Cmo entran y salen sustancias de la clula

CAPTULO IIIESTRUCTURA Y FUNCIN DE LA MEMBRANA PLASMTICAINDICE

I .- LA ESTRUCTURA Y FUNCIN DE LA MEMBRANA PLASMTICA

I.1.- FUNCIONES DE LA MEMBRANA

1. Divisin en compartimientos2. Sitios para las actividades bioqumicas3. Provisin de una barra con permeabilidad selectiva4. Transporte de solutos5. Respuesta a seales externas6. Interaccin celular7. Transduccin de energa II.-ESQUEMA DEL MODELO FLUIDO DE MEMBRANAOrganizacin molecular: modelo de mosaico fluido

Precedentes histricos

El modelo del Mosaico Fluido

III.-LA COMPOSICION QUIMICA DE LAS MEMBRANAS

Estudio in situ

Lpidos de membrana

FOSFOGLICERIDOS ESFINGOLPIDOS COLESTEROL

La naturaleza e importancia de la bicapa lpidica

a) Naturaleza anfiptica de las membranasb) Organizacin de los lpidos de las membranas

c) Doble capa de lpidos

d) La integracin de las bicapas es un proceso de autoensamblaje

Carbohidratos de la membrana

IV.-ESTRUCTURA Y FUNCIONES DE LAS PROTEINAS DE LA MEMBRANA.

1.-Protenas integrales

Tipos de protenas integrales Protenas integrales transmembranales Protenas integrales no transmembranales

Integrales unidas a GPI (Glucosil fosfatidil inositol)

Integral unida mediante una -hlice embebida en monocapa

2.-protenas perifricas

3.-protenas fijadas con lpidos

IV.- LIPIDOS DE MEMBRANA Y FLUIDEZ DE LA MEMBRANAVI.- PAPELES FISIOLOGICOSVII.- MOVIMIENTO DE SUSTANCIAS DENTRO DE LA CLULA

La energtica del movimiento de solutosI.-Cmo entran y salen sustancias de la clula

I.1.-El movimiento del agua y los solutos

A la manera del agua

II.-Transporte a travs de la membrana celular:

II.1.-Transporte pasivo o difusin

Difusin simple

Difusin facilitada Filtracin

Osmosis

En una clula animal

Mientras que una clula vegetal

II.2.-Transporte activo

En contra de la corriente

Transporte activo primario: Bomba de sodio y potasio

Transporte activo secundario o cotransporte:

Bomba de calcio Unin del transporte activo con la hidrlisis de ATPII.3.-Transporte de macromolculas o partculas

Empaque y manejo

Las macromolculas o partculas grandes se introducen o expulsan de la clula por dos mecanismos:

Endocitosis

Exocitosis

II.3.-Transporte mediado por protenas

En el modelo de la bomba sodio-potasio

Protenas de membrana que intervienen en el transporte

Protenas de canal Cmo trabaja el canal de agua? Una pregunta de que llev al NOBELII.4.- Transporte mediado por vesculas

II.5.- La difusin de iones a travs de las membranas

Otros sistemas de transporte de ionesVIII.- POTENCIALES DE MEMBRANA E IMPULSOS NERVIOSOS

Neurotransmisor

Sinapsis:

Sinapsis elctrica

Sinapsis qumica

Sinapsis Elctrica Sinapsis Qumica

FUNCIN DEL SISTEMA NERVIOSOTRANSMISIN SINPTICAIX.- anexos

BIBLIOGRAFIA

INTRODUCCION

La membrana plasmtica o citoplasmtica es una estructura laminar que engloba a las clulas, define sus lmites y contribuye a mantener el equilibrio entre el interior y el exterior de stas. Adems se asemeja a las membranas que delimitan los orgnulos de clulas eucariotas.

Esta compuesta por una bicapa lipdica que sirve de "contenedor" para los compartimentos internos de la clula, as como tambin otorga proteccin mecnica. Est formada principalmente por lpidos y protenas. La mayor caracterstica de esta barrera es que presenta una permeabilidad selectiva, lo cual le permite "seleccionar" las molculas que entran y salen de la clula. Tiene un grosor aproximado de 75 . No es visible a microscopio ptico pero si a microscopio electrnico, donde se pueden observar dos capas oscuras laterales y una central ms clara.

En las clulas procariotas y en las de eucariontes osmtrofos como plantas y hongos, se sita bajo otra capa, denominada pared celular.

Para llevar a cabo las reacciones qumicas necesarias en el mantenimiento de la vida, la clula necesita mantener un medio interno apropiado. Esto es posible porque las clulas se encuentran separadas del mundo exterior por una membrana limitante, la membrana plasmtica. Adems, la presencia de membranas internas en las clulas eucariotas proporciona compartimientos adicionales que limitan ambientes nicos en los que se llevan al cabo funciones altamente especficas, necesarias para la supervivencia celular.La membrana plasmtica se encarga de:

aislar selectivamente el contenido de la clula del ambiente externo

regular el intercambio de sustancias entre el interior y exterior celular (lo que entra y sale de la clula);

comunicacin intercelular

La mayora de las clulas tienen membranas internas adems de la membrana plasmtica, forman y delimitan compartimentos donde se llevan a a cabo las actividades bioqumicas de la clula. Las restantes membranas tambin constituyen barreras selectivas para el pasaje de sustancias.

La expresin membrana celular se usa con dos significados diferentes:

Membrana plasmtica, la membrana que universalmente envuelve al citoplasma de las clulas. Este uso es histricamente ilegtimo, pero est extraordinariamente extendido, sobre todo en los textos de habla inglesa (cell membrane).

Pared celular, tambin llamada membrana de secrecin, una cubierta ms o menos resistente que cubre a todas o la mayora de las clulas de las plantas, los hongos y los protistas pluricelulares. ste es el uso legtimo. Origen de la ambigedad

Durante siglo y medio (c.1800-c.1950) la investigacin de las clulas se bas slo en la observacin mediante microscopa ptica. sta no puede, por razones fsicas relacionadas con la longitud de onda de la luz, detectar estructuras de menos de 0,25 m (micrmetros). Se llam membrana celular al lmite celular cuando ste era visible, y ste sigue siendo el nico uso legtimo de la expresin. En la mayor parte de los casos lo que se observaba era un recubrimiento, ms o menos flexible, hecho de polisacridos, de protenas o de polmeros mixtos, al que se llama tambin pared celular. sta es precisamente la expresin que debe preferirse para eludir la ambigedad.

A principios del siglo XX, investigaciones experimentales de la fisiologa celular condujeron a postular la existencia, en todas las clulas, de una membrana invisible, a la que se llam membrana plasmtica o citoplasmtica, y que deba estar compuesta esencialmente de lpidos. sta representaba la envoltura del protoplasma, la parte fisiolgicamente activa de la clula. Con el uso del microscopio electrnico, pudo observarse por fin la membrana plasmtica, cuyo espesor tpico es de slo 0,0075 m (75 ).

I.- LA ESTRUCTURA Y FUNCIN DE LA MEMBRANA PLASMTICA

I .1.- FUNCIONES DE LA MEMBRANA

1. Divisin en compartimientos.- Las membranas son hojas continuas y, por eso mismo, es inevitable que cierren compartimientos. La membrana plasmtica encierra el contenido de toda la clula, mientras que las membranas nucleares y citoplasmtica alojan diversos espacios intracelulares. Estos ltimos limitados por membrana, tienen contenidos muy diferentes. La divisin en comportamientos por la membrana permite que haya actividades especializadas sin la interferencia externa y posibilita la regulacin de las actividades celulares, una independiente de las otras.

2. Sitios para las actividades bioqumicas.- Las membranas no slo encierran comportamientos, sino que tambin son un comportamiento distinto por s mismas. Siempre que haya reactivos en solucin, sus posiciones relativas no pueden estabilizarse y sus interacciones dependen de las colisiones aleatorias. A causa de su construccin, las membranas proporcionan a la clula un marco extenso o andamiaje dentro del cual pueden ordenarse componentes para que la interaccin sea efectiva.

3. Provisin de una barra con permeabilidad selectiva.- Las membranas previenen el intercambio irrestricto de molculas de un lado a otro. Al mismo tiempo, las membranas suministran los medios de comunicacin entre los compartimientos que separan. La membrana plasmtica, que rodea a la clula, puede compararse con el foso que circunda a un castillo; ambos sirven como una barrera general, aunque los dos tienen puentes que promueven el movimiento de elementos seleccionados hacia el interior y exterior del espacio vivo cercado.

4. Transporte de solutos.- La membrana plasmtica contiene la maquinaria para el transporte fsico de sustancias de un lado de la membrana al otro, a menudo de una regin con baja concentracin del soluto a otra en la que el soluto alcanza una concentracin mucho mayor. La maquinaria de transporte de la membrana permite a la clula acumular sustancias como azcares y aminocidos, necesarios para impulsar el metabolismo y construir macromolculas.La membrana plasmtica tambin es capaz de transportar iones especficos, con lo que establece gradientes inicos a travs de ella misma. Esta capacidad es crucial para las clulas nerviosas y musculares.

