U N I D A D I : C L U L A

BIOLOGIA TERCEROBT-03

MODELO DE MEMBRANA Y TRANSPORTE

2INTRODUCCINLa clula se considera como la unidad estructural y funcional de los seres vivos, ello significa quedebe tener la capacidad de conseguir materia y energa para reparar, mantener, y construir cadaparte de ella, y adems, producir copias de s misma para perdurar en el tiempo (reproducirse),esto implica que cada ser vivo debe ser una clula (organismo unicelular) o debe estar formadopor un conjunto organizado de ellas (organismo pluricelular).Toda clula para poder cumplir con estas tareas debe tener al menos: Lmite Citoplasma Material gentico

Limite celularEl lmite celular es el que determina un medio interno y asegura el perfecto funcionamientocelular. Este lmite, tiene permeabilidad selectiva, es decir selecciona lo que entra o lo que sale dela clula, para ello tiene una estructuracin relativamente compleja basada en la presencia defosfolpidos, carbohidratos y protenas.

Pared celularLa pared celular se encuentra formando parte del lmite celular en organismos como Eubacterias osimplemente Bacterias, Protistas, Fungi y Plantas. Su composicin vara en las distintas especies,en los distintos tejidos de una misma especie y entre clulas.En las clulas vegetales se encuentra una pared constituida principalmente por celulosa. Su altaporosidad permite el paso de agua y solutos disueltos. La clula vegetal no pierde comunicacincon clulas vecinas, gracias a la presencia de plasmodesmos (poros de 40 mm. de dimetro)que comunican los citoplasmas de un tejido. En las clulas de los Hongos las paredes celularesestn constituidas por quitina y en los protistas de celulosa reforzadas por sales de carbonatode calcio y slice .En las bacterias esta compuesta de peptidoglucano (mureina).A pesar de la diversidad de las molculas constituyentes de las paredes celulares de Plantas,Hongos, Protistas y Bacterias la funcin de la pared es la de otorgar: resistencia, proteccin ya cada clula su forma tpica.

Figura 1. Clula vegetal destacndose una fuerte pared celular constituida principalmente por celulosa.

Pared celular

Cloroplasto

Vacuolacentral

Ncleo

3Membrana celularEs la estructura que rodea a la clula y la separa del medio. A travs de ella se efecta elintercambio de sustancias qumicas que permiten mantener la integridad de la clula y realizar losprocesos metablicos. En las clulas eucariontes, adems de la membrana celular hay otrasmembranas que separan compartimentos internos.La membrana celular es una bicapa lipdica compuesta por fosfolpidos (molculas anfipticas)y que en las clulas animales tambin se observa colesterol; esta bicapa cuenta con protenasintegrales y extrnsecas que le dan la funcionalidad al cumplir roles de transportadores,receptores, catalizadores, unin; y tambin posee oligosacridos, carbohidratos unidos a lpidosy protenas que forman el glucoclix con funcin de reconocimiento celular.

Tabla N 1: Componentes de la membrana celular.

Componente %1. Lpidos 46

Colesterol 22Fosfolpidos 20Otros lpidos 4

3. Protenas 462. Glcidos 8

Figura N 2. Dibujo que muestra en tres dimensiones la membrana celular animal.

4GlucosaCa+2

Ca+2Aminocidos

GlucosaUrea

Aminocidos

Glicerol H2O

UreaH2OGlicerol

O2

N2O2

N2

La membrana celular transduce seales hormonales y nerviosas; conduce potenciales deaccin electroqumicos en clulas excitables; regula el movimiento de sustanciasdesde y hacia la clula, manteniendo la concentracin intracelular de molculas en losniveles adecuados para que se realicen los procesos celulares bsicos.

Transporte a travs de la membranaA continuacin se presentan los tipos de molculas que pueden cruzar una bicapa lipdica y lasque se ven imposibilitadas de cruzarla.

Figura N 3. Permeabilidad de una bicapa de fosfolpidos frente a distintas sustancias.

Sobre el agua es importante sealar que, si bien el agua es capaz de difundirse a travs de labicapa lipdica, esta no es la va principal en todas las membranas celulares. Se encontr tanto enclulas de plantas y de animales que las molculas de agua utilizan canales proteicos llamadosacuaporinas. Aunque son especficos, estos permitiran el trnsito de solutos neutros ypequeos como la urea y el glicerol.

Tipos de transporte a travs de la membrana.

Difusin: es el desplazamiento neto de molculas a presin y temperatura constante,desde zonas de mayor concentracin a zonas de menor concentracin; Ej. O2, CO2,hormonas lipdicas como; testosterona, progesterona, estrgenos, aldosterona y cortisol.Es un transporte pasivo.

