Fundamentos de biologia celular




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ESCUELA DE FISIOTERAPIA

FUNDAMENTOS DE BIOLOGIA CELULAR

FST 108 Periodo 2016 – 2


Nombre del Alumno/a: Melany Mera B.

Fecha: 08/05/2016

Tema: Membrana Celular

Introducción:

  • La membrana celular, o también conocida como plasmática o citoplasmática es una estructura laminar constituida principalmente por lípidos y proteínas que protege a las células y determina sus límites.

  • Cada célula se encuentra envuelta por una membrana que recibe el nombre de plasmática que evita que toda la capacidad química de la célula se disemine.

  • La célula se encuentra constituida por diversos elementos como, los lípidos, las proteínas y los glúcidos que se encuentran unidos adecuadamente en su interior y cada uno cumple una función determinada. Éstos se hallan en movimiento y por eso la membrana tiene una gran fluidez.

  • Las proteínas que conforman la membrana celular son: proteínas periféricas y proteínas integrales.

  • Existen varios tipos de intercambio o transporte celular, los más importantes y de los cuales se derivan los demás son el transporte activo y el transporte pasivo.

  • La membrana celular posee ciertas especializaciones las cuales tienen una estructura que le imparte ciertas propiedades funcionales, y estas son necesarias para el mantenimiento de la homeostasis de la célula.



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Desarrollo:

La célula está envuelta por una membrana denominada membrana plasmática, esta a su vez es una cubierta continua que separa dos compartimentos: el citoplasma y el medio extracelular, esta membrana es muy delgada e imposible de observar con un microscopio óptico.

Algunas de las características de la membrana plasmática son:

  • Es una bicapa lipídica, lo que asegura el equilibrio de la membrana en nexo a los dos medios acuosos que la rodean.

  • Posee complejos de naturaleza proteica y glucoprotéica los cuales participan en el intercambio de la célula con el medio extracelular.

  • Presenta una estructura química heterogénea.

  • Está sistematizada de manera asimétrica, y tiene una envoltura denominada glucocáliz.

  • En la composición química de la membrana entran a formar parte lípidos, proteínas y glúcidos en proporciones aproximadas de 40%,50% y 10% respectivamente,

Estructura de la membrana:

La estructura molecular de la membrana ha sido interpretada según la teoría del mosaico fluido por Singer y Nicholson en el año 1972, en el cual los elementos pueden desplazarse.

Los lípidos y las proteínas son los dos elementos mayoritarios de las membranas pero la proporción y tipo de cada uno de ellos varia significativamente entre las diferentes tipos de membranas.

Los tres tipos fundamentales de los lípidos de membrana son los fosfolípidos, glucolípidos y el colesterol. Estos elementos son anfipáticos, es decir, tienen un extremo hidrofílico y otro hidrofóbico, esta característica hace posible que los compartimentos conformados por bicapas lipídicas se regeneren si se llegasen a romper.

La bicapa lipídica es fluida debido a que las moléculas lipídicas pueden desplazarse libremente, el movimiento más frecuente es el de la difusión lateral dentro de la mono capa, además dichas moléculas giran a gran velocidad alrededor de sus ejes y sus cadenas hidrocarbonadas y esto provoca que sean flexibles.

El colesterol es el principal regulador de la fluidez de la membrana, a bajas temperaturas evita el drástico descenso de la fluidez ya que impide que las cadenas de los ácidos grasos se junten y cristalicen adoptando una forma rígida y ordenada que sería incompatible con las funciones de la membrana.

En general, la bicapa actúa como barrera permitiendo que las células retengan la mayor parte de su contenido hidrosoluble e impidiendo la entrada de sustancias al interior de la célula. Entre los lípidos que forman parte de la membrana destacan los: Glicerofosfolípidos, Esfingolípidos, Glicolípidos, Colesterol, Glicoglicerolípidos.

Las proteínas llevan a cabo la mayor parte de las funciones específicas de las membranas, por ello la cantidad y el tipo de proteínas de una membrana refleja su función, y algunas de estas son:

  • El transporte de moléculas especificas hacia el interior o exterior de la célula.

  • Actúan como receptores de señales químicas del medio y las transmiten al interior de la célula.

  • Catalizan reacciones asociadas a la membrana.

  • Sirven como puentes estructurales entre el cito esqueleto de la célula y la matriz extracelular.

Proteínas de la membrana:

Las proteínas de la membrana son de dos tipos:

  • Proteínas integrales: centradas en la bicapa lipídica, traspasan la membrana una o varias veces, asomando por una o las dos caras, mediante enlaces covalentes con un lípido o un glúcido de la membrana. Su separación requiere la ruptura de la bicapa.

  • Proteínas periféricas: se encuentran a un lado u otro de la bicapa lipídica, pueden estar unidas débilmente por enlaces no covalentes. Fácilmente separables de la bicapa, sin provocar su ruptura.