5. Respuesta a seales externas.- La membrana plasmtica posee un papel crtico en la respuesta de una clula a los estmulos externos, un proceso que se conoce como transduccin de seales. Las membranas tienen receptores que se combinan con molculas especficas (o ligandos) que incluyen una estructura complementaria.La interaccin de un receptor de la membrana plasmtica con un ligando externo puede hacer que la membrana genere una seal que estimula o inhibe las actividades internas. Por ejemplo, las seales generadas en la membrana plasmtica pueden informar a la clula que elabore ms glucgeno, se prepare para la divisin celular, se mueva hacia una mayor concentracin de un compuesto particular, libere calcio de sus reservas internas, o tal vez que cometa suicidio.

6. Interaccin celular.- Situada en el borde externo de todas las clulas vivas, la membrana plasmtica de los organismos multicelulares media la interaccin entre una clula y sus vecinas. La membrana plasmtica permite que las clulas se reconozcan y enven seales entre s, que se adhieran cuando sea apropiado y que intercambien materiales e informacin.7. Transduccin de energa.- Las membranas forman parte ntima de los procesos mediante los cuales un tipo de energa se transforman en otro tipo (transduccin de energa). La transduccin de energa ms fundamental ocurre durante la fotosntesis cuando los pigmentos unidos a la membrana absorben la energa de la luz solar, la convierten en energa qumica y la almacenan en carbohidratos. Las membranas tambin participan en la transferencia de energa qumica de carbohidratos y grasas a ATP. En las clulas eucariotas, la maquinaria para estas conversiones energticas est contendida dentro de las membranas de los cloroplastos y mitocondrias. II.-ESQUEMA DEL MODELO FLUIDO DE MEMBRANA

1. Bicapa de fosfolpidos)

2. Lado externo de la membrana

3. Lado interno de la membrana

4. Protena intrnseca de la membrana

5. Protena canal inico de la membrana

6. Glicoprotena 7. Molculas de fosfolpidos organizadas en bicapa

8. Molculas de colesterol

9. Cadenas de carbohidratos

10. Glicolpidos

11. Regin polar (hidroflica) de la molcula de fosfolpido

12. Regin hidrofbica de la molcula de fosfolpido

Organizacin molecular: modelo de mosaico fluido

Precedentes histricos

En 1895, Overton asegura que la membrana tiene una estructura lipdica

En 1932, Cole observa protenas acompaando a los lpidos

En 1935, Darielli y Davson descubren que la membrana plasmtica presenta poros.

En 1959, Robertson observ que la membrana plasmtica estaba compuesta por las tres lminas.

En 1972, Singer y Nicholson, proponen el modelo de mosaico fluido. Esto fue posible gracias a los avances en microscopa electrnica, el estudio de interacciones hidrfilas, al estudio de enlaces no covalentes como puentes de hidrgeno y el desarrollo de tcnicas como criofractura y contraste negativo[1]El modelo del Mosaico Fluido

Las bicapas lipdicas son fluidas, los fosfolpidos individuales difunden rpidamente por la superficie bidimensional de la membrana. Esta estructura, que se propone para las membrana biolgicas, se conoce como el modelo de mosaico fluido, donde mosaico se refiere al hecho que tambin la integran protenas, colesterol, ergoesterol, y otros tipos de molculas insertadas entre los fofolpidos.

Los fosfolpidos pueden moverse (por ej. en una membrana de bacteria) a la parte opuesta de la membrana en la cual se encuentra en unos pocos minutos, a temperatura ambiente. Esto es una distancia cientos de veces superior al tamao del fosfolpido.

Las protenas de la membrana difunden por ella en la misma forma que los fosfolpidos, por supuesto a menor velocidad, dado su tamao. Un fosfolpido tiene unos 650 d ( daltons o Peso Molecular) y el peso promedio de una protena puede llegar a 100.000 d. De tanto en tanto un fosfolpido puede "darse vuelta" en la membrana y mirar a la cara opuesta, pero esto es poco comn. Para que esto acontezca se requiere que la "cabeza" hidroflica del fosfolpido atraviese al interior de la membrana que es altamente hidrofbico, y que las "colas" hidrofbicas se expongan al medio acuoso.

Hay que tener en cuenta que existen molculas de colesterol "embebidas" en la membrana, el colesterol es un componente necesario de las membranas biolgicas. El colesterol rompe las interacciones tipo Van der Waals entre las "colas" de los fosfolpidos. Esto hace que la membrana sea mas fluida. Por lo tanto una manera de controlar la fluidez de la membrana es regulando el nivel de colesterol en la misma.

Otra manera en la cual la clula controla la fluidez de su membrana es regulando la proporcin de la saturacin (cantidad de dobles enlaces en las mismas) de las cadenas hidrocarbonadas de los cidos grasos ( "colas") de los fosfolpidos.

Un grupo de fosfolipidos cuyos cidos grasos son saturados pueden agruparse muy cerca unos de otro y formar numerosas uniones tipo Van der Walls que mantienen unidos a los fosfolpidos. Aquellos que tiene cadenas insaturadas rompen las uniones Van der Walls y los grupos al impedir que los fosfolpidos se acerquen.

III.-LA COMPOSICION QUIMICA DE LAS MEMBRANAS

Estudio in situ

Fueron los trabajos de Overton (1899) los primeros que proporcionaron informaciones sobre la composicin qumica de la superficie celular que hoy conocemos como membrana plasmtica. Este autor demostr que en un alga unicelular (chara) las sustancias liposolubles penetraban ms rpidamente que las sustancias hidrosolubles. De estas observaciones concluyo que la superficie celular estaba formada por una capa continua de lpidos.

Las membranas son ensambles de lpidos y protenas en los que los componentes se mantienen unidos en una hoja delgada mediante enlaces no covalentes .Como se menciono antes, el centro de la membrana consiste en una hoja de lpidos dispuestos en una capa bimolecular.

fig 1

La bicapa lipidica sirve sobre todo como soporte estructural de la membrana y representa una barrera que previene los movimientos aleatorios de materiales hidrosolubles hacia dentro y fuera de la clula .Por otra parte las protenas de la membrana realizan la mayora de las funciones especficas del organelo,la clula o del organismo.

La proporcin entre lpido y protena en una membrana es variable y depende del tipo de membrana celular (plasmtica, de retculo endotelial o del aparato de Golgi),del tipo de organismo (bacteria, planta o animal) y del tipo de clula(cartlago, msculo o hgado).Por ejemplo la membrana interna de la mitocondria tiene una proporcin muy alta entre protena lpido en comparacin con la membrana plasmtica del eritrocito, que a su vez es alta si se la compara con las membranas de la vaina de mielina que forma la envoltura de mltiples capas alrededor de una clula nerviosa.En gran parte, estas diferencias pueden relacionarse con las funciones bsicas de estas membranas. La membrana mitocondrial interna contiene los portadores proteicos de la cadena para transporte de electrones y, en relacin con otras membranas, contiene menos lpidos. En contraste la funcin principal de la vaina de mielina es el aislamiento elctrico para la clula nerviosa que rodea, una funcin que se realiza mejor con una capa gruesa de lpido de alta resistencia elctrica y un contenido mnimo de protena. Las membranas tambin contienen carbohidratos, que estn unidas a los lpidos y protenas como se indica. (fig.1)

Lpidos de membrana

Las membranas poseen una gran diversidad de lpidos, todos los cuales son anfipaticos,esto es que contiene regiones hidrofilitas e hidrfobas considera a la estructura de los cidos grasos estos son cadenas hidrocarbonadas largas no ramificadas con un solo grupo carboxlico en un extremo.Debido a los dos extremos de la molcula de acido graso tienen una estructura diferente, tambin poseen diferentes propiedades.La cadena hidrocarbonada es hidrfoba; de esta forma el grupo carboxlico (-COOH) el cual posee una carga negativa PH hidrofilico.

Las molculas que tienen ambas regiones son anfipaticas.Hay tres tipos principales de lpidos de la membrana: Fosfogliceridos, esfingolipidos y colesterol.

