FISIOLOGA DE LA MEMBRANA PLASMTICA1.- Estructura y composicin de
la membrana plasmtica 2.- Mecanismos generales de permeabilidad y
transporte a travs de la membrana plasmtica. Transporte pasivo:
difusin simple y difusin facilitada. Transporte activo: transporte
activo primario y transporte activo secundario. Transporte
vesicular: Endocitosis, Exocitosis. 3.- Estructura y propiedades de
los canales inicos 4.- Fisiologa general de la comunicacin celular
Tipos de comunicacin celular y mecanismos generales Clasificacin de
las molculas sealizadoras o mensajeros qumicos Tipos y funciones de
receptores de los mensajeros qumicos Vas de transduccin
intercelular de las seales
Qu entendemos por FISIOLOGA1.- (Del lat. physiolog a, y este del
gr. f. Ciencia que tiene por objeto el estudio de las funciones de
los seres orgnicos (RAE). ).
2.- (del griego physis, naturaleza, y logos, conocimiento,
estudio) es la ciencia biolgica que estudia las funciones de los
seres orgnicos (Wikipedia). La fisiologa tiene varias ramas:
Fisiologa celular, de tejidos, de rganos, veterinaria o animal,
humana, y comparada.
Qu entendemos por FISIOLOGA CELULAR
Es el estudio de las funciones y de la actividad coordinada de
clulas tejidos y rganos
Qu entendemos por FISIOLOGA
Concepto de HomeostasisEs el mantenimento de las condiciones
estables, o constantes, del medio interno (Bernard, 1856)
Qu se controla con la Homeostasis
Sistema nervioso (Rpida adaptacin) -sensitiva -de integracin
-motora
Sistema N. Central
Hormonal (Adaptacin lenta) La reproduccin(?). Sistema de
adaptacin de un grupo
La membrana plasmtica1.- Estructura y composicinEspesor 7-10
nm
Funciones:
La membrana plasmtica
Cada clula est limitada por una membrana celular que acta para:
1. Conservar la integridad estructural de la clula 2. Controlar el
movimiento se sustancias 3. Regular interacciones entre las clulas
4. Reconocer mediante receptores, antgenos o clulas extraas 5.
Actuar como un interfaz entre el citoplasma y el medio externo 6.
Establece sistemas de transporte para molculas especficas 7.
Transferir seales fsicas o qumicas extracelulares a fenmenos
intracelulares
Micrografa electrnica-Plasmalema tiene alrededor de 7,5 nm de
grosor -Estructura trilaminar
Cara P: superficie externa de la hojuela Interna Cara E:
superficie interna de la hojuela externa 2.
1.
Composicin de la MembranaLPIDOS Fosfolpidos Los fosfolpidos son
molculas anfipticas. Cabezas Hidrofilicas Colas son no polares, por
lo cual presentan fobia por el agua (Hidrofbicas).
Movimientos de los fosfolpidos
-Flip- Flop - Difusin Lateral - Rotacin - Flexin
Colesterol
La membrana plasmticaEstructura y composicinProtena 10%
Fosfolpidos 75% Colesterol 5% otros lpidos 4% Carbohidratos 3%
CarbohidratosLos glcidos de la membrana se presentan en forma de
oligosacaridos. En todos los casos se encuentran unidos en forma
covalente a lpidos, constituyendo glucolpidos, o a protenas,
constituyendo las glucoprotenas.
