Membrana: estructura y función

Membrana: estructura y

función

célula viva de su ambiente

• La membrana plasmática posee permeabilidad selectiva, permitiendo a algunas substancias atravesarla más facilmente que otras

fluidos de lípidos y proteínas

• Los fosfolípidos son los lípidos más abundantes en la

membrana plasmática

• Los fosfolípidos son moléculas anfipáticas, que poseen regiones hidrofóbicas e hidrofílicas

• El modelo de mosaico fluido establece que una

• El modelo de mosaico fluido establece que una

membrana es una estructura fluida con un “mosaico” de distintas proteínas inmersas en ella

Modelos de Membrana

• Las membranas han sido analizadas químicamente y se

encontró que poseen proteínas y lípidos

• Los científicos que estudiaron la estructura de la

membrana hipotetizaron que la estructura de la misma debería ser una bicapa lipídica

debería ser una bicapa lipídica

• En 1972, Singer & Nicolson propusieron que la

membrana es un mosaico de proteínas dispersas e individualmente insertadas en la bicapa fosfolipídica

Hydrophilic head Hydrophobic tail WATER WATER

• En 1935, H. Davson & J. Danielli propusieron el modelo de “sandwich” en el cuál la bicapa fosfolipídica se encontraba entre dos capas de proteínas globulares

• Estudios posteriores encontraron problemas con este modelo,

particularmente con la ubicación de proteínas de membrana, las cuales poseeen regiones hidrofílicas e hidrofóbicas

las cuales poseeen regiones hidrofílicas e hidrofóbicas

• En 1972, Singer & Nicolson propusieron que la membrana es

un mosaico de proteínas dispersa dentro de la bicapa fosfolipídica, con sólo las regiones hidrofílicas de las proteínas expuestas al agua

Hydrophilic region of protein

Hydrophobic region of protein Phospholipid

• Estudios de fractura por congelación de la membrana plasmática apoyaron el modelo de mosaico fluido

• La fractura por congelación es una técnica especial que separa la membrana a lo largo de la parte media de la bicapa fosfolipídica

Knife Extracellular layer Proteins Cytoplasmic layer Extracellular layer Cytoplasmic layer Plasma membrane

La Fluidez de las Membranas

• Los fosfolípidos dentro de la membrana plasmática pueden moverse dentro de la bicapa

• La mayoría de los lípidos y algunas proteínas se mueven lateralmente

• En raras ocasiones una molécula puede hacer un

• En raras ocasiones una molécula puede hacer un movimiento de flip-flop transversal a través de la membrana

Lateral movement

(~107 _{times per second)}

Flip-flop

(~ once per month) Movement of phospholipids

• A medida que la temperatura desciende, las

membranas cambian de un estado fluido a un estado sólido

• La temperatura a la cuál la membrana solidifica depende de los tipos de lípidos que la forman

• Las membranas ricas en ácidos grasos no saturados son más fluidas que aquellas ricas en ácidos grasos

saturados

• Las membranas deben ser fluidas para funcionar correctamente (normalmente tienen un estado de fluidez semejante al aceite comestible)

Viscous Fluid

Unsaturated hydrocarbon tails with kinks

Membrane fluidity

Saturated hydro-carbon tails

• El esteroide colesterol tiene distintos efectos sobre la fluidez de la membrana a diferentes temperaturas

• A temperaturas cálidas (ej. 37°C), el colesterol evita el movimiento de fosfolípidos

• A temperaturas bajas, el colesterol mantiene la fluidez de la membrana previniendo el compactamiento de la de la membrana previniendo el compactamiento de la misma

Cholesterol Cholesterol within the animal cell membrane

• Algunas proteínas en la membrana plasmática pueden moverse dentro de la bicapa

• Las proteínas son mucho más grandes que los lípidos y se mueven más lentamente

• Para investigar si las proteínas de membrana se

• Para investigar si las proteínas de membrana se

mueven, los investigadores fusionaron células de ratón y células humanas

Membrane proteins Mixed proteins after 1 hour Hybrid cell Human cell Mouse cell

Proteínas de Membrana y sus

Funciones

• La membrana es un collage de diferentes proteínas inmersas en la matríz fluida de la bicapa lipídica

