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4: Membranas - Estructura, propiedades y función - Biología

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Las membranas biológicas son la base de muchas propiedades importantes de la célula, una de las cuales es definir físicamente el límite celular y, en los eucariotas, los límites de cada orgánulo intracelular. Sin embargo, no son límites completamente impermeables y, a través de proteínas incrustadas, la membrana sirve como guardián del paso de moléculas específicas dentro (por ejemplo, nutrientes) y fuera (por ejemplo, desechos) de la célula. Otras proteínas incrustadas pueden identificar la célula con otras células y participar en numerosas interacciones con el medio ambiente u otras células. Finalmente, la membrana, o más precisamente, los gradientes químicos a través de la membrana, es una fuente de energía importante para la célula.

  • 4.1: Estructura y composición de la membrana
    Dado que la mayoría de las células viven en un entorno acuoso y el contenido de la célula también es principalmente acuoso, es lógico que una membrana que separa un lado del otro debe ser hidrófoba para formar una barrera eficaz contra la fuga accidental de materiales o agua. Las membranas celulares se definieron parcialmente como compuestas principalmente de fosfolípidos: moléculas que consisten en un grupo de cabeza polar fosforilado unido a una columna vertebral de glicerol que tiene dos colas largas de hidrocarburos.
  • 4.2: Permeabilidad de la membrana
    Una bicapa de fosfolípidos puros, cualquiera que sea la composición lipídica, es una membrana semipermeable que generalmente repele las moléculas grandes y los iones. Las moléculas polares pequeñas a veces pueden pasar fácilmente (por ejemplo, etanol), pero más a menudo pasan a velocidades bajas, si es que lo hacen (por ejemplo, agua). Sin embargo, las pequeñas moléculas apolares pueden atravesar la membrana con relativa facilidad. Las razones deberían ser evidentes: las moléculas más grandes simplemente no pueden caber entre las moléculas de lípidos para abrirse paso.
  • 4.3: Proteínas de transporte de membrana
    Las proteínas de membrana son de dos tipos básicos: proteínas de membrana integrales (a veces llamadas intrínsecas), que se insertan directamente dentro de la bicapa de fosfolípidos, y proteínas de membrana periférica (a veces llamadas extrínsecas), que se encuentran muy cerca o incluso en contacto con una cara de la membrana. membrana, pero no se extienden hacia el núcleo hidrofóbico de la bicapa. Las proteínas integrales de la membrana pueden extenderse completamente a través de la membrana contactando tanto con el entorno extracelular como con el citoplasma.
  • 4.4: El potencial de acción en las neuronas
    El transporte de solutos dentro y fuera de las células es fundamental para la vida. Sin embargo, en las neuronas, el movimiento de iones tiene otra función crucial en los animales metazoarios: la producción de potenciales de acción utilizados para la neurotransmisión. Esta especialización permite una transmisión de información extremadamente rápida a grandes distancias. Un ejemplo que usaría mi mentor al enseñar neurociencia básica a los escolares era una neurona bipolar que se extiende desde el dedo del pie hasta el cerebro.

Thumbnail: La membrana celular, también llamada membrana plasmática o plasmalema, es una bicapa lipídica semipermeable común a todas las células vivas. Contiene una variedad de moléculas biológicas, principalmente proteínas y lípidos, que participan en una amplia gama de procesos celulares. También sirve como punto de unión para el citoesqueleto intracelular y, si está presente, la pared celular. (Dominio público; LadyofHats a través de Wikipedia.


Biología molecular de la célula. 4ª edición.

Aunque la estructura básica de las membranas biológicas la proporciona la bicapa lipídica, las proteínas de membrana realizan la mayoría de las funciones específicas de las membranas. Son las proteínas, por tanto, las que dan a cada tipo de membrana de la célula sus propiedades funcionales características. En consecuencia, las cantidades y tipos de proteínas en una membrana son muy variables. En la membrana de mielina, que sirve principalmente como aislamiento eléctrico para los axones de las células nerviosas, menos del 25% de la masa de la membrana es proteína. Por el contrario, en las membranas involucradas en la producción de ATP (como las membranas internas de las mitocondrias y los cloroplastos), aproximadamente el 75% es proteína. Una membrana plasmática típica se encuentra en algún punto intermedio, y las proteínas representan aproximadamente el 50% de su masa.