Carbohidratos de membrana (el glucocliz)
90% glucoprotena 10% glucolpido
Funcin:1)Carga 2)Adhesin entre clulas diferentes 3)Receptores
para otras molculas 4)Receptores para el reconocimiento
inmunitario
Las Protenas de la membranaPrincipalmente glucoproteinas
Integrales (o intrnsecas) hidrofbicas Perifricas (o extrnsecas)
hidroflicas uniones dbiles
Canales de protenas (poros) Protenas de transporte
(acarreadoras) Enzimas
Los lpidos de membranaDoble capa de fosfolpidosEtanolamina
Serina Colina inositol
Modelo de mosaico lquidoDifusin lateral Flip flop Flexin
Rotacin
colesterol
Transporte en la membrana celularTransp rte n mediad Transp rte
mediad Transp rte vesicular
Difusin a travs de la capa lipdica
Difusin p r canales
Difusin facilitada Pasi
Pasi
Pasi
2. Mecanismos generales de permeabilidad y transporte a travs de
la membrana plasmtica1. Difusin pasiva: Respiracin. 2. Difusin
facilitada: Inica 3. Transporte activo: Glucosa, aminocidos
Transporte en la membrana celular1.Transporte pasivo. Es un
proceso de difusin de sustancias a travs de la membrana. Se produce
siempre a favor del gradiente, es decir, de donde hay ms hacia el
medio donde hay menos. Este transporte puede darse por: 1.1.Difusin
simple . Es el paso de pequeas molculas a favor del gradiente;
puede realizarse a travs de la bicapa lipdica o a travs de canales
proteicos.
Difusin
Factores que afectan la velocidad de difusin Gradiente de
concentracin Temperatura Tamao de la masa de la sustancia rea
superficial de la membrana Distancia de difusin
Transporte en la membrana celular1.1.1. Difusin simple a travs
de la bicapa. As entran molculas lipdicas como las hormonas
esteroideas, anestsicos como el ter y frmacos liposolubles. Y
sustancias apolares como el oxgeno y el nitrgeno atmosfrico.
Algunas molculas polares de muy pequeo tamao, como el agua, el CO2,
el etanol y la glicerina, tambin atraviesan la membrana por difusin
simple. La difusin del agua recibe el nombre de smosis
smosisH2ONaClPresin osmtica
Osmosis: Es el movimiento neto de agua por efecto de una
diferencia de concentracin entre los dos lados de la membrana. El
flujo de agua de una parte a lo otra est condicionado directamente
por el gradiente de concentracin. La tendencia del agua a moverse
puede ser equilibrada por una presin determinada
Presin osmtica
Transporte en la membrana celular1.1.1.1 Difusin simple a travs
de canales. Se realiza mediante las denominadas protenas de canal.
As entran iones como el Na+, K+, Ca2+, Cl-. Las protenas de canal
son protenas con un orificio o canal interno, cuya apertura est
regulada, por ejemplo por ligando, como ocurre con
neurotransmisores u hormonas, que se unen a una determinada regin,
el receptor de la protena de canal, que sufre una transformacin
estructural que induce la apertura del canal.
Apertura y cierre de las puertas: 1.Puertas dependientes de
voltaje (compuertas de voltaje) 2.Puertas de control Qumico
(compuerta ligando)
1
2
Canales de protena1. Permeabilidad Selectiva 2. Presenta muchas
puertas (puentes) Selectividad: condicionada a dimetro, forma y
naturaleza de la carga elctrica Canales de sodio Canales de
potasio
Canales inicos No se unen al soluto, sino forman poros
hidroflicos permitiendo el paso exclusivo de iones Transporte rpido
No sufre cambios conformacionales
Poros hidroflicos
Compuertas de abertura
Difusin a travs de la membrana celular1. Difusin simple
Liposolubles O2, N2, CO2, alcohol No liposolubles H2O, urea
2.Difusin facilitadaGlucosa Amonocidos
Transporte en la membrana celular1.1.2 Difusin facilitada .
Permite el transporte de pequeas molculas polares, como los
aminocidos, monosacridos, etc, que al no poder atravesar la bicapa
lipdica, requieren que protenas trasmembranosas faciliten su paso.
Estas protenas reciben el nombre de protenas transportadoras o
permeasas que, al unirse a la molcula transportadora sufren un
cambio en su estructura que arrastra a dicha molcula hacia el
interior de la clula.
