeterminado. OBJETIVOS •

Desarrollar habilidades de interpretación de información y síntesis de la misma.

•

Desarrollar la capacidad de comunicación científica, y sustentación oral de un tema a exponer. NORMAS PARA DESARROLLAR UN SEMINARIO

1. 2.

Los seminarios son de realización obligatoria. Todo Seminario concluye con un resumen, una evaluación de la exposición realizada, así como una

3.

El docente moderador:

evaluación escrita de los temas tratados.

4.

−

Presentará e introducirá el tema a exponer

−

Informará sobre la forma de participación

−

Ordenará las intervenciones de los participantes, además fomentará la discusión con la participación activa de los estudiantes y aclarará sus dudas.

−

Velará por la disciplina del grupo.

Los alumnos −

Deberán tener su videocámara encendida y apagarán sus micrófonos durante la sesión.

−

Tendrán un buen comportamiento durante la sesión de clase

−

Deberán leer la información proporcionada por el docente.

−

Participarán activamente, escuchando a los expositores, para intervenir cuando llega el momento, mediante aportes complementarios, preguntas, aclaraciones o rectificaciones. Los resultados del seminario dependen de sus aportes, pues debe haber leído los temas a tratar y debe tener algo que aportar.

−

Construirán esquemas o gráficos de los temas considerados en el seminario. Estos esquemas o gráficos deben estar bien representados; pues le servirá para explicar los ítems a desarrollar.

COMO PREPARARSE ADECUADAMENTE Muchos estudiantes creen que preparar el seminario es una tarea sencilla que pueden comenzar y terminar en pocos días. Éste es el error más grande que se puede cometer. Si se deja la preparación para último momento es casi seguro que no podrá desarrollar adecuadamente su presentación. Usted estará más tranquilo si la presentación está lista varios días antes de la fecha asignada, lo que le permitirá a su vez aclarar algunos puntos que tenga duda, con el docente. Puede buscar información adicional, según la bibliografía considerada en el sílabo. Mientras más conozca sobre el tema, más completa será la presentación, más confianza tendrás en tu preparación y mejor contestarás las preguntas. Es muy conveniente que los alumnos tengan a la mano los elementos de información y consulta necesarios (fichas bibliográficas, libros o revistas) para fundamentar la respuesta a la pregunta formulada por el docente moderador. 2 Seminario 1: Transporte a través de la Membrana

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BIOLOGIA CELULAR

SEMINARIO N° 1 TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA Fecha: 26 de octubre al 07 de Noviembre de 2020 1. COMPETENCIAS ESEPECÍFICAS 1.

Describe las características básicas de los principales tipos de lípidos encontrados en las membranas celulares y el papel que cumplen cada una de ellas.

2.

Describe las características de las tres clases de proteínas de membrana (integrales, periféricas y fijadas a la bicapa) y, como se diferencian unas de otras.

3.

Clasifica los diferentes tipos de transporte a través de las membranas celulares de acuerdo a las características funcionales que los distinguen, especialmente las diferencias entre los mecanismos activos y pasivos.

4.

Diferenciar los términos gradiente de concentración y gradiente químico y detalla las concentraciones iónicas normales en los diferentes compartimientos corporales (medios intracelular y extracelular).

5.

Define difusión simple y explica los factores que pueden afectar el transporte de iones o moléculas por este mecanismo.

6.

Define difusión facilitada y describe las características de las proteínas transportadoras

7.

Explica el concepto de canal iónico y clasifica los diferentes tipos de canales iónicos en base a su mecanismo de activación, y sus consecuencias sobre la permeabilidad selectiva de la membrana.

8.

Describe el papel de las permeasas en la difusión facilitada

9.

Explica el papel de los fenómenos osmóticos en los movimientos de agua a través de las membranas celulares y describe las modificaciones inducidas en el volumen celular al ponerse en contacto con soluciones isotónicas, hipertónicas e hipotónicas.

10. Define transporte activo y, establece las diferencias entre los distintos tipos de bombas del transporte activo primario. 11. Describe las bombas de tipo P y explica la actividad de la Na+/K+ ATPasa en la homeostasis celular. 12. Explica las características estructurales de las bombas de tipo V, F y ABC y, menciona ejemplos de cada uno de ellos. 13. Describe los mecanismos de transporte activo secundario: cotransportadores e intercambiadores y menciona ejemplos de cada uno de ellos.

14. Describe los mecanismos implicados en el transporte epitelial o transcelular, y explicar las consecuencias funcionales de la distribución polarizada de diferentes proteínas de transporte en el movimiento de sustancias a través de las células epiteliales.