Osmosis: es el paso de agua a travs de una membrana semipermeable que separa dossoluciones de distinta osmolaridad, se trata de un transporte pasivo. La osmolaridad deuna solucin corresponde a su capacidad de retener y captar agua. Relacionado con laosmosis se tiene la tonicidad, que corresponde a la presin osmtica de una solucinrespecto a la del plasma: hipotnica, menor que la del medio intracelular; isotnica,igual a la del medio intracelular; e hipertnica, mayor a la del medio intracelular (TablaN 2 y Figura N 4)

5Las clulaspierden agua yse arrugan H2O H2O

H2O H2OVacuola

Hipertnica(solucin de salconcentrada)

Isotnica(concentracinnormal de sal)

Hipotnica(agua destilada)

A. Clula animal(glbulo rojo)

B. Clula vegetal

El cuerpo celular seencoge y se separa dela pared celular

Las clulascaptan agua,se hinchan yestallan

La clula se vuelvergida pero en generalmantiene su formaporque est presentela pared celular

Tabla N 2. Cambios en clulas animales y vegetales, en medios con distintas tonicidades.

MedioExtracelular

Medio Intracelular

Clula vegetal Clula animal

Hipotnico Ingresa aguaTurgenciaIngresa agua

Aumenta volumenCitlisis

Isotnico No hay cambios No hay cambios

Hipertnico Sale aguaPlasmolisisSale agua y baja volumen

Crenacin

Figura N 4. Cambios en clulas animales y vegetales, en medios con distintas tonicidades.

6 Transporte facilitado por protenas de membrana: protenas de canal y transportadoras. Protenas de canal: Los canales son estructuras proteicas que forman un conducto en la

membrana, son conductos hidrfilos muy especficos, por ellos se habla de canales de Na+,canales de K+, canales de Ca2+. El paso es favor de un gradiente de concentracin oelectroqumico, por lo tanto, pasivo. Los canales pueden estar siempre abiertos, opueden ser regulados por distintos tipos de estmulos, segn el tipo de canal inico, loscompuestos del canal se abren en respuesta a cambios del potencial de membrana; amolculas mensajeras o ligandos internos y externos y a la estimulacinmecnica (Figura N 5).

Figura N 5. Los canales inicos regulados responden a distintos tipos de estmulos. Segn el tipo de canalinico, compuertas del canal se abren en respuesta a una alteracin de la diferencia de voltaje a travs de lamembrana (A); a la unin de un ligando qumico al canal, sea en el lado externo (B) o en el interno (C) dela clula, o a la estimulacin mecnica (D).

Protenas de transporteLos transportadores tienen uno o ms sitios de unin especficos para la sustancia o sustanciasa transportar, son saturables y pueden ser bloqueados, transportan pasivamente (difusinfacilitada) o activamente (transporte activo). Las protenas transportadoras puedenclasificarse como: uniportes, simportes y antiportes (Figura N 6).

Figura N 6. Clasificacin de protenas transportadoras.

CERRADO

ABIERTO

(A) Reguladopor voltaje

(B) Reguladopor ligando(ligadoextracelular)

(C) Reguladopor ligando(ligandointracelular)

(D) Regulado porestimulacin mecnica

CITOSOL

Ion cotransportadoMolcula transportadora

Bicapa lipdica

Ioncotransportado

UNIPORTE SIMPORTADOR ANTIPORTADORTRANSPORTE ACOPLADO

7Algunas protenas transportadoras, transportan un slo soluto a travs de la membrana(uniportadoras). Por el contrario, en el transporte acoplado la transferencia de un soluto dependede la transferencia simultnea o secuencial de otro soluto, sea en la misma direccin(simportador) o en la direccin opuesta (antiportador). Los uniportadores, los simportadores y losantiportadores, median tanto el transporte pasivo como el transporte activo. Difusin facilitada: Es un tipo de transporte pasivo de un tipo de soluto, a travs de una

protena de transporte, a favor del gradiente: qumico, fsico o elctrico.

Transporte activo: Se realiza contra el gradiente de concentracin, qumico o elctrico, lasprotenas transportadoras que lo realizan aprovechan alguna fuente de energa.

Transporte activo sin cambios estructuralesCuando el transporte activo se realiza directamente acoplado al gasto energtico, se dice quees primario. Un ejemplo es la bomba de Na+/K+ ATPasa que acopla el transporte de Na+ haciael exterior con el transporte de K+ hacia el interior (antiporte) ambos en contra de sugradiente, el proceso se realiza con consumo de ATP. Esta actividad mantiene el potencial demembrana y hace posible que funcionen procesos de transporte activo secundario.Las clulas animales mantienen concentraciones de Na+ y K+ intracelulares que difieren muchode las extracelulares Tabla N 3.