Lpidos de membranaUnidad hidrfobaUnidad hidrfilaModelo tridimensional interactivo de un fosfolpido: fosfatidilcolina

FosfoglicridosCadena de cidos grasosalcohol fosforilado

EsfingomielinaCadena de cidos grasos y cadena hidrocarbonada de esfingosinafosforilcolina

GlicolpidosCadena de cidos grasos y cadena hidrocarbonada de esfingosinaUno o ms residuos de azcar

ColesterolMolcula completa, excepto el grupo OHGrupo OH en C3

En la fosfatidilcolina las dos cadenas de cidos grasos quedan aproximadamente paralelas entre s, mientras que la parte de la fosforilcolina apunta en direccin opuesta. Una conformacin semejante adopta la esfingomielina. En las molcula, por tanto, se distingue un grupo o cabeza polar y una cola hidrocarbonada. Esquema de un fosfolpido

FOSFOGLICERIDOS La mayora de los lpidos de la membrana contiene un grupo fosfato los convierte en fosfolipidos.Como la mayor parte de los fosfolipidos de la membrana se forma sobre una estructura de glicerol, se llaman fosfogliceridos.A diferencia de los triglicridos que tiene tres cidos grasos y no son anfipaticos, los glicridos de la membrana son de glicridos y solo se eterifican dos grupos hidroxilos del glicerol para formar cidos grasos ;el tercero se eterifica con un grupo fosfato hidrofilico.Si no se hace mas sustituciones aparte del fosfato y las dos cadenas acilo, la molcula se conoce como acido fosfatidico, que no existe en la mayora de las membranas.En lugar de ello los fosfogliceridos de la membrana tienen un grupo adicional unido con el fosfato, por lo general colina(forma fosfatidilcolina,FC),etanolamina (forma fosfatidiletanolamina,FE),

Serina(forma fofatidilserina,FS) o inositol(forma fosfatidilinositol,FI).Todos estos grupos son pequeos e hidrofilitos y junto con el fosfato de carga negativa al que estn unidos crean un dominio hidrosoluble en un extremo de la molcula, llamado cabeza.En PH fisiolgico, los grupos cabeza de FS y FI tienen una carga general negativa, mientras los que los de FC y FE son neutros.En contraste, las cadenas grasas acilo son hidrocarburos no ramificados hidrfobos de unos 16 a 20 carbonos de longitud. Un acido graso de la membrana puede estar saturado del todo (es decir, carecen de enlaces dobles) o pool insaturados (posee mas de un enlace doble).Los fosfogliceridos contienen a menudo una cadena grasa acilo insaturada y una saturada.Con las cadenas de acido graso al final de la molcula y un grupo cabeza polar en el otro extremo, los fosfogliceridos tienen un carcter anfipatico distintivo.

ESFINGOLPIDOS:

Una clase menor abundante de lpidos de membrana los Esfingolpidos, son derivados de la esfingosna enlazada con un cido graso (R) por su grupo amino. Esta molcula es una ceramida. Los Esfingolpidos se encuentran en plantas y animales estando presentes en grandes cantidades en los tejidos nervioso y cerebral. Los diversos lpidos con base esfingosna poseen grupos adicionales esterificados con el alcohol terminal con friccin esfingosna. La esfingomielina tiene un cido graso unido mediante un enlace amida al grupo amino de la esfingosna teniendo fosforilcolina unido al grupo hidroxilo terminal mediante enlace ster. La esfingomielina es el ms abundante de los Esfingolpidos y el nico fosfolpido derivado de la esfingosna presente en las membranas de igual que la fosfatidilcolina. La esfingomielina tiene una cabeza polar y dos colas apolares siendo una de ellas la larga porcin hidrocarbonada no saturada de la esfingosna.

Si la sustitucin es con fosforilcolina, la molcula es esfingomielina, que es el nico fosfolpido de la membrana que no se forma con una espina dorsal de glicerol. Si el sustituyente es un carbohidrato, la molcula es un glucolpido. Si el carbohidrato es un azcar simple, el glucolpido se llama cerebrsido, se el un oligosacrido, se trata de un ganglisido. Ya que todos los Esfingolpidos tienen dos largas cadenas hidrfobas de hidrocarburos en un extremo y una regin hidroflica en el otro, tambin son anfipticos y similares a la estructura general de los fosfoglicridos.

Los glucolpidos contienen el alcohol esfingosna, un cido graso y un carbohidrato. La unin ente la esfingosna y el cido graso es peptdica y la de la esfingosna con el carbohidrato es una unin ter.

Unin ter

Carbohidrato Oresiduo alqulico de la esfingosna

N

Unin peptdica

O = C radical alqulico de un cido graso cerebrsido

Los cerebrsidos mejor conocidos son la querasina, que contiene cido lignocrico y la frenosina, con el hidroxicido denominado cerebrnico.

Composicin de los glucolpidos

NombreAlcoholcidos grasosCarbohidrato

CerebrsidoEsfingosna1Galactosa o glucosa

Ganglisido Esfingosna1Hasta 7 monosacaridos en unin glicosidica

SulfolpidoEsfingosna1Galactosa esterificada con cido sulftico

Hay variantes en las que la esterificacin se hace con el cido sulfrico, lo que ha permitido delimitar la clase de sulfolpidos. Los cerebrsidos son muy abundantes en las vainas de mielina de los nervios y se acumulan patolgicamente en diversos tejidos.

Los ganglisidos son glucolpidos presentes en las clulas ganglionares de la sustancia gris del tejido nervioso y en las sinapsis de las neuronas. Contienen esfingosna, cidos grasos de cadena larga, hexosas, entre las que predomina la galactosa y cido neuramnico, que es un componente caracterstico de algunas mucoprotenas.

El sistema nervioso es muy rico en glucolpidos. La vaina de mielina tiene un alto contenido de un glucolpido particular llamado galactocerebrsido y que se forma cuando se agrega una galactosa a la ceramida. Los ratones que carecen de la enzima que realiza esta reaccin tienen temblores musculares intensos y al final llegan a la parlisis. El inters en los glucolpidos aument en los aos recientes despus del descubrimiento de que un grupo de toxinas micticas llamadas fumonisinas acta mediante la inhibicin de la sntesis de estos componentes de membrana. Las fumonisinas trastornan diversos procesos, como el crecimiento celular. Los glucolpidos tambin participan en ciertas enfermedades infecciosas; las toxinas que causan el clera y el botulismo entran a la clula blanca mediante la unin previa con los ganglisidos de la superficie celular, tal como lo hace el virus de la influenza.

COLESTEROL:

Otro componente lipdico de ciertas membranas es el esterol colesterol, que en ciertas clulas animales puede construir hasta el 50% de las molculas de lpidos en la membrana plasmtica. Este compuesto o existe en las membranas plasmticas de la mayora de las plantas y todas las clulas bacterianas.

El cual existe en forma exclusiva en las membranas plasmticas de las clulas de los mamferos, pero tambin puede encontrase en menor cantidad en las mitocondrias, aparato de Golgi y las membranas nucleares.

El colesterol es ms pequeo que otros lpidos de la membrana y menos anfiptico. Las molculas del colesterol se orientan con su pequeo grupo hidroxilo hidroflico hacia la superficie de la membrana y el resto de la molcula permanece incrustada en la bicapa lipdica. Los anillos hidrfobos de una molcula de colesterol son planos y rgidos e interfieren con los movimientos de las colas de los cidos grasos de los fosfolpidos.

En trminos fisiolgicos, el colesterol tiende a aumentar la durabilidad y atenuar la permeabilidad de una membrana. La temperatura de transicin, es la temperatura en que ocurre el cambio en que el lpido pasa de una base cristalina lquido a un gel cristalino congelado en el que se limita en gran proporcin el movimiento de las cadenas de cido graso del fosfolpido.

A temperaturas superiores a la de transicin, su anillo rgido de esterol interacta con las cadenas acilo de los fosfolpidos, limita su movimiento y por tanto disminuye la fluidez de la membrana. Por otra parte, cuando la temperatura se aproxima a la de transicin la interaccin del colesterol con las cadenas acilo interfiere con su alineamiento; este fenmeno abate la temperatura a la cual se produce la transicin lquido gel, ayudando as a conservar fluida la membrana a temperaturas menores.

La naturaleza e importancia de la bicapa lpida:

Cada tipo de membrana celular tiene su propia composicin lpida que difiere de las dems por los tipos de lpidos, la naturaleza de los grupos de cabeza y las especies particulares de cadenas acilo grasas. Debido a esta variabilidad estructural, se estima que algunas membranas biolgicas contienen cientos de especies qumicamente distintas de fosfolpidos. El cuadro presenta los porcentajes de algunos de los tipos principales de lpidos de diversas membranas. Los lpidos de una membrana son ms que simples elementos estructurales; tienen efectos importantes en las propiedades biolgicas de una membrana. La composicin de los lpidos puede determinar el estado fsico de la membrana e influir en la actividad de las protenas particulares de la membrana. Los lpidos de la membrana tambin proporcionan los precursores para los mensajeros qumicos muy activos que regulan la funcin celular.

Varios tipos de mediciones indican que las cadenas acilo grasas combinadas de ambas hojas de la bicapa lipdica abarcan una anchura aproximada de 30A y que cada hilera de grupos cabeza (con su cubierta adyacente de molculas de agua) agrega 15 A ms.