3 Seminario 1: Transporte a través de la Membrana

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BIOLOGIA CELULAR

2. TEMAS 1. Estructura de la membrana celular 1.1. Composición lipídica y organización espacial en la membrana. - Lípidos: Glicerofosfolípidos, esfingofosfolípidos, glucolípidos y colesterol - Influencia de la composición lipídica en las propiedades de la membrana - Asimetría de los lípidos de la membrana 1.2 El componente proteico de las membranas - Proteínas interactúan con las membranas en tres diferentes vías: Extrínsecas o periféricas, Intrínsecas o integrales y ancladas a la bicapa

2. Mecanismos de transporte de moléculas a través de las membranas: concepto y diferencias entre transporte activo y pasivo.

3. Concepto de gradiente de concentración, gradiente de voltaje o potencial eléctrico y gradiente electroquímico.

4. Transporte pasivo 4.1. Difusión simple - Concepto y ejemplos de sustancias que utilizan este mecanismo de transporte. - Factores que influyen en la velocidad de transporte a través de membrana. - Difusión simple de iones a través de proteínas canal en la membrana. - Difusión simple de moléculas de agua (ósmosis) a través de aquaporina (canales de agua) en la membrana 4.2. Difusión facilitada a. Difusión mediada por acarreador (definición ejemplos) 4.3. Transporte activo: 4.3.1. Transporte activo Primario: a. Bomba clase P (características, importancia). Bomba de Na+/K+, bomba de H+/K+, bomba de Ca2+ b. Bomba clase F (características, importancia, ejemplos) c. Bomba clase V (características, importancia, ejemplos) Bomba de H+ d. Superfamilia ABC (características importancia) CFTR MDR 4.2.2. Transporte Activo Secundario: a. Contratransporte. (características, importancia y ejemplos) b. Cotransporte. (características, importancia y ejemplos)

5. Transporte transepitelial

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BIOLOGIA CELULAR TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANAS CELULARES 1.

Cuál es la composición química de las membranas celulares ? Qué lípidos se encuentran en las membranas celulares ? El análisis bioquímico y ultraestructural de las membranas biológicas revela que están compuestos por lípidos, proteínas y una pequeña fracción de carbohidratos, y que comparten una arquitectura básica común (Tabla 1). Tabla 1. Contenido de proteínas, lípidos y carbohidratos de membranas biológicas (expresado como porcentaje en peso). Proteína

Lípido

Carbohidratos

Cociente proteína/lípido

Eritrocito Célula hepática

49% 54%

43% 36%

8% 10%

1.14 1.50

Membrana mitocondrial interna

78%

22%

0%

3.54

Membrana

Según el modelo de Singer y Nicholson (1972), la membrana celular se compone de una capa bimolecular de lípidos, en la cual a determinados intervalos se incluyen unidades proteicas que forman un mosaico con la doble capa lipídica. En la membrana de la célula eucariota se localizan tres tipos de lípidos: fosfolípidos, glucolípidos y colesterol. a.

Fosfolípidos. Se encuentran en mayor abundancia en las membranas. Las membranas contienen muchas clases de fosfolípidos distintos, incluyendo tanto a los glicero-fosfolípidos basados en glicerol como a los esfingolípidos basados en esfingosina. Los glicerofosfolípidos más comunes son fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina y fosfatidilinositol. El esfingolípido más común es la esfingomielina. Las clases, orígenes y proporciones relativas de los fosfolípidos presentes en las membranas varían significativamente dependiendo del origen de éstas. Por ejemplo, la esfingomielina es uno de los principales fosfolípidos de las membranas plasmáticas animales, pero está ausente en las membranas plasmáticas de bacterias y plantas. La estructura de los fosfolípidos es la responsable de la actuación de las membranas como barreras entre dos compartimentos acuosos. Debido a que el interior de la bicapa fosfolipídica está ocupado por cadenas de ácidos grasos hidrofóbicos, la membrana es impermeable a moléculas hidrosolubles y a los iones. Los ácidos grasos de la mayor parte de los fosfolípidos naturales tienen uno o más enlaces dobles, que introducen flexión en las cadenas hidrocarbonadas y dificultan su empaquetamiento. Por tanto, las largas cadenas hidrocarbonadas de los ácidos grasos se mueven libremente en el interior de la membrana, por lo que la membrana es ligera y flexible. Además, los fosfolípidos como las proteínas son libres de difundir lateralmente dentro de la membrana -una propiedad fundamental para

b.

muchas de las funciones de la membrana. Glucolípidos. Se forman al añadir a los lípidos grupos carbohidrato. La mayoría de glucolípidos derivan de la esfingosina y, por tanto, se llaman glucoesfingolípidos. Los ejemplos más comunes son los cerebrósidos y los gangliósidos. Los cerebrósidos se denominan glucolípidos neutros ya que cada molécula tiene un azúcar no cargado como grupo principal -galactosa-, en el caso del galactocerebrósido. Por otro lado, un gangliósido, siempre tiene una cadena oligosacárida que contiene uno o más residuos de ácido siálico cargados negativamente, que le proporcionan a la molécula carga neta negativa. Los cerebrósidos y los gangliósidos predominan especialmente en las membranas cerebrales y en las células nerviosas. Los gangliósidos expuestos en la superficie de la membrana plasmática también funcionan como antígenos que son reconocidos por anticuerpos en 5 Seminario 1: Transporte a través de la Membrana

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BIOLOGIA CELULAR las reacciones inmunes, incluyendo las reacciones responsables de las interacciones entre grupos sanguíneos. Por ejemplo, los grupos sanguíneos humanos ABO, implican a los glucoesfingolípidos c.

que sirven como marcadores de la superficie celular de los eritrocitos. Esteroles. Las membranas de la mayoría de las células eucariotas contienen cantidades significativas de esteroles. El principal esterol de las membranas celulares animales es el colesterol. No se han encontrado esteroles en las membranas de las células procariotas. El colesterol contribuye a que la doble capa lipídica sea menos fluida. Esto se debe al rígido sistema cíclico esteroide de las moléculas de colesterol, que se interpone entre las mitades externas de las colas de los fosfolípidos. Las moléculas de colesterol también impiden que la viscosidad disminuya al descender la temperatura, dado que no permite el empaquetamiento denso (la cristalización) de las cadenas de ácidos grasos.

Figura 1. Representación esquemática de los lípidos componentes de la bicapa lipídica).

2.

Qué tipo de proteínas se encuentran en la membrana plasmática? Cuál es la función que cumplen las proteínas en las membranas celulares ? Dependiendo el tipo celular y el organelo en particular dentro de esa célula, una membrana puede contener cientos de proteínas diferentes. Cada proteína de la membrana posee una orientación definida en relación con el citoplasma para que las propiedades de una superficie de la membrana sean muy distintas respecto de las de otra superficie. Esta asimetría se conoce como “lateralidad” de la membrana. Por ejemplo, en la membrana plasmática las partes de las proteínas de membrana que interactúan con otras células o con ligandos extracelulares se proyectan hacia fuera, al espacio extracelular, en tanto que las partes de las proteínas de membrana que interactúan con moléculas del citoplasma se proyectan hacia el citosol. Las proteínas de membrana pueden agruparse en tres clases distintas que se distinguen por su estrecha relación con la bicapa lipídica. Estas son las siguientes: a. Proteínas integrales. Las proteínas integrales son proteínas transmembranosas, esto es, que cruzan toda la bicapa de lípidos y poseen, por tanto, 3 dominios: citosólico, trans-membrana y extracelular (o intraluminal en el caso de membranas de organelas). Algunas proteínas integrales tienen solo un segmento que abarca la membrana (unipaso), mientras que otras la cruzan varias veces (multipaso). 6 Seminario 1: Transporte a través de la Membrana

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BIOLOGIA CELULAR Al igual que los fosfolípidos de la bicapa, las proteínas integrales de membrana también son anfipáticas y tienen porciones hidrófobas e hidrofílicas. Las porciones de una proteína integral de membrana que residen dentro de la bicapa lipídica tienden a tener un carácter hidrófobo. Los residuos de aminoácidos de estos dominios transmembranosos forman interacciones de van der Waals con las cadenas acilo grasas de la bicapa, lo cual sella a la proteína dentro de la “pared” de lípidos de la membrana. Como resultado, se conserva la barrera permeable y la proteína queda en contacto directo con las moléculas de lípido circundantes. b. Proteínas periféricas. Se localizan en su totalidad fuera de la bicapa de lípidos, ya sea en el lado citoplásmico o extracelular, aunque se relacionan con la superficie de la membrana mediante enlaces no covalentes (enlaces electrostáticos débiles). Por lo general, las proteínas periféricas pueden solubilizarse mediante la extracción con soluciones salinas en altas concentraciones que debilitan los enlaces electrostáticos que mantienen las proteínas periféricas en una membrana. Las proteínas periféricas mejor estudiadas se localizan en la superficie citosólica de la membrana plasmática, donde forman una red fibrilar que actúa como “esqueleto” de la membrana. Estas proteínas brindan soporte mecánico a la membrana y funcionan como un ancla para las proteínas integrales. c. Proteínas fijadas con lípidos (proteínas ancladas a la bicapa). Se localizan fuera de la bicapa de lípidos, ya sea en la superficie extracelular o la citosólica, pero que tienen enlaces covalentes con una molécula de lípidos que se sitúa dentro de la bicapa. Muchas proteínas presentes en la superficie externa de la membrana plasmática están unidas a esta mediante un pequeño oligosacárido complejo unido con una molécula de fosfatidilinositol que esta incrustada en la hoja externa de la bicapa lipídica. Las proteínas periféricas de membrana que contienen este tipo de enlace glucosilfosfatidilinositol se llaman proteínas fijadas con GPI. Otro grupo de proteínas presente en el lado citosólico de la membrana plasmática está fijado a la membrana mediante una o más cadenas largas de hidrocarburos embebidas en la hoja interna de la bicapa lipídica. Estos anclajes (restos palmitilo, miristilo, farnesilo y geranilgeranilo) definen las llamadas proteínas preniladas (p. ej. Ras, Rab, flotilina). La proteína ras está relacionada con la transformación de una célula normal en una maligna

Figura 2. Proteínas de membrana. Las proteínas de membrana participan en las siguientes funciones: ♦ Transporte de solutos. Las proteínas funcionan transportando solutos a través de ellas. Entre éstas se incluyen las permeasas, que facilitan el movimiento de nutrientes como azúcares y aminoácidos 7 Seminario 1: Transporte a través de la Membrana

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BIOLOGIA CELULAR a través de las membranas, las proteínas canal que proporcionan vías de paso hidrofílicas a través de membranas hidrofóbicas y ATPasas transportadoras, que utilizan la energía del ATP para bombear iones a través de las membranas. ♦ Enzimas. Las enzimas de membrana catalizan reacciones químicas específicas que ocurren en la superficie externa de la célula o apenas dentro de la célula. Ej. Las enzimas ubicadas sobre la superficie externa de las células que recubren el intestino delgado son responsables de la digestión de carbohidratos y péptidos. Las enzimas unidas a la superficie intracelular de muchas membranas celulares desempeñan un papel importante en la transferencia de señales desde el ambiente externo extracelular hacia el citoplasma. ♦ Receptores. Están implicados en el reconocimiento y mediación de los efectos de señales químicas específicas que se unen a la superficie de la célula. Las hormonas, neuro-transmisores y sustancias que promueven el crecimiento son ejemplos de señales químicas que interactúan con receptores proteicos específicos situados en la membrana plasmática de sus células diana. En la mayoría de los casos, la unión de una hormona o de otra molécula señal al receptor apropiado de la superficie de la membrana desencadena un tipo de respuesta intracelular, para obtener el efecto deseado. ♦ Adhesión y comunicación entre células adyacentes. La mayoría de las células de los organismos multicelulares están en contacto con otras células, a través de conexiones citoplasmáticas directas, que permiten, al menos, el intercambio de algún componente celular. Esta comunicación intercelular viene proporcionada por las uniones gap en las células animales y por los plasmodesmos de las células vegetales. ♦ Estructural. Las proteínas estructurales tienen tres papeles principales. El primero de ellos es el de conectar la membrana con el citoesqueleto para mantener la forma de la célula. El segundo papel es el de crear uniones celulares que mantengan unidos a los tejidos, como las uniones estrechas y las uniones en hendidura. Finalmente, el tercer papel es el de fijar las células a la matriz extracelular mediante la conexión de fibras del citoesqueleto con la fibras extracelulares de colágeno y otras proteínas. .

Figura 3. Funciones de la proteínas de membrana.

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BIOLOGIA CELULAR 3.

Cómo se definen gradiente químico y gradiente eléctrico ? Qué tipos de transporte ocurre en las membranas celulares ?. Cómo se diferencian cada uno de ellos ? Gradiente químico, es cuando una sustancia está presente en diferentes concentraciones a ambos lados de la membrana. El término gradiente de concentración puede considerarse como sinónimo de diferencia de concentración Estrictamente hablando, el término gradiente de concentración se usa en relación con cualquier diferencia en la concentración entre una localización y otra, no solo diferencias ent...