En el elemento proteico habita la mayor parte de la funcionalidad de la membrana; las diferentes proteínas realizan funciones específicas:

Estas a su vez pueden ser:

  • Proteínas transportadoras: Son enzimas con centros de reacción que sufren cambios conformacionales.

  • Proteínas de canal: Dejan un canal hidrofílico por donde pasan los iones.

Intercambio de la célula con el medio externo:

Las células requieren nutrientes del exterior y deben eliminar sustancias de desecho procedentes del metabolismo y mantener su medio interno estable. Para posibilitar este intercambio, la membrana celular presenta una permeabilidad selectiva.

Los mecanismos que permiten a las sustancias cruzar las membranas plasmáticas de las células son esenciales para la vida y la comunicación de las células. Para ello, la célula dispone de dos procesos: 

  • Transporte pasivo: cuando no se requiere energía para que la sustancia cruce la membrana plasmática.

Los mecanismos de transporte pasivo son:

  • Difusión simple: consiste en la combinación de varias moléculas debido a su energía cinética, siempre y cuando exista un gradiente de concentración; es decir; cuando en una parte de la solución la concentración es más eminente.

La difusión tiene lugar hasta que la concentración se iguala en todas las partes y será tanto más rápida cuanto mayor sea la energía cinética, el gradiente de concentración y cuanto menor sea el tamaño de las moléculas. 

Algunas sustancias como el agua, el oxígeno, dióxido de carbono, esteroides, vitaminas liposolubles, urea, glicerina, alcoholes de pequeño peso molecular atraviesan la membrana celular por difusión, disolviéndose en la capa de fosfolípidos.  Otras sustancias iónicas también pueden cruzar la membrana por difusión, pero empleando canales constituidos por proteínas integrales llenos de agua.

  • Osmosis: proceso mediante el cual, un disolvente pasa selectivamente a través de una membrana semipermeable.

Si la concentración de agua es mayor de un lado de la membrana que la del otro lado, existe una inclinación a que el agua pase al lado donde su concentración es menor. El movimiento del agua a través de la membrana semipermeable produce una presión hidrostática llamada presión osmótica que es la presión necesaria para prevenir el movimiento neto del agua.

  • Ultrafiltración: En este proceso el agua y algunos solutos pasan a través de una membrana por efecto de una presión hidrostática. El movimiento es siempre desde el gradiente de mayor presión al de menor presión. La ultrafiltración tiene lugar en el cuerpo humano en los riñones y es debida a la presión arterial generada por el corazón.



  • Difusión facilitada: Algunas moléculas son demasiado grandes como para pasar a través de los canales de la membrana e insolubles en lípidos como para poder difundir a través de la capa de fosfolípidos, sin embargo pueden cruzar la membrana plasmática mediante el proceso de difusión facilitada, con la ayuda de una proteína transportadora. Este tipo de difusión es mucho más rápida que la simple y depende: del gradiente de concentración de la sustancia a ambos lados de la membrana, del número de proteínas transportadoras existentes y de la rapidez con que estas proteínas hacen su trabajo.



  • Transporte activo: cuando la célula utiliza ATP como fuente de energía para hacer atravesar la membrana a una sustancia en particular. Por este mecanismo pueden ser transportados hacia el interior o exterior de la célula los iones H+ (bomba de protones) Na+ y K+ (bomba de sodio-potasio), Ca++, Cl-, I, aminoácidos y monosacáridos. Hay dos tipos de transporte activo:



  • Transporte activo primario: en este caso, la energía derivada del ATP directamente empuja a la sustancia para que cruce la membrana, modificando la forma de las proteínas de transporte de la membrana plasmática.



  • Transporte grueso: Algunas sustancias más grandes como polisacáridos, proteínas y otras células cruzan las membranas plasmáticas mediante varios tipos de transporte grueso como son:

    • Endocitosis: proceso mediante el cual la sustancia es transportada al interior de la célula a través de la membrana. Se conocen dos tipos de endocitosis: Fagocitosis, Pinocitosis.

    • Exocitosis: mecanismo por el cual las macromoléculas contenidas en vesículas citoplasmáticas son transportadas desde el interior celular hasta la membrana plasmática, para ser vertidas al medio extracelular.

 Transporte mediante vesículas:

Las vesículas son organelos que forman un compartimento, separado del citosol por una bicapa lipídica similar a la membrana plasmática. Son por lo general una membrana que se forma de manera natural como resultado de las propiedades de los distintos lípidos de membrana.  Este tipo de estructuras lipídicas son similares a las micelas, pero reciben el nombre de liposomas.
La mayoría de las vesículas se han especializado en funciones concretas las cuales dependen de los materiales que contienen. En general la función de las vesículas es almacenar, transportar o digerir productos y residuos celulares. Son una herramienta fundamental de la célula para la organización del metabolismo.   Muchas vesículas se originan principalmente desde en el Aparato de Golgi, sin embargo también pueden provenir de  los retículos  endoplasmáticos, o se forman a partir de partes de la membrana plasmática.