Difusin facilitadaMediada por un transportador
Glucosa varios monosacridos Aminocidos Vitamina BLa Insulina
puede aumentar hasta 20 veces la velocidad de difusin de la
glucosa
Transporte en la membrana celular
1
2
3
4
Transporte en la membrana celularTransporte mediado
Transporte a tivo primario
Transporte a tivo se undario
Difusin fa ilitada Pasivo
tivo
tivo
Transporte en la membrana celular1.2. Transporte activo. En este
proceso tambin actan protenas de membrana, pero stas requieren
energa, en forma de ATP, para transportar las molculas al otro lado
de la membrana. Se produce cuando el transporte se realiza en
contra del gradiente electroqumico. Son ejemplos de transporte
activo la bomba de Na/K, y la bomba de Ca.
Transporte en la membrana celular1.2.1. La bomba de Na+/K+
Requiere una protena transmembranosa que bombea Na+ hacia el
exterior de la membrana y K+ hacia el interior. Esta protena acta
contra el gradiente gracias a su actividad como ATP-asa, ya que
rompe el ATP para obtener la energa necesaria para el
transporte.
Transporte activo Lo realizan protenas transportadoras con
utilizacin de energa
PRIMARIOATP
SECUNDARIOLa energa deriva de un almacenamiento energetico
realizado en un T.A. primario
Transporte activo primarioBomba de sodio y potasioTraslada ines
Na+ al medio externo de la clula y hace fluir iones K+ al interior
Est presente en todas las clulas del cuerpo Es responsable del
mantenimiento de las diferencias de concentracin del Na+ y el K+
entre exterior e interior de la clula Es responsable del potencial
elctrico negativo al interior Y a la base del proceso de transmisin
de las seales en el sistema
Bomba de sodio y potasio
Funciones Control del volumen celular Efecto electrognico
Bomba de sodio y potasio
Transporte activo secundarioUnitransporte o uniport Cotransporte
o symportNa+
Contratransporte o antiportH+(Ca2+)
Glucosa Na+
Transporte activo secundario
Transporte activo secundario
Transporte activo secundario
Transporte en la membrana celular
Transporte vesicular
Endocitosis
Exocitosis
Mediada por r. PinocitosisVIH Gotas ext.
Fagocitosis NeurotransmisoresG. Bcos.
Hormonas
Enzimas digestivas
Transporte vesicularLa endocitosis es un proceso celular que
consiste en la invaginacin de la membrana citoplasmtica, formando
una vescula con contenido diverso que es as transportado del
exterior de la clula al interior. La endocitosis es el mtodo que
utilizan las neuronas para recuperar un neurotransmisor liberado en
la brecha sinptica, para ser reutilizado. Sin este proceso, se
producira un fracaso en la transmisin del impulso nervioso entre
neuronas.
Transporte vesicularLa exocitosis es el proceso celular por el
cual las vesculas situadas en el citoplasma se fusionan con la
membrana citoplasmtica, liberando su contenido. La exocitosis se
observa en muy diversas clulas secretoras, tanto en la funcin de
excrecin como en la funcin endocrina. Tambin interviene la
exocitosis en la secrecin de un neurotransmisor a la brecha
sinptica, para posibilitar la propagacin del impulso nervioso entre
neuronas. La secrecin qumica desencadena una despolarizacin del
potencial de membrana, desde el axn de la clula emisora hacia la
dendrita (u otra parte) de la clula receptora.
El transporte vesicular El transporte en el S. Vacuolar
Citoplasmtico se lleva a cabo por medio de vesculas, pequeas bolsas
limitadas por membrana que se desprenden como brotes de un
compartimento dador y viajan por el citosol hasta alcanzar el
compartimento receptor; entonces se fusionan a este ltimo.