Por tanto, toda la bicapa lipdica slo mide cerca de 60 A (6 nm) de grosor. La presencia de membranas de esta delgada hoja doble de molculas de lpidos anfipticos tiene consecuencias notables en la estructura y funcin celulares. Debido a consideraciones termodinmicas, las cadenas de hidrocarburos de la bicapa de lpidos nunca quedan expuestas a la solucin acuosa circundante. Por consiguiente, nunca se ve que las membranas tengan un borde libre; siempre son estructuras continuas e integras. Como resultado, las membranas forman extensas redes interconectadas dentro de la clula. De igual forma, si la membrana plasmtica de una clula se perfora con una microaguja, la membrana se sella de nuevo en cuanto se retira la aguja. Gracias a la flexibilidad de la bicapa de lpidos, las membranas son deformables y su forma puede cambiar, como sucede durante la locomocin o la divisin celular. Se cree que la bicapa de lpidos facilita la fusin regulada o gemacin de las membranas. Por ejemplo, los fenmenos de la secrecin, en los que las vesculas citoplasmticas se fusionan con la membrana plasmtica, o los sucesos de la fecundacin, en los que dos clulas se fusionan para formar una sola, implican procesos en los que dos membranas separadas se unen para convertirse en una hoja continua. En este captulo y los siguientes queda clara la importancia de la bicapa lipdica para el mantenimiento de la composicin interna apropiada de una clula, para separar las cargas elctricas a travs de la membrana plasmtica y en muchas otras actividades celulares.

Otra caracterstica relevante de la bicapa de lpidos es su capacidad para ensamblarse a s misma, lo cual puede demostrarse con mayor facilidad dentro de un tubo de ensayo que en una clula viva. Por ejemplo, si se dispersa una pequea cantidad de fosfatidilcolina en una solucin acuosa, las molculas de fosfolpido se ensamblan de manera espontnea para formar las paredes de vesculas esfricas llenas con lquido llamadas liposoma. Las paredes de estos liposomas consisten en una bicapa lipdica continua que se organiza de la misma forma que la bicapa lipdica de una membrana natural. Los liposomas han sido invaluables en la investigacin de las membranas. Las protenas de la membrana pueden insertarse en los liposomas para estudiar su funcin en un ambiente mucho ms simple que el de una membrana natural. Los liposomas tambin se prueban como vehculos para conducir frmacos o molculas de DNA dentro del cuerpo. Los frmacos o DNA pueden unirse con la pared del liposoma o pueden quedar contenidos en altas concentraciones dentro de su luz. En estos estudios se construyen las paredes de los liposomas para que contengan protenas especficas (como anticuerpos u hormonas) que permiten que los liposomas se unan en forma selectiva con las superficies de clulas blanco particulares a las que se pretende que llegue el frmaco o el DNA. La mayor parte de lo estudios clnicos iniciales con liposomas fracas porque las vesculas inyectadas se eliminaron poco despus por accin de las clulas fogocticas del sistema inmunitario. Este obstculo se salv con el desarrollo de los llamados liposomas furtivos que tienen una cubierta externa de un polmero sinttico que protege a los liposomas de la destruccin inmunitaria. Los liposomas furtivos que contiene doxorrubicina, un agente quimioterpico, ya se aprobaron para el tratamiento del sarcoma de Kaposi y hay muchas pruebas clnicas en proceso para establecer la efectividad contra otros tipos de cncer.

Esquema de la asociacin micelar de una sustancia anfiptica en el seno del medio acuoso. No se han representado los contraiones ni las molculas de agua de solvatacin. Abajo modelo tridimensioanal interactivoSustancias anfipticos formando monocapas de Langmuir orientadas en la interfase aire-agua. No se han representado los contraiones ni las molculas de agua de solvatacin. Abajo modelo tridimensioanal interactivo.

a) Naturaleza anfiptica de las membranas:Todos los lpidos principales de las membranas contienen tanto regiones hidroflicas como hidrofbicas y por tanto se denominan anfipticas. De aqu que las membranas tambin los sean. Si las regiones hidrofbicas fueran separadas del resto de la molcula, sera insoluble en agua pero soluble en aceite. Por el contrario, si la regin hidroflica fuera separada del resto de la molcula, sera insoluble en aceite pero soluble en agua. Los lpidos anfipticos de la membrana tienen una cabeza polar y colas no polares. Los cidos grasos saturados forman con las rectas, en tanto que los cidos grasos insaturados que por lo general se encuentran en las membranas con la formacin cis, forman colas plegadas. Mientras ms dobleces estn insertados en las colas, la membrana queda empaquetada menos apretada y por lo tanto es ms fluida. Los detergentes son molculas anfipticas que tiene importancia en bioqumica y en el hogar. La estructura molecular de un detergente no es diferente a la de un fosfolpido.

b) Organizacin de los lpidos de las membranas:El carcter anfiptico de los fosfolpidos sugieren que las dos regiones de la molcula tienen solubilidad incompatibles; sin embargo, en un solvente como el agua, los fosfolpidos se organizan de forma que satisfacen las condiciones termodinmicas de ambas regiones. Una micela es una estructura en agua en tanto que los grupos polares hidroflicos estn inmersos en el medio acuoso.

c) Doble capa de lpidos:Como fue reconocido hace 60 aos por Gorter Grendel, una capa bimolecular o doble capa I tambin puede satisfacer los requerimientos termodinmicos de las molculas anfipticas en un medio. Una doble capa existe como una lmina en la cual las regiones hidrofbicas de los fosfolpidos estn protegidas del medio acuoso, en tanto que las regiones hidroflicas estn sumergidas en el agua. Slo los extremos o bordes de la hoja de doble capa estn expuestos a un ambiente desfavorable, pero aquellos bordes expuestos pueden eliminarse doblando la lmina sobre s misma para formar una vescula cerrada sin bordes. La doble capa cerrada provoca una de las funciones esenciales de las membranas que sea impermeable a la mayor parte de las molculas solubles al agua, ya que stas no se disolvern en el centro hidrofbico de la doble capa.

Inmediatamente surgen dos cuestiones. Primero, Cuntos materiales biolgicos son solubles en lpidos y por tanto pueden entrar fcilmente en la clula? Gases como oxgeno, CO2 y nitrgeno, que son molculas pequeas que muestran escasa interaccin con los solventes que se difunden con facilidad a travs de las regiones hidrofbicas de la membrana. Las molculas derivadas de lpidos, por ejemplo, las hormonas esteroides, atraviesan con facilidad la doble capa. Molculas orgnicas electrolticas exhiben velocidades de difusin que dependen de sus coeficientes de particin en un medio aceite agua; mientras mayor sea la solubilidad de una molcula en los lpidos, ms grande ser su cantidad de difusin a travs de la membrana.

La segunda cuestin se refiere a las molculas que son solubles en lpidos Cmo se conservan los gradientes de concentracin trasnmembrana para las molculas insolubles en lpidos? La respuesta es que las membranas contienen protenas y stas tambin son molculas anfipticas que pueden ser insertadas en la doble capa de lpidos anfiptica correspondiente. Las protenas forman canales para el movimiento de iones y de molculas pequeas y sirven como trasportadores de molculas ms grandes que de otro modo no atravesaran la doble capa.

La doble capa lipdica que forman los liposomas es asimtrica, es decir, la distribucin de los diversos tipos de fosfolpidos en la capa externa y la capa interna del liposoma es diferente. Esta caracterstica es una constante en la composicin de las membranas celulares. La distribucin asimtrica de lpidos en las dos hojas de la becapa se considera que es una consecuencia de la configuracin que se debe adoptar en los "monmeros" como consecuencia de la distinta curvatura en la capa interna y externa. La situacin termodinmicamente ms favorable ser aquella que minimice las interacciones electrostticas de las cabezas inicas, con lo que, claramente, se tiende a una discriminacin de "monmeros" en razn de su diferente estructura inica y de su volumen.

Estructura bsica de un liposoma. (Dibujo tomado del libro de L.Stryer, Biochmica. Ed. Revert)

d) La integracin de las bicapas es un proceso de autoensamblaje

La integracin de las bicapas en un proceso de ensamblaje; no es necesario suministrar energa para que se formen; sino nicamente se aprovechan al mximo las propiedades de las molculas participantes. Por su lado, el agua provoca la atraccin de las porciones hidroflicas y la expulsin de las porciones hidrofbicas de las molculas de los lpidos. La respuesta de los lpidos es complementaria, sus zonas hidroflicas interaccionan con el agua y sus zonas hidrofbicas la expulsan. La participacin de los dos tipos de molculas origina la doble capa de lpidos mantenida por mltiples enlaces no covalentes. Las interacciones hidrofbicas en los lpidos representan la mayor fuerza de atraccin para su organizacin en la doble capa y tanto las fuerzas electrostticas como los puentes de hidrgeno que se establecen entre el agua y las partes hidroflicas de los lpidos, refuerzan dicha organizacin. Ambas fuerzas tiende a empacar los lpidos en la forma ms cercana entre s y ello se expresa en las estructuras esfricas que adoptan los liposomas y que tienen la ventaja de no dejar cadenas de hidrocarburos expuestas al agua.