Debido a que las moléculas de lípidos son pequeñas en comparación con las moléculas de proteínas, siempre hay muchas más moléculas de lípidos que de proteínas en las membranas & # x02014 aproximadamente 50 moléculas de lípidos por cada molécula de proteína en una membrana que tiene un 50% de proteína en masa. Al igual que los lípidos de membrana, las proteínas de membrana a menudo tienen cadenas de oligosacáridos unidas a ellas que miran hacia el exterior de la célula. Así, la superficie que presenta la célula al exterior es rica en carbohidratos, lo que forma una capa celular, como comentamos más adelante.


Polaridad de la membrana

Un concepto importante que debe entenderse en el contexto de las membranas celulares es la polaridad de la membrana. Significa que las cargas en los dos lados de la membrana celular no son iguales.

En una célula en reposo, el citoplasma tiene más cargas negativas en comparación con el líquido extracelular. Se debe a la presencia de aniones orgánicos en el citoplasma. Además, los iones de potasio continúan difundiéndose fuera de la célula a lo largo del gradiente de concentración. Esto además hace que el citoplasma sea negativo en comparación con el líquido extracelular.

Por otro lado, el líquido extracelular es rico en cationes, siendo los cationes principales los iones de sodio. Debido a esta diferencia de cargas en ambos lados, la membrana celular nunca es neutra. Más bien, muestra polaridad eléctrica. El lado citoplasmático lleva una carga negativa mientras que el lado extracelular lleva una carga positiva entre sí.


Funciones de los fosfolípidos

Como componentes de la membrana, los fosfolípidos son selectivamente permeables (también llamados semipermeables), lo que significa que solo ciertas moléculas pueden atravesarlos para entrar o salir de la célula. Las moléculas que se disuelven en grasa pueden pasar fácilmente, mientras que las moléculas que se disuelven en agua no. El oxígeno, el dióxido de carbono y la urea son algunas moléculas que pueden atravesar la membrana celular con facilidad. Las moléculas grandes como la glucosa o los iones como el sodio y el potasio no pueden pasar fácilmente. Esto ayuda a que el contenido de la celda funcione correctamente y separa el interior de la celda del entorno circundante.

Los fosfolípidos se pueden descomponer en la célula y usarse como energía. También se pueden dividir en moléculas más pequeñas llamadas quimiocinas, que regulan una variedad de actividades en la célula, como la producción de ciertas proteínas y la migración de células a diferentes áreas del cuerpo. Además, se encuentran en áreas como los pulmones y las articulaciones, donde ayudan a lubricar las células.
En los productos farmacéuticos, los fosfolípidos se utilizan como parte de los sistemas de administración de fármacos, que son sistemas que ayudan a transportar un fármaco por todo el cuerpo hasta el área que debe afectar. Tienen una alta biodisponibilidad, lo que significa que son fáciles de absorber por el cuerpo. Valium es un ejemplo de un medicamento que utiliza un sistema de administración de fármacos a base de fosfolípidos.


Estructura y función de la membrana celular

La estructura y las funciones de la membrana celular que se tratan en este artículo deben proporcionar información básica asociada con este orgánulo celular. Siga leyendo para saber más.

La estructura y las funciones de la membrana celular que se tratan en este artículo deben proporcionar información básica asociada con este orgánulo celular. Siga leyendo para saber más.

La membrana celular es una cubierta protectora que actúa como barrera entre el entorno interior y exterior de una célula (en los animales). En las células vegetales, la membrana encapsula el protoplasma. Este orgánulo también se conoce como membrana plasmática. Las imágenes obtenidas mediante micrografía electrónica revelan la estructura bicapa de las membranas celulares. El rasgo característico de este orgánulo es que solo permite el paso de determinadas sustancias. La mayor parte de la investigación llevada a cabo con el propósito de estudiar la estructura de la membrana celular hace uso de glóbulos rojos (RBC), ya que la ausencia de membranas internas y núcleos en los glóbulos rojos hace que el proceso de aislamiento se lleve a cabo con bastante facilidad.

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La información relativa a la función de la membrana celular y su estructura se presenta en los siguientes párrafos. Esta descripción sobre la estructura y las funciones de la membrana celular debería ayudar a comprender mejor el funcionamiento.