El transporte vesicular Cada vescula tiene un continente (la
membrana) y un contenido (su naturaleza depender de cul sea el
compartimento dador); ambos se desplazan de un compartimento a
otro. Cuando se produce la fusin al compartimento receptor, el
contenido de la vescula se vuelca al lumen del mismo. La membrana
vesicular, por su parte, se incorpora a la membrana receptora. Si
la estructura diana es la membrana plasmtica, entonces el contenido
es vertido al medio. En su trayecto de una cisterna a otra, las
vesculas son movidas por elementos del citoesqueleto.
El transporte vesicular
El transporte vesicular
Exocitosis
El transporte vesicular
Endocitosis
Fagocitosis y Pinocitosis Molculas demasiado grandes para los
canales. Membrana cubre la partcula. Membrana se corta y forma
vescula. SOLIDOS LQUIDOS FAGOCITOSIS PINOCITOSIS
FagocitosisDetecta Extensin de Pseudpodos
Encierra
Participa el citoesqueleto celular. Hay gasto de ATPIngresa
vescula
Micrografa electrnica de un neutrfilo fagocitando bacteria.
Fagocitosis Clulas engullen partculas grandes como bacterias,
desechos celulares o incluso otras clulas. La unin de las partculos
a receptores de membrana de la clula fagoctica dispara la formacin
de Pseudpodos. Los pseudpodos rodean la partcula y se funden para
formar un fagosoma. Fagosomas se unen a lisosomas: fagolisosoma,
para digerir el material.
Detecta
PinocitosisInvagina
Ingreso de fluidos Vescula pinoctica Proceso comn en
eucariontes.
Vescula
USO
ExocitosisLiberacin Adherencia
Fusin
Vescula
Exocitosis Opuesto a endocitosis. Vescula exoctica se fusiona
con membrana celular. Liberacin al extracelular. Membrana de
vescula incorporada a membrana celular. Participa citoesqueleto
celular. Usa energa.
Micrografa electrnica: secrecin de insulina de una vescula
secretoria de una clula pancretica tipo b.
Endocitosis Mediada por ESPECFICO ReceptoresLigando
Receptor Membrana invagina, forma vescula Endosoma
Reciclado de receptores EXOCITOSIS
Enzimas
separan
Formacin Lisosoma
Endocitosis Mediada por Receptores Mecanismo selectivo para el
ingreso de molculas. Las macromolculas a ingresar se unen a
receptores especficos de membrana. Receptores acumulados en
regiones de membrana especializadas (citoesqueleto).
Endocitosis Mediada por Receptores Formacin de hoyos cubiertos
de Clatrina por invaginacin de membrana. Se liberan vesculas
revestidas de Clatrina que contienen macromolculas unidas a su
receptor. Vescula se fusiona con endosoma y se distribuyen sus
contenidos.
Clathrin coated pits
invaginacin
Clathrin coated vesicles
Ingreso de lipoprotenas al oocyto de gallinas para formar la
yema.
Esqueleto triple de Clatrina
Probable estructura de una vescula cubierta de clatrina
Macromolcula de LDL. Colesterol esterificado y cidos grasos en
el interior. Monocapa de fosfolpidos. Protena mediadora de unin
especfica a clulas.
Schematic diagram of an LDL particle.
Endocitosis mediada por receptor.Hoyo cubierto de Clatrina 1
min
LDL y su receptor. Similar a insulina y hormonas internalizadas
por endocitosis mediada por receptores.
segundos
Endosoma temprano
Unin con vescula seleccionadora
Endosoma tardo
Mutacin del Receptor, no se une a hoyo revestido de clatrina. No
ingresa a la clula. Hipercolesterolemia.