Tabla N 3. Concentraciones intra y extracelulares de Na+ y K+

Medio intracelular Medio extracelular

Na+ 10 mmol/L 150 mmol/L

K+ 140 mmol/L 4 mmol/L

8La responsabilidad de mantener esta diferencia de concentraciones es de la bomba Na+- K+ATPasa, bombeando K+ hacia dentro y Na+ hacia fuera de la clula. Bsicamente funciona como semuestra en la figura N 7.

Figura N 7. Esquema de la bomba sodio potasio ATPasa.

1. El ATP fosforila la bomba que se encuentra unida al sodio (3 iones).2. La unin del grupo fosforilo hace disminuir la afinidad por el sodio, el que es vertido al

medio extracelular y aumenta la afinidad por el potasio.3. Iones potasio (2 iones) del medio extracelular se unen a la protena.4. La hidrlisis del enlace fosforilo-protena permite que la protena retorne a su configuracin

inicial y adquiera alta afinidad por sodio y baje la afinidad por potasio. Este ltimo se vierteal citoplasma.

5. Tres iones sodio se unen a la protena y se reanuda el ciclo.

ATP

9Transporte activo con cambios estructurales.Endocitosis en la cual pequeas porciones de membrana se invaginan para englobar sustanciasslidas (fagocitosis) o fluidas (pinocitosis) (Figura 8).

Figura N 8. Las clulas pueden realizar los procesos de endocitosis.

Exocitosis es un fenmeno inverso a la endocitosis y las sustancias son descargadas fuera de laclula como protenas de secrecin: hormonas, enzimas; o simplemente sustancias de desecho(Figura N 9).

.

Figura N 9. La exocitosis es la fusin de vesculas con la membrana plasmtica, de lo que resulta laexportacin de partculas grandes. a) El diagrama muestra una vescula que se aproxima a la membranaplasmtica, se fusiona con ella y libera su contenido fuera de la clula. b) Micrografa electrnica detransmisin en la que se observa la exocitosis de los componentes protenicos de la leche por una clula deglndula mamaria.

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Preguntas de desarrollo1. Si una molcula es polar sin carga, cul ser su mecanismo de transporte a travs de la

membrana biolgica?......

2. Sobre tonicidada) Indique los fenmenos que ocurren a una clula bacteriana sumergida en un medio

hipotnico..b) Qu fenmenos le ocurre a una clula animal sumergida en un medio hipertnico?....

3. Indique tres estmulos que provocan la apertura de las protenas de canal....

4. Mencione las caractersticas principales del transporte activo...

5. Cules son las diferencias entre el transporte activo y difusin facilitada?.

6. Las protenas transportadoras se pueden clasificar comoa) b) ..c) ..

7. Defina- endocitosis ..- exocitosis ..

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Preguntas de seleccin mltiple

1. La estructura de la membrana celular responde al modelo de mosaico fluido, el cual secaracteriza por poseerA) dos capas de polisacridos.B) una capa de fosfolpidos y azcares.C) doble capa de protenas con algunos monosacridos.D) cidos nucleicos y protenas dispuestos irregularmente.E) doble capa lipdica y protenas dispuestas irregularmente.

2. El esquema corresponde a una representacin de una bcapa lipdica (slo estructurada porfosfolpidos) y su comportamiento frente al transporte de las molculas: X, R y Z.

Al respecto se puede afirmar correctamente que, la molculaI) X corresponde a la glucosa.II) R corresponde al oxgeno.III) Z corresponde al dixido de carbono.

A) Solo I.B) Solo II.C) Solo III.D) Solo II y III.E) I, II y III.

3. Sobre la bomba Na+/k+ ATPasa, es correcto afirmar queI) es de origen proteico.II) utiliza energa derivada de la hidrlisis del ATP.III) transporta molculas en direccin energticamente desfavorable.

A) Solo I.B) Solo II.C) Solo III.D) Solo I y II.E) I, II y III.

X R Z

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4. De la pared celular vegetal, se puede afirmar correctamente queI) posee celulosa en su constitucin.II) puede considerarse constituyente selectivo.III) provee a la clula resistencia y proteccin.

A) Solo I.B) Solo II.C) Solo I y II.D) Solo I y III.E) Solo II y III.

5. Cul de las siguientes molculas NO es un componente estructural de la membranaplasmtica de una clula animal?A) Colesterol.B) Fosfolpido.C) Triglicrido.D) Glicoprotena.E) Protenas integrales.

RESPUESTAS

DMON-BT03

Preguntas 1 2 3 4 5Claves E E E D C

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