Estructura

La membrana celular está formada por dos capas compuestas por fosfolípidos. La bicapa está formada por la disposición de los fosfolípidos de manera que sus regiones de cabeza (que son hidrófilas) se enfrentan al entorno externo así como al entorno citosólico interno. Las colas (hidrófobas) de estos fosfolípidos se enfrentan entre sí. Las fuerzas que subyacen a la formación de esta bicapa son las interacciones electrostáticas, de van der Waals, no covalentes y los enlaces de hidrógeno. Esta peculiar disposición de capas hidrófilas e hidrófobas no permite que los ácidos nucleicos, aminoácidos, proteínas, carbohidratos e iones pasen a través de la bicapa. A continuación se muestran las diversas partes de la membrana celular.

  • Proteínas de membrana integral:
    Estas son estructuras presentes en el interior, el exterior y también en toda la membrana celular. Se puede usar microscopía de fluorescencia y electrónica para ver estas proteínas. Estas proteínas están presentes en toda la superficie de la membrana celular. Ejemplos de estas estructuras incluyen cadherinas, integrinas, fosas recubiertas de clatrina, desmosomas, caveolas, etc.
  • Proteínas de membrana periférica:
    Estas proteínas están unidas / unidas a la superficie de la membrana mediante enlaces de hidrógeno e interacciones electrostáticas. Los enlaces de hidrógeno de estas proteínas periféricas están formados por cabezas de fosfolípidos hidrófilos que forman la bicapa.
  • Esqueleto de la membrana celular:
    La superficie de la membrana celular en el lado del citoplasma está revestida por el citoesqueleto. El marco o citoesqueleto demuestra ser útil en los procesos de orgánulos como los cilios. El citoesqueleto también ayuda a anclar las proteínas de la membrana a la membrana celular.
  • Composición de la membrana celular:
    Las proteínas y los lípidos son componentes importantes que forman la membrana celular. Diferentes mecanismos llevan a cabo la función de incorporación y retirada de materiales dentro y fuera de la membrana. El proceso de fusión de la membrana celular con vesículas intracelulares da como resultado la excreción del contenido presente en las vesículas.

Función

Demarcar los límites de una célula es la función principal de la membrana plasmática. El contenido de una célula está sostenido por esta membrana. No solo apoya la materia presente en las células, sino que también la función de mantener el contacto con otras células la realiza la membrana celular. Las membranas de las células vegetales disfrutan de una protección adicional en forma de paredes celulares; sin embargo, en los animales, la membrana celular es la única cubierta / encapsulación. Las proteínas que componen (o se incrustan en) la membrana llevan a cabo la difusión de elementos de forma selectiva.

La membrana plasmática es una parte importante de una célula, ya que le brinda protección y también ayuda a mantener una forma adecuada. La estructura y las funciones de la membrana celular presentadas en el artículo deberían ayudar a conocer más sobre este orgánulo.

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Estructura de la membrana celular

Si alguna vez se le pidiera a uno que enumerara rápidamente los componentes estructurales y las características de una membrana celular, probablemente necesitaría confiar en algún tipo de guión memorizado previamente, porque la mayoría de los aprendices normales de la UCI no llevan esa información en la cabeza. Para ello, se creó un script:

  • La membrana celular es una barrera física y química que separa el interior de la célula del entorno exterior.
  • Es una bicapa líquida de lípidos con proteínas incrustadas, en las que las proteínas y los lípidos son relativamente móviles en distancias pequeñas.
  • La bicapa lipídica consta de fosfolípidos, que son moléculas anfipáticas (es decir, donde un extremo de la molécula es hidrófilo y el otro extremo es hidrófobo)
  • Los fosfolípidos se agrupan en una bicapa, con "cabezas" ricas en fosfato en el exterior y "colas" de lípidos hidrófobos en el interior.
  • Esta bicapa es impermeable a las moléculas solubles en agua (pero no al agua).
  • Es suave y flexible, y espontáneamente propenso a formar agujeros aleatorios (Movileanu et al, 2006), pero esos agujeros también se autoreparan espontáneamente debido a la difusión bidimensional de los lípidos.

Curiosamente, hemos sabido que esta cosa es un lípido bicapa mucho antes de que la microscopía electrónica lo revelara visualmente. Esto se remonta a la década de 1930.