El uso de las bicapas de lpidos en los estudios de permeabilidad ha permitido avanzar en algunos aspectos sobre el paso de molculas a travs de las membranas biolgicas. Un anlisis elemental nos indica que las bicapas de lpidos son muy poco permeables a los iones y a las molculas polares siendo el agua una excepcin, ya que sta pasa con facilidad. Las molculas no polares atraviesan con mayor libertad que las polares.

Carbohidratos de la membrana

Las membranas plasmticas de clulas eucariotas contienen carbohidratos unidos en forma covalente con los componentes lipdicos y proticos. Segn sean la especie y el tipo de clula, el contenido de carbohidratos de la membrana plasmtica vara entre 2 y 100% de su peso. Ms del 90% de los carbohidratos de la membrana se une mediante enlaces covalentes a las protenas para formar glucoprotenas; los carbohidratos restantes se unen en forma covalente a los lpidos para formar glucolpidos, todos los carbohidratos de la membrana plasmtica estn de frente al espacio extracelular. El carbohidrato de las membranas celulares internas tambin se dirige al lado contrario del citosol. El carbohidrato de las glucoprotenas se encuentra en forma de oligosacridos cortos y ramificados, casi siempre con menos de 15 azcares por cadena. En contraste con la mayora de los carbohidratos de alto peso molecular (como el glucgeno, almidn o celulosa) que son polmeros de un solo azcar, los oligosacridos unidos con las protenas y lpidos de las membranas tienen composicin y estructura muy variables. Los oligosacridos pueden unirse con varios aminocidos diferentes mediante dos tipos principales de enlaces. Estas proyecciones de carbohidratos tienen un papel en la mediacin de las interacciones de una clula con su ambiente y para destinar a las protenas de la membrana a los diferentes comportamientos celulares. Los carbohidratos de los glucolpidos de la membrana plasmtica de los eritrocitos determinan si el tipo sanguneo de la persona es A, B, AB u O. Una persona con tipo sanguneo A posee una enzima que agrega una N-acetilgalactosamina al extremo de la cadena, mientras que una persona con sangre de tipo B tiene una enzima que agrega galactosa al final de la cadena. Estas os enzimas se codifican en versiones alternativas del mismo gen, aunque reconocen diferentes sustratos. Las personas con sangre tipo AB tienen ambas enzimas, mientras que las personas con sangre tipo O carecen de enzimas capaces de unirse a ningn azcar terminal.IV.-ESTRUCTURA Y FUNCIONES DE LAS PROTEINAS DE LA MEMBRANA.

Segn sea el tipo de celular y el organelo particular dentro de esa clula, una membrana puede contener cientos de protenas diferentes cada protena de membrana posee una orientacin definida en relacin con el citoplasma para que las propiedades de una superficie de la membrana sean muy distintas respecto de las otras superficies .esta asimetra se le conoce como lateralidad de la membrana. Por ejemplo ,en la membrana plasmtica las partes de las protenas de membrana que interactan con otras clulas o con ligandos extracelulares , como hormonas o factores de crecimiento, se proyectan hacia fuera , al espacio extracelular , en tanto que las partes de las protenas de membrana interactan con molculas del citoplasma como las protenas G o las cinasas de protenas ,se proyectan hacia el citosol. Las protenas de membrana pueden agruparse en tres clases distintas que se distinguen por la estrechez de su relacin con la bicapa lipidica. Estas son las siguientes:

1.-protenas integrales que penetran la bicapa de lpidos. Las protenas integrales son protenas transmembranosas, esto es, que cruzan toda la bicapa de lpidos y tienen dominios y sobresalen por ambos lados de la membrana, extracelular y citoplasmticos.

Algunas protenas integrales tienen solo un segmento que abarca la membrana, mientras que otras la cruzan varias veces. Los estudios de secuencia del genoma sugieren que las protenas integrales de la membrana constituyen cerca del 30% de todas las protenas codificadas.

Al igual que los fosfolipidos de la bicapa, las protenas integrales de la membrana tambin son antipticas y tienen porciones hidrofilitas e hidrfobas. Como se describe mas adelante , las porciones de una protena integral de membrana que residen dentro de la bicapa lipidica tienden a tener un carcter hidrfobo . Los residuos de aminocidos de estos dominios tras membranosos forman interacciones hidrfobas con la cadena acilo grasas de la bicapa, lo cual sella la protena dentro de la pared de lquidos de la membrana. Como resultado, se observa la barrera permeable y la protena que queda en contacto directo con la molcula de lipidos circundantes. Las molculas de lipidos que tienen una relacin estrecha con una protena de membrana pueden tener un papel esencial en la actividad de la protena. Las porciones de la protena integral de membrana que se proyectan hacia el citoplasma o el espacio extracelular tienden a ser mas similares a las protena globulares descritas anteriormente .estos dominios no embebidos en la membrana poseen a veces superficies hidrofilicas que interactan con las sustancias hidrosoluble (sustratos de bajo peso molecular), hormonas y otras protenas en el borde de la membrana. Varias familias grandes de protenas de membrana contienen un canal interior que constituye una va de paso acuoso a travs de la bicapa de lipidos.

Una protena integral de membrana es aquella que se halla embebida en la bicapa lipdica, y por tanto su separacin implica la destruccin de la estructura de membrana.

Es necesario para ello el uso de detergentes inicos fuertes como el SDS o no inicos como Tritn X-100; o disolventes apolares. El concepto de protena integral es opuesto al de protena perifrica, que se adhiere externamente y de forma dbil a la membrana y se puede separar sin alterar la bicapa simplemente aplicando alta concentracin de una sal.

Estructura de la Bacteriorrodopsina. (PBD 1AP9).Estructura de una porina (PDB OPF).

Podemos distinguir segn la forma de unin en varios tipos:

Tipos de protenas integrales

Protenas integrales transmembranales

Se distingue de otros tipos de protenas integrales en que atraviesa la bicapa de parte a parte, y por tanto adems del dominio transmembrana a partir del cual se une mediante fuerzas hidrfobas al interior de la bicapa lipdica, posee un dominio en el citosol y otro en el exterior. Un ejemplo es la glucoforina del eritrocito.

Protenas integrales no transmembranales

Integrales unidas a GPI (Glucosil fosfatidil inositol)

Las protenas integrales no transversales del dominio extracitoslico presentan una unin covalente al fosfolpido Glucosil fosfatidil inositol (GPI). Como no hay glucolpidos en la cara citoslica, obligadamente estas protenas estn presentes hacia el exterior. Mediante fosfolipasa C se puede establecer un corte hidroltico entre el grupo fosfato y inositol, de manera que en la bicapa se mantiene el fosfatidil restante, mientras que la protena se desliga de la membrana y se solubiliza. Sirve como ejemplo la fosfatasa alcalina.

Integrales no transmembranales preniladas

Son protenas integrales no transmembrana de la cara citoslica unidas covalentemente a un grupo prenlico derivado de isopreno como farnesil (con cadena carbonada de 15 carbonos) o geranil (con cadena carbonada de 20 carbonos). Se unen a travs de un enlace tioter entre el grupo SH de una cistena de la protena integral y el OH del grupo prenlico. Se pueden ver ejemplos en las protenas Ras y protenas G trimricas implicadas en la transduccin de seales qumicas.

Integrales no transmembranales aciladas

Son semejantes a las anteriores, con la diferencia de que se unen covalentemente a un cido graso que forma parte como tal de la bicapa lipdica (no formando parte estructural de fosfolpidos y glucolpidos). En unos casos se trata de miristato (con cadena carbonada de 14 carbonos), dando lugar a protenas miristoiladas; y en otros de palmitato (con cadena carbonada de 16 carbonos) dando lugar a protenas palmitoiladas. Hay distintos tipos de unin, en unos casos se trata de una unin amida entre el grupo carboxilo del cido graso y el grupo amino terminal de la protena y en otros de una unin tioster entre el grupo carboxilo del cido graso y un sulfidrilo, -SH, de una cistena de la protena. Ni en este tipo de protenas ni en el anterior, las protenas son solubilizables por Fosfolipasa C. Un ejemplo de esta clase de protena es la proteintirosn kinasa Src.

Integral unida mediante una -hlice embebida en monocapa

Se dan casos especiales, en los que una protena se inserta en la capa citoslica de la bicapa lipdica mediante una -hlice anfiptica. Esta -hlice es paralela a la bicapa, y no perpendicular como en el caso de la -hlice de las protenas transmembrana. La parte hidrofbica interacciona con el ncleo de la bicapa, y una parte hidroflica contacta con el citosol. El resto de la protena se halla expuesta hacia el citosol.2.-protenas perifricas que se localizan por completo fuera de la bicapa de lipidos, ya sean en el lado citoplasmtico o extracelular, aunque se relacionan con la superficie de la membrana mediante enlaces no covalentes.

3-.protenas fijadas con lipidos que se localizan fuera de la bicapa de lipidos, ya sea en la superficie extracelular o la citoplasmtica, pero que tienen enlaces covalentes con una molcula de lipidos que se sita dentro de la bicapa.

