Membrana: estructura y función

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Membrana: estructura y

función

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célula viva de su ambiente

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

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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

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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

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Hydrophilic head Hydrophobic tail WATER WATER

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• 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

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Hydrophilic region of protein

Hydrophobic region of protein Phospholipid

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• 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

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

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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

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Lateral movement

(~107 times per second)

Flip-flop

(~ once per month) Movement of phospholipids

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• 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)

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Viscous Fluid

Unsaturated hydrocarbon tails with kinks

Membrane fluidity

Saturated hydro-carbon tails

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• 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

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Cholesterol Cholesterol within the animal cell membrane

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• 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

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

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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

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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

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• 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

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EXTRACELLULAR SIDE N-terminus C-terminus CYTOPLASMIC SIDE ααααHelix

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• 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)

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Enzymes

Signal

Receptor ATP

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LE 7-9b

Glyco-protein

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

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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

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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

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

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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

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• 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

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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

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