De todas formas. ¿Qué tan gruesa es esta membrana? Eso es bastante difícil de establecer con precisión. La escala de esta estructura es tan pequeña que incluso las técnicas TEM modernas no están a la altura de la tarea de producir algo mejor que imágenes granuladas de baja resolución, lo que dificulta medir esto con precisión. Los libros de texto varían en su estimación del grosor exacto de fosfolípido a fosfolípido, pero la mayoría de ellos generan algunos números en el orden de 5-10 nm:

El rango más bajo de números (por ejemplo, 4-5 nm) generalmente se refiere a las membranas de los procariotas, citando datos de autores como Gan et al (2008) que informaron sobre el "arquitectura básica de sáculos purificados, congelados-hidratados" (el sáculo es el polímero de peptidoglicano, que es esencialmente una molécula con forma de bolsa grande que envuelve una célula bacteriana). Phillips (2018) tiene unas excelentes microfotografías con pequeños calibres que ilustran el grosor de esta estructura. los Myxococcus y Shewanella las imágenes de arriba fueron robadas descaradamente de su periódico.

También es posible estimar matemáticamente el grosor de una capa lipídica con cierto nivel de confianza. Irving Langmuir (1917) puso un número conocido (de Avogadro) de moléculas de ácido palmítico en un cuerpo de agua y luego calculó el área cubierta por cada molécula, concluyendo que "las moléculas se disponen en la superficie con su dimensión larga vertical" - algo que posteriormente ha sido confirmado por varios otros métodos. En caso de que se lo pregunte, el grosor de una mancha de aceite palmítica es de 2,4 nanómetros. Para el fosfolípido eucariótico típico (por ejemplo, fosfatidilholinas tales como POPC y DLPC), la longitud molecular típica es de aproximadamente 2,1-2,7 nm, lo que da un espesor de bicapa de aproximadamente 4-6 nm.

La membrana completa, por supuesto, termina pareciendo más gruesa que esto (de ahí las estimaciones de 7-10 nm) porque está llena de proteínas y polisacáridos, de modo que toda la membrana probablemente se asemeja a un "pavimento de adoquines" (Takamori et al, 2006 ) con la bicapa lipídica actuando como un mortero delgado entre grandes grupos gruesos de proteínas transmembrana. Nuevamente, tomando prestado (robando) descaradamente de Phillips (2018), el siguiente diagrama demuestra los tamaños relativos de estas estructuras transmembrana.

Por supuesto, este hermoso diagrama CGI no representa lo que es probable que el alumno de la UCI produzca en el examen, cuando la pregunta les pide que "describir, con la ayuda de un diagrama, la estructura de la membrana celular". Probablemente se vería así:

Los elementos mínimos que se esperan de tal diagrama son difíciles de reconstruir a partir de los comentarios de los examinadores universitarios a la Pregunta 16. Todo lo que dijeron fue que la estructura "en general, estuvo bien cubierto por la mayoría de los candidatos". Partiendo de la nada, se podría concluir que el mínimo probablemente consista en lo siguiente:

  • Una bicapa lipídica con cabezas hidrófobas y colas hidrófilas claramente etiquetadas
  • Proteínas transmembrana, integrales y de superficie
  • Polisacáridos
  • Un espesor de membrana
  • Carga negativa superficial e iones adsorbidos

Función de los esteroides en el cuerpo humano: colesterol y hormonas esteroides.

El otro tipo de lípidos son los esteroides.

A diferencia de los fosfolípidos y triglicéridos, los esteroides tienen una estructura de anillo fusionado.

Aunque no se parecen a los demás lípidos, se agrupan con ellos porque también son hidrófobos e insolubles en agua.

Todos los esteroides tienen cuatro anillos de carbono enlazados y varios de ellos, como el colesterol, tienen una cola corta.

Muchos esteroides también tienen el grupo funcional –OH, lo que los coloca en la clasificación de alcohol (esteroles).

Funciones del colesterol

El colesterol es el esteroide más común.

El colesterol se sintetiza principalmente en el hígado y es el precursor de muchas hormonas esteroides tales como testosterona y estradiol, que son secretados por las gónadas y glándulas endócrinas.

El colesterol también es el precursor de sales biliares, que ayudan en la emulsificación de las grasas y su posterior absorción por las células.

Aunque los legos a menudo se refieren al colesterol en términos negativos, es necesario para el correcto funcionamiento del organismo. Es un componente de la membrana plasmática de las células animales y se encuentra dentro de la bicapa de fosfolípidos.

Al ser la estructura más externa de las células animales, la membrana plasmática es responsable del transporte de materiales y del reconocimiento celular y participa en la comunicación de célula a célula.


Ver el vídeo: ESTRUCTURA Y FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA (Agosto 2022).