Protenas de membrana

Protenas integrales de la membranaIV.- LIPIDOS DE MEMBRANA Y FLUIDEZ DE LA MEMBRANA

Los lpidos de la membrana poseen caractersticas estructurales comunes que favorecen su ensamblaje en el medio acuoso como una bicapa estable que se mantiene unida mediante interacciones hidrfobas, no covalentes.

El estado fsico del lpido de una membrana se describe por su fluidez(o viscosidad). Considrese una bicapa artificial simple formada por fosfatidilcolina y fosfatidiletanolamina, cuyos cidos grasos sean insaturados, en su mayora. Si la temperatura de la bicapa se mantiene relativamente tibia (p. Ej. 37C), el lpido se encuentra en un estado liquido (Fig.6). En esta temperatura la bicapa de los lpidos puede describirse como un cristal liquido bidimensional. Como en un cristal, las molculas aun permanecen en una orientacin especfica; en este caso, los ejes longitudinales de las molculas tienden a mantener una disposicin paralela, aunque los fosfolipidos individuales pueden rotar alrededor de su eje o moverse en sentido lateral dentro del plano de la bicapa. Si la temperatura se reduce con lentitud, se llega a un punto en el que la bicapa muestra cambios distintivos (Fig.6).El lpido pasa de una fase cristalina liquida a una de gel cristalino congelado en el que se limita en gran proporcin el movimiento de las cadenas de acido graso del fosfolipido. La temperatura en la que ocurre este cambio se llama temperatura de transicin(Tm).

La temperatura de transicin de una bicapa lipidica particular depende de la capacidad de las molculas de lpido para agruparse, lo que a su vez depende de lo lpidos particulares con los que se forma. Los cidos grasos saturados tiene la forma de un bastn recto y flexible. Por otro lado, Los cidos grasos cis-insaturados tienen dobleces en los sitios con doble enlace (Fig8.).Por consiguiente, los fofolipidos con cadenas saturadas se agrupan con mayor firmeza que los que poseen cadenas insaturadas. Mientras mayor seas el grado de instauracin de los cidos grasos de la bicapa, menor es la temperatura antes que la bicapa se solidifique. La introduccin de un enlace doble en una molcula de acido esterico disminuye la temperatura de fusin casi 60C (cuadro1).Otro factor que influye en la fluidez de la bicapa es longitud de la cadena de cidos grasos. Mientras mas cortas sean las cadenas de cidos grasos de un fosfolpido es menor la temperatura de fusin.

Las tcnicas microcalorimetricas, constituyen el mtodo de eleccin para los valores de Tm,asi como los parmetros termodinmicos asociados al cambio de fase de los lipidos.No obstante, el calculo de la Tm pude realizarse tambin por otras tcnicas, como la resonancia magntica nuclear(RMN),la resonancia de spin electrnico o la fluorescencia.En la fig7 se muestra un ejemplo de determinacin de Tm por fluorescencia.El calculo se realiza a partir de las variaciones de la anisotropa de una sonda fluorescente frente a los cambios de temperatura.El punto de inflexin de la curva obtenida corresponde ala temperatura de transicin.El calculo de Tm y B proporciona informacin relativa a la movilidad de la bicapa y a la posible localizacin de molculas en la misma

E l estado fsico de la membrana tambin lo modifcale colesterol. A causa de su orientacin dentro de la bicapa (Fig.9), las molculas de colesterol interrumpen el empaque ajustado de las cadenas acilo grasas e interfieren con su movilidad .La presencia de colesterol tiende a abolir las temperaturas de transicin precisas y crea una condicin de fluidez intermedia. En trminos fisiolgicos, el colesterol tiende a aumentar la durabilidad y atenuar la permeabilidad de una membrana.

En el estado slido (izquierda), las estructuras lipdicas estn muy organizadas; en el lquido (derecha) las estructuras estn altamente desorganizadas; en el cristal lquido (centro) el sistema sigue teniendo un altsimo grado de organizacin estructural.

Fig.9Las molculas del colesterol de una bicapa de lpidos estn orientadas con su extremo hidrofilico hacia la superficie externa de la bicapa y la mayor parte de su estructura empacada entre las colas de los cidos grasos de los fosfolipidos.

Fig.8 Los cidos grasos cis tienen dobleces en los sitios donde presentan dobles enlaces.

Cuadro.1 puntos de fusin de cidos grasos de 18 carbonos frecuentes

Acido grasoEnlaces dobles cisPunto de fusin(c)

Acido esterico070

Acido oleico113

Acido linoleico alfa2-9

Acido linoleico3-17

5.1 IMPORTANCIA BIOLOGICA DE LA FLUIDEZ DE LA MEBRANA

El concepto de fluidez de las membranas hace referencia al hecho de que tanto los lpidos como las protenas pueden tener una considerable libertad de movimiento lateral dentro de la membrana.

La fluidez de la bicapa lipidica es la responsable del proceso de autosellado que presentan las celulas.Asi, es posible introducir una fina micropipeta de vidrio en el interior de la clula con el fin de inyectar una sustancia, efectuar mediciones o bien con otros propsitos, y al retirar la micropipeta el pequeo orificio en la membrana se cierra por si mismo.

Esta establece un compromiso perfecto entre una estructura rgida y ordenada, en la que la movilidad seria nula, y un lquido completamente fluido, sin viscosidad en el que los componentes de la membrana no podran orientarse ni existira organizacin estructural ni soporte mecnico. Adems, permite las interacciones dentro de la membrana. Por ejemplo, hace posible que los cmulos de protenas de membrana se ensamblen en sitios particulares dentro de la membrana y formen estructuras especializadas, como las uniones intercelulares, los complejos fotosintticos que captan la luz y la sinapsis.Gracias a ella, las molculas que interactan pueden reunirse, llevar a cabo la reaccin necesaria y separarse.

La fundamental importancia de la fluidez correcta de las membranas explica que la evolucin haya preservado los mecanismos necesarios para mantenerla dentro de niveles relativamente constantes. E n el caso de los procariotas, se ha demostrado que cuando crecen a bajas temperaturas sus fosfolipidos son mas insaturados que cuando lo hacen a temperaturas mas altas.Este mantenimiento de una fluidez constante en circunstancias desfavorables se denomina adaptacin homeoviscosa y no es exclusivo de las bacterias, ya que en los animales o vegetales sometidos a procesos de aclimatacin a temperaturas diversas se observaron cambios semejantes. En los animales hibernantes, durante la fase de sueo en que la temperatura corporal desciende ms de diez grados, la fluidez se mantiene por cambios en los cidos grasos. Estos incluyen la metilacion de la fosfatidiletanolamina por medio de metiltransferasas de la membrana, que a su vez pueden estar reguladas por receptores.

5.2 MANTENIMIENTO DE LA FLUIDEZ DE LA MEMBRANA

La temperatura interna de la mayora de los organismos (distintos a las aves y mamferos) flucta con la temperatura del ambiente exterior. Puesto que para muchas actividades es indispensable que las membranas de una clula permanezcan en estado fluido, las clulas responden a las condiciones cambiantes mediante la alteracin de los tipos de fosfolipidos de los cuales se componen. El mantenimiento de fluidez de la membrana es un ejemplo de homeostasis al nivel celular y pude demostrarse de varias maneras.Por ejemplo si se reduce la temperatura de un cultivo celular, las clulas tienen una respuesta metablica .La respuesta inicial de emergencia esta mediada por las enzimas que remodelan las membranas, lo que vuelve a la clula mas resistente al fro. La remodelacin se logra mediante:

a) Desnaturalizacin de enlaces simples en las cadenas acilo grasa para formar enlaces dobles, y

b) el recambio de las cadenas entre diferentes molculas de fosfolipido para producir otra que contenga dos cidos grasos insaturados , lo que reduce en gran medida la temperatura de fusin de la bicapa .La desnaturalizacin de los enlaces sencillos para formar enlaces dobles esta catalizada por enzimas llamadas desaturasas.

El recambio se logra mediante la accin de fosfolipasas, que dividen a los cidos grasos de la base de glicerol,y aciltransferasas, que los transfieren a un fosfolipido difirente.Ademas, la clula cambia los tipos de fosfolipidos que se sintetizan a favor de aquellos que contengan mas cidos grasos insaturados.Como resultado de las actividades de de estas enzimas diversas, las propiedades fsicas de las membranas de una clula se adaptan a las condiciones ambientales prevalecientes .El mantenimiento de las membranas fluidas mediante el ajuste de la composicin de los acilos grasos ya se demostr en diversos organismos, incluidos mamferos de hibernacin, peces que viven en estanques cuya temperatura corporal cambia en grado notorio del da a la noche, plantas resistentes al fro y bacterias que viven en manantiales de agua caliente.