SIDA Endocitosis Mediada por ReceptoresVirus de HIV Unin
Receptores CD4
Linfocito T
CAMINOS POSIBLES DE RECEPTORES INGRESADOS POR ENDOCITOSIS
Canales inicos
CARACTERSTICAS Y TIPOS DE CANALES INICOS Los canales proteicos
forman simplemente poros abiertos en la membrana, permitiendo a
molculas de tamao y carga apropiados pasar libremente a travs de la
bicapa lipdica. Porinas, que permiten el libre paso de iones y
pequeas molculas polares a travs de la membrana exterior de
bacterias. Canales proteicos de agua, que permiten a las molculas
de agua cruzar la membrana mucho ms rpidamente de lo que puede
difundir a travs de la bicapa fosfolipdica. Canales inicos, que
median el paso de iones a travs de la membrana plasmtica. Aunque
dichos canales se encuentran en las membranas de todas las clulas,
son de relevante importancia en: Nervio Msculo
Son responsables de la transmisin de seales elctricas.
Propiedades relevantes de los canales inicos para su funcin:El
transporte de iones a travs de estos canales es extremadamente
rpido. Ms de un milln de iones por segundo puede fluir a travs de
ellos (107-108 iones/sg). Flujo mil veces mayor que la velocidad de
transporte de una protena transportadora. Son altamente selectivos
a un tipo de ion. En algunos casos su apertura y cierre puede
encontrarse regulada en respuesta a estmulos especficos.
1.
Propiedades relevantes de los canales inicos para su funcin
respuesta a la unin de Canales regulados por ligandos: abren en
determinados neurotransmisores u otras molculas 2. Canales
regulados por voltaje: abren en respuesta a cambios en el potencial
elctrico a travs de la membrana plasmtica 3. Canales regulados por
un impulso mecnico: abren en respuesta a una accin mecnica
PROPIEDADES MOLECULARES DE LOS CANALES INICOS REGULADOS POR
VOLTAJE
Propiedades de los canales inicos regulados por voltaje que
permiten a las clulas nerviosas conducir impulsos elctricos:1.
Abren en respuesta a cambios en el potencial de membrana 2.
Posteriormente el canal se cierra e inactiva 3. Presentan una
especificidad exquisita por los iones a los que permiten pasar. 4.
Inactivacin. Cierre espontneo.
Modelo esquemtico de un canal inico regulado por voltaje
CICLO DE FUNCIONAMIENTO DE UN CANAL DE Na+ REGULADO POR VOLTAJE
Por informacin de la que actualmente se dispone se propone el
siguiente mecanismo cclico para el funcionamiento de un canal de
Na+ regulado por voltaje:
Comunicacin entre clulas
Unin adherente (Adhesion junction)
Unin firme (Thight junction)
Unin de la hendidura (Gap junction)
Cmo se comunican las clulas1) Mediante mensajes qumicos 2)
Mediante mensajes elctricos El mensaje de naturaleza qumica puede
venir de la clula a s misma (comunicacin autocrina) o a las clulas
adyacentes (comunicacin paracrina) por difusin simple, o bien
utilizando sistemas de secrecin especializados, como las sinapsis
(comunicacin nerviosa), o bien todava vaciando sustancias en la
sangre (comunicacin endocrina)
COMUNICACIN QUMICA
Paracrina
Epicrina
Autocrina Endocrina
neurocrina
Comunicacin elctrica
Sinapsis elctrica
Sincitio miocrdico
La respuesta de una clula depende de los receptores (especficos
y de alta afinidad)
Transduccin de la sealAl unirse la hormona con el sitio efector,
se inicia la transduccin, la cual puede interaccionar con otros
componentes celulares. Las hormonas esteroideas y tiroideas son
liposolubles y entran a las clulas libremente y se unen a las
protenas del citosol. Los complejos resultantes translocan al ncleo
donde se unen a elementos regulatorios en el DNA estimulando o
inhibiendo la transduccin de genes especficos. Todas las dems
hormonas se unen a los receptores celulares localizados en la
membrana de la clula blanco.
Transduccin de la sealSistema en cascada: Un mecanismo de
transduccin de cascada es un sistema de amplificacin donde una
reaccin inicial resulta en la generacin de mltiples reacciones
secundarias que se desencadenan a partir de una primera.
Traduccin de la seal
Seal
Calcio Fosfolipasa g Protena G IP3