Hay  otro tipo de proceso de transporte que involucra vesículas que se forman a partir de la membrana  celular o se fusionan con ella. Cuando una vesícula alcanza la superficie celular, su  membrana se fusiona con la membrana citoplasmática y expulsa su contenido al exterior. Este  proceso es conocido como exocitosis. El transporte por medio de vesículas también puede  operar en sentido contrario. En la endocitosis, el material que se incorporará a la célula induce  una invaginación de la membrana, produciéndose una vesícula que encierra a la sustancia. Esta  vesícula es liberada en el citoplasma. Siempre las fibras del cito esqueleto intervienen en el proceso de transporte vesicular. Hay dos tipos de transporte mediante vesículas y se clasifican según:

  • La sustancia transportada: pinocitosis y fagocitosis.

  • La dirección del transporte: exocitosis y endocitosis.


Especializaciones de la membrana plasmática:

Especializaciones de la Superficie Celular:

La superficie de las células no es completamente regular, presenta una serie de elementos que en su constitución involucran a la membrana plasmática y a otros elementos del citoplasma.

Estas estructuras son conocidas como especializaciones y varían dependiendo de la población celular que se analice. Son más evidentes en las células epiteliales, motivo por el cual casi siempre se describen al estudiar los epitelios. Las células epiteliales son células polarizadas, pues presentan varias caras:

  • Cara basal.

  • Cara lateral.

  • Cara apical.

Cada una de las especializaciones posee una estructura que le imparte ciertas propiedades funcionales, las cuales son necesarias para el mantenimiento de la Homeostasis de la célula.

Especializaciones de la superficie apical: están presentes en el polo apical, dentro de ellas se describen:

  • Microvellosidades: Son prolongamientos digitiformes, revestidos por la membrana, los cuales poseen en su interior una porción de citoplasma y un eje constituido por filamentos de actina y otras proteínas. Su diámetro, longitud y aspecto puede variar, tomando en cuenta esto último, se suele establecer una clasificación de las microvellosidades en las células epiteliales: Chapa Estriada o borde estriado, Orla en Cepillo y Estereocilios.



  • Cilios: son prolongamientos celulares con un diámetro de 0,2 um y longitud de 7-10 um, posee micro túbulos en el eje del cilio, organizados en 9 pares periféricos y un par central. Se localizan en las células especializadas de la mucosa respiratoria y de las trompas uterinas. Crean una corriente en la superficie del epitelio para transportar la secreción mucosa y permitir el desplazamiento de partículas o células en la luz del órgano.



  • Costra: Presente en las células del epitelio de revestimiento de las vías urinarias.

Esta especialidad le imparte a las células la posibilidad de estirarse o retraerse para adaptarse al estado funcional del órgano, tomando en cuenta la cantidad de orina presente en la cavidad. Por tal motivo, este epitelio también se llama de transición, pues sus células cambian de aspecto, tornándose aplanadas si la vejiga se distiende.

Especializaciones de la superficie lateral:

Las caras laterales de las células se especializan en asegurar, tanto el contacto como la unión intercelular. En estas zonas, la membrana plasmática se modifica y adopta una estructura que le permite cumplir con dichos requerimientos.

Especializaciones de la superficie basal:

  • Hemidesmosomas: Constituyen la mitad de un desmosoma y se localizan en la cara basal, donde las células reposan sobre la lámina basal.
    Presentan la misma estructura intracelular que el desmosoma, pero las moléculas de adhesión que aseguran la estabilidad del hemidesmosoma son del tipo integrinas, unen el epitelio a la lámina basal y en consecuencia, al tejido conectivo subyacente.

  • Invaginaciones o pliegues: Aumento de la superficie celular para incrementar el transporte transmembranal de agua y electrólitos.

Conclusiones:

  • Para concluir se deduce que la membrana plasmática mantiene el medio intracelular diferenciado del entorno. Esto es posible gracias a la naturaleza aislante en medio acuoso de la bicapa lipídica y a las funciones de transporte que desempeñan las proteínas. La combinación de transporte activo y transporte pasivo hacen de la membrana plasmática una barrera selectiva que permite a la célula diferenciarse del medio.

  • Traslada sustancias de un lugar de la membrana a otro, apilando sustancias en lugares determinados de la célula que le puedan servir para su metabolismo.

  • Se encarga primordialmente de controlar el paso de nutrientes y proteínas desde un medio externo a un medio interno o viceversa dependiendo de qué tipo de nutrientes sean, es decir, se encargar de decidir si entran o no para complacer la funciones esenciales de la célula.

Bibliografía:


 

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