Para comprobar que la perdida de saturacin de los cidos grasos contribuye ala tolerancia a temperaturas bajas, se realizaron experimentos con cepas de cianobacterias que carecen de ciertas desaturasas.Cuando se comparan las velocidades de crecimiento del tipo silvestre y las mutantes a 34C ,se observa poca diferencia.Sin embargo, cuando la temperatura se disminuye a 22C, el tiempo de duplicacin de las clulas mutantes se eleva hasta 59 horas, en comparacin con un tiempo de duplicacin de 22 horas para el tipo nativo.Cuando el gen que codifica esta enzima(desA)se introduce en forma experimental en las clulas mutantes , se observa la disminucin de la saturacin de los cidos grasos y el tiempo de duplicacin decrece en forma drstica.

5.3 ESTUDIOS EXPERIMENTALES DE LA FLUIDEZ

Existen experimentos clsicos, demostrativos de la naturaleza fluida de las membranas plasmticas.

En uno de ellos, si los linfoncitos B son puestos en contacto con anticuerpos fluorescentes capaces de unirse especficamente a molculas receptoras de su superficie, es posible observar el fenmeno del capuchn. Las molculas se desplazan visiblemente en la membrana para formar placas que luego se aglomeran en un polo de la clula (capping) y originan un capuchn intensamente fluorescente. En este punto la porcin de la membrana que contiene el marcador se internaliza por endocitosis. Este proceso, que hace que la membrana del linfoncito se vea desprovista de receptores durante varias horas, ocurre probablemente en el organismo cuando un linfoncito B se une a un exceso de antigeno. Todo el proceso puede ser inhibido haciendo descender la temperatura, lo cual ocasiona que la membrana se solidifique.

El otro experimento clsico relacionado con estos fenmenos es el de Frye y Edidi,(fig 9) en el cual se fusionan dos tipos diferentes de clulas , una de ratn y la otra de humano, que por supuesto poseen protenas superficiales diferentes .La fusin celular se puede conseguir por varios mtodos , uno de ellos mediante la influencia del virus de Sendai que facilita ala fusin de las membranas plasmticas de ambas clulas, cuyos citoplasmas se mezclan ala vez que se forma un heterocarion con dos ncleos. Si originariamente se marcaron las clulas con anticuerpos fluorescentes de diferentes colores (como la fluorescerina, verde. y la rodamina, roja), en un comienzo es posible reconocer en el heterocarion las dos partes de la membrana correspondientes a cada una de las clulas originales. Sin embargo, en el plano fluido de la membrana no es tan fcil reconocer separadamente ambos colores, y luego de 40 minutos ya no es posible diferenciarlos en absoluto. Tambin en este caso las temperaturas por debajo de 20C impiden esta fusin y mezcla, porque causan la solidificacin de la bicapa lipdica.

Los movimientos de difusin de protenas en el plano fluido de las membranas tambin se pueden cuantificar mediante tcnicas fsicas o biolgicas.

Los mtodos biolgicos incluyen el uso del microscopio, y con ellos se pueden efectuar estudios muy precisos sobre el movimiento molecular en las membranas empleando varias tcnicas.

Una es la recuperacin de la fluorescencia luego del fotoblanqueo (FRAP), que consiste en marcar protenas u otros componentes de la membrana con colorantes fluorescentes, para luego destruir irreversiblemente (fotoblanquear) a los fluorocromos en una pequea rea de la membrana mediante un intenso pulso lser. La fluorescencia va retornando a la zona blanqueada en la medida en que una fraccin de las protenas marcadas pueda difundirse desde los laterales no irradiados.

Otro mtodo, el rastreo de partcula aisladas(SPT), consiste en marcar especficamente una determinada molcula membranosa con una partcula fluorescente o de oro coloidal recubierta por anticuerpos .Los desplazamientos de protenas individuales pueden seguirse mediante microscopia de imagen digital , con precisin de manmetros.

Por ultimo, las protenas se pueden unir a microesferas que se manipulan mediante pinzas pticas o trampas de lser. Desplazando la trampa ptica enfocada sobre una microesfera, se puede impulsar a la protena marcada en el plano lquido hasta que encuentre algn obstculo.

Estas tcnicas demuestra que una buena parte de las protenas permanecen confinadas transitoriamente en pequeos dominios de las membranas, otras se mueven aparentemente al azar dentro de territorios algo ms amplios, y por ultimo unas desarrollan largos trayectos dirigidos, con gran velocidad de desplazamiento, aparentemente propulsadas por protenas relacionadas con el citoplasma adyacente.

Como veremos mas adelante tanto las uniones intercelulares oclusivas de las protenas integrales con elementos del citoesqueleto contribuyen a delimitar los dominios de la membrana y a acondicionar los tipos de desplazamiento de las diversas protenas.

Fig 9 experimento de Frye y Edidin.

5.4 LA ASIMETRA DE LOS LPIDOS

La bicapa de los lpidos consiste en dos hojas distintas que tienen una composicin lipidica muy diferente. La lnea de experimentos que llevan a esta conclusin aprovecha el hecho de que los enzimas que digieren lpidos no pueden penetrar la membrana plasmtica y, en consecuencia, solo pueden dirigir los lpidos que estn en la hoja extrema de la bicapa. Si se tratan eritrocitos intactos con fosfolipasa para dirigir los lpidos, se hidroliza casi el 80 % de la fosfatidilcolina (FC) de la membrana, pero slo ataca al 220 % de la fosfatidiletanolamina (FE) de la membrana y menos del 10 % fosfatidilserina (FS), Estos Datos indican que, en comparacin con la hoja interna, la exterior tiene una concentracin relativamente alta de FC (y esfingomielina) y una concentracin baja de FE y FS

De lo anterior se deduce que puede pensarse que la bicapa de lpidos est compuesta por dos capas sencillas independientes ms o menos estables con propiedades fsicas y qumicas diferentes.

El papel biolgico de la asimetra de los lpidos an no se comprende bien, excepto en unos cuantos casos. Todos los glucolipidos estn en la hoja externa, donde es probable que sirvan como receptores para ligandos extracelulares.

La fosfatidilserina, que se concentra en la hoja interna, tiene una carga negativa en el PH fisiolgico, lo que la hace candidata para unirse con residuos de lisina y arginina que tienen carga positiva , como las adyacentes a la hlice alfa de la glucoforina A que causa la membrana en la Fig. 4.2.

La aparicin de FS en la superficie externa de los linfoncitos viejos marca estas clulas para que las destruyan los macrfagos, en tanto que su aparicin en la superficie externa de las plaquetas conduce a la coagulacin sangunea. El fosfatidilinositol, que se concentra en la hoja interna, tiene un papel clave en la transferencia de estmulos de la membrana plasmtica al citoplasma.

Asimetra Lipdica5.5 BALSAS DE LPIDOS

Una gran cantidad de evidencias reunidas en los ltimos aos sugiere que la hoja externa de la membrana plasmtica de muchas clulas contiene regiones especializadas o microdominio que contiene una composicin lipidica distinta. En el decenio de 1980, se descubri la extraccin de clulas cultivadas con detergentes no inicos fros como TritonX_100 dejaba una fraccin considerable de los lquidos de la membrana que quedaba despus de la extraccin inicial con detergente insista sobre todo en colesterol y lpidos con colas acilo grasa saturadas largas, en especial esfingolpidos.

Cuando se estudia en bicapas artificiales, el colesterol y los esfingolpidos tienden a congregarse en grupos ajustados para formar microdominios que tienen un estado ms slido y ordenado que las regiones circundantes consistentes sobre todo en fosfoglicridos.

A causa de propiedades fsicas distintivas, los microdominios ricos en colesterol tienden a flotar dentro del ambiente ms fluido y desordenado de la capa artificial.

Como resultado, estos parches de colesterol, y esfingolpidos se denomina balsa lipdica. Cuando se agregan estas bicapas artificiales ciertas protenas tienden a concentrarse en las balsas lipidicas, mientras que otras permanecen fuera de sus lmites. Las protenas fijadas con GFI tienen una tendencia particular por las regiones ordenadas de la bicapa. La existencia de lpidos ricos en colesterol en las membranas plasmticas de clulas vivas ha sido motivo importante de controversia en el campo de la biologa de las membranas.

Estudios recientes apoyan la existencia de balsas de lpidicas, pero sugirieron que son pequeos (10 25 nm. de dimetro), que se somete a formaciones distorsin continua, se cree que la balsa de lpidos son ms que comportamientos estructurales dentro de las membranas plasmticas. Se ha postulado y que sirven como plataformas flotantes que concentran protenas particulares, lo que organiza la membrana en compartimientos funcionales. Se cree por ejemplo que las balsas de lpidos proporcionan un ambiente local favorable para que los receptores de la superficie celular interacten con otras protenas de membranas que transmiten seales al espacio extracelular al interior de la clula. Tambin se ha conjeturado que dos de las protenas que intervienen en la enfermedad de Alzheimer, la protena precursora de amiloide y la secretasa gamma , podra tener preferencia por concentrarse en la balsas lipdicas. Si esto es verdad, podra explicarse porqu los frmacos que reducen el colesterol disminuyen el riesgo de desarrollar la enfermedad de Alzheimer. Los niveles ms bajos de colesterol conduciran a un descenso de la formacin de balsas, lo que a su vez amiloide causante de la enfermedad.