• Las proteínas determinan la mayoría de las funciones específicas de la membrana

• Las proteínas periféricas no están inmersas en la

• Las proteínas periféricas no están inmersas en la membrana

• Las proteínas integrales penetran el core hidrofóbico de la membrana y frecuentemente atraviesan la misma

Fibers of extracellular matrix (ECM) Glycoprotein Carbohydrate EXTRACELLULAR SIDE OF MEMBRANE Glycolipid Microfilaments of cytoskeleton Cholesterol Integral protein Peripheral proteins CYTOPLASMIC SIDE OF MEMBRANE MEMBRANE

• Las proteínas integrales que atraviesan la membrana se denominan proteínas transmembrana

• Las regiones hidrofóbicas de una proteína integral consisten en uno o más regiones de aminoácidos no polares, frecuentemente enrroscadas formando alfa hélices

EXTRACELLULAR SIDE N-terminus C-terminus CYTOPLASMIC SIDE ααααHelix

• Principales funciones de las proteínas de membrana: – Transporte – Actividad Enzimática – Transducción de Señales – Reconocimiento Célula-Célula – Reconocimiento Célula-Célula – Unión Intercelular

– Unión al Citoesqueleto y a la Matríz Extracelular (ECM)

Enzymes

Signal

Receptor ATP

LE 7-9b

Glyco-protein

Cell-cell recognition Intercellular joining Attachment to the cytoskeleton and extra-cellular matrix (ECM)

Membrana en el Reconocimiento

Célula-Célula

• Las células se reconocen unas a otras por unión a moléculas de superficie, frecuentemente

carbohidratos, sobre la membrana plasmática

• Los carbohidratos de membrana pueden estar unidos

covalentemente a lípidos (formando glucolípidos), o más frecuentemente, a proteínas (formando

covalentemente a lípidos (formando glucolípidos), o más frecuentemente, a proteínas (formando

glicoproteínas)

• Los carbohidratos sobre la cara externa de la membrana plasmática varían entre especies,

individuos, e incluso entre tipos celulares en un mismo individuo

Síntesis y Composición de las

Membranas

• Las membranas poseen caras externas e internas

distintintivas

• La distrubución asimétrica de proteínas, lípidos, y

carbohidratos asociados en la membrana plasmática es determinada cuando la membrana es formada en el RE determinada cuando la membrana es formada en el RE y en el Aparato de Golgi

Vesicle Golgi apparatus Glycolipid Secretory protein Transmembrane glycoproteins ER Plasma membrane: Cytoplasmic face Extracellular face Transmembrane glycoprotein Plasma membrane: Secreted protein

La Estructura de la Membrana

Determina su Permeabilidad Selectiva

• Un célula debe intercambiar materiales con su ambiente, un proceso que es controlado por la membrana plasmática

• Las membrana plasmática es selectivamente

• Moléculas hidrofóbicas (no polares), como los

hidrocarburos, lípidos, O₂ y CO₂, pueden disolverse en la bicapa lipídica, y pasar a través de la membrana

rápidamente

• El núcleo centrál hidrófobo de la membrana plasmática impide el paso directo de iones y de moléculas polares impide el paso directo de iones y de moléculas polares

Proteínas de Transporte

• Las proteínas de transporte permiten el pasage de

substancias hidrofílicas a través de la membrana

• Algunas proteínas de transporte, denominadas

proteínas de canal, poseen un canal hidrofílico el cuál ciertas moléculas o iones pueden usar como tunel

Un tipo de proteínas de canal denominadas

• Un tipo de proteínas de canal denominadas

acuaporinas facilitan el pasaje de H₂O a través de la membrana