5.6 MEMBRANAS ARTIFICIALES

Debido a su naturaleza anfiptica en un medio acuoso los fosfolpidos del tipo de las membranas biolgicas tienden espontneamente a formar bicapas. De esta manera es posible obtener membranas fosfolpidas artificiales planas o cerrados en forma de liposomas en los cuales los fosfolpidos exponen sus cabezas polares en contacto con el agua mientras que ocultan sus cadenas no polares en el interior de la membrana, donde se estabilizan interacciones hidrofdicos.

Se puede utilizar una bicapa fosfolipdica sinttica (a la que se llama membrana negra) que cierre un pequeo orificio en una lmina que separa dos cmaras con agua, para estudiar muchas de sus propiedades biofsicas (por ejemplo resistencia elctrica, permeabilidad), tambin es posible introducir protenas y otras sustancias en estas membranas.

El tipo de disposicin de las molculas en agua depende en realidad de muchos factores, que a su vez dependen de la forma de sus molculas. Por ejemplo, los fosfolipidos neutros (que constituyen en la mayor parte de los fosfolipidos de las membranas) suelen poseer molculas cilndricas que tienden a formar bicapas. Por otro lado los lisofosfolipidos (fosfolipidos a los que se les ha extrado un acido graso) tienen molculas de forma cnica que tienden a agruparse en micelas (pequeas gotitas en agua) con los grupos polares en contacto con el medio acuoso.

Por su parte los lpidos cidos y los que poseen cidos grasas poliinsaturados tambin presentan molculas cnicas, pero con la cabeza polar ms pequea que el resto de la molcula, por lo que constituye en agua la llamada fase hexagonal (fig5), caracterizada por la formacin de cilindros fostolipidos con el agua contenida en su interior, en contacto con las cabezas polares. Esta figuracin tambin puede incluirse mediante el agregado de calcio. La transicin de bicapa a fase hexagonal es importante en ciertos procesos de fusin de membrana, como en la exocitosis y otros. Algunas ventajas y usos de los sistemas membranosos artificiales en el estudio de la fusin de la membrana, se mencionan a continuacin:

El contenido de lpidos de las membranas puede variar, permitiendo el examen sistemtico de los efectos de la composicin variable de lpidos sobre ciertas funciones. Por ejemplo puede hacerse que las vesculas estn compuestos nicamente de fosfatidilcolina o de modo alterno, de mezclas conocidas de fosfolipidos utilizados empleando lpido sinttico de composicin conocida para permitir el examen sistemtico de los efectos de la composicin de los cidos grasos sobre ciertas funciones de las membranas (por ejemplo de transporte)

Protenas o enzimas de membranas purificados, pueden incorporarse a estas vesculas para valorar que factores (por ejemplo, lpidos especficos o protenas dependientes) requieren las protenas para reconstruir sus funciones. Las investigaciones de protenas purificadas, por ejemplo, la Ca 2+/ATPasa del retculo sarcoplasmtico, han sugerido en que ciertas casos que slo se necesitan una protena y un lpido sencillo, para reconstituir una bomba de iones.

El medio de estos sistemas puede ser controlado con rigidez y modificacin sistemticamente (por ejemplo las concentraciones de iones) adems los sistemas pueden ser expuestos a ligados conocimientos si, por ejemplo, los Liposomas contienen protenas receptoras especificas.

Cuando los liposomas se forman pueden ser constituirse para englobar ciertos compuestos por ejemplo medicamentos y genes aislados ejemplo, medicamentos y genes aislados.Hay inters en utilizar los liposomas para distribuir medicamentos a determinado tejido y los componentes (Por ejemplo, anticuerpos contra ciertos molculas de la superficie celular) pudieran incorporarse liposomas de bodoque se les digiera a tejidos o tumores especficos y el impacto teraputico podra ser considerable. Al parecer, el ADN englobado por lposomas es menos sensible al ataque de nucleasas estos aproximadamente pueden probar su utilidad en los estudios de la teraputica del g en)

VI.- PAPELES FISIOLOGICOS

Se atribuyen a la membrana plasmtica funciones fundamentales para la vida celular y que conciernen a dominios diversos. Uno de los papeles ms evidentes es el de la frontera fsica entre los medios intra extracelular. Pero este papel queda lejos de ser nico: la membrana plasmtica asegura, en algunos casos, la transferencia de sustancias o de informacin de alguna clula a otra incluso a distancias mayores: de esta manera queda facilitad la integracin de ciertas propiedades en el seno del grupo de clulas, que se encuentran asociadas funcionalmente.

El papel de la membrana plasmtica se ha podido comprender mucho antes de haber sido observado morfolgicamente. As, las diferencia de composicin existentes entre los medios intra y extracelulares sugieren la presencia, en la periferia de la clula, de una estructura que controlen los intercambios y cuya permeabilidad sea selectiva tanto mas si tenemos en cuenta que la mayor parte de sustancias que se encuentran en el medio intracelular, es decir, en el hialoplasma, se mueve libremente.

Esta permeabilidad selectiva varia segn el tipo celular y en algunos casos es susceptible de evolucionar con el tiempo como todo sistema que se desarrolla, se reproduce y se realiza un cierto trabajo, la clula se ve obligada a importar continuamente materias primas y componentes y a eliminar productos de desechos que resultan de su actividades lo que ocurre, por ejemplo en las clulas epiteliales y que separan dos compartimientos del organismo y controlan los intercambios que existen entre ellos. En otros tipos celulares, la actividad fisiolgica va acompaada de fenmenos elctricos de membrana debido a los movimientos preferenciales de iones a travs de la membrana plasmtica. Es esencialmente en la existencia de tales permeabilidades y su modulacin a lo largo del tiempo en lo que se apoyan las teoras actuales de la conduccin del destino nervioso, las diferencias de concentracin de algunos constituyentes qumicos existentes entre los medios intra y extracelular, no constituyen una prueba irrefutable, de la permeabilidad selectiva de membrana plasmtica. Las diferencias de concentracin de estos dos medios pueden existir, incluso para sustancias capaces de atravesar la membrana. Estas diferencia son debidas ya sea una fijacin de estas sustancias componentes componentes citoplasmticos de elevado peso molecular, o bien a fenmenos de sntesis o de catabolismos celular, o tambin, tal como veremos en el sgte ejemplo.

El ejemplo de distribucin de Na y K entre los medios intra y extra se pone de manifiesto la especificidad y la complejidad de los procesos de la permeabilidad de la membrana. Estos dos cationes, monovalentes, de tamao parecido, estn repartidos de muy diferente forma en organismo: el sodio es el catin ms abundante en el medio extra celular, mientras que el potasio es en el intracelular.

Las primeras estimaciones de la concentracin intracelular de sodio se han obtenido por tcnicas de dosificacin qumica que no suministran ninguna informacin acerca de su renovacin o sus intercambios de medios circundantes. nicamente mediante el uso de istopos radiactivos de este elemento se han podido realizar estas mediciones. Estos istopos tienen las mismas propiedades que sus istopos estables, y presentan un compartimiento idntico en la clula.

La membrana plasmtica es pues permeable al sodio y hoy en da se sabe que si la concentracin celular de un elemento es baja, es porque su penetracin pasiva en la clula esta compensada por un transporte contino en el sentido opuesto. Este transporte, que no permite prever la diferencia de actividad electroqumica existente para este in, llamado transporte activo. Implica un trabajo por parte de la clula y debe ir necesariamente acompaado de un gasto de energa. Esto se explica por la existencia en el seno de la membrana plasmtica en una bomba de sodio. Los intercambios a travs de la membrana pueden ser el resultado de diferentes clases de fuerzas, puede tratarse de una difusin como consecuencia de una diferencia de presin o de un arrastre producido por un solvente o de otro soluto: se trata del transporte pasivo. En los casos en que ninguna de estas fuerzas pueda explicar los movimientos observados, se admite una intervencin directa de ciertos sistemas de transporte de membrana y se habla de transporte activo.

El estudio de la permeabilidad celular a diversas sustancias consiste esencialmente en determinar la intensidad de sus movimientos, o flujo, como resultante de la aplicacin de un o muchas de estas fuerzas.

El papel de la membrana plasmtica no se limita al control de los intercambios: se estudia tambin otras importantes funciones en las que interviene: transmisin de informacin; conduccin nerviosa y transmisin sinptica para las correlaciones nerviosas; transmisiones hormonales (segundo mensajero hormonal) para las correlaciones humorales.

TRASPASO DE SUSTANCIAS: PERMEABILIDAD

Permeabilidad de la membrana

La permeabilidad selectiva de las membranas determina qu tipo de sustancias pueden

entrar y salir de la clula. El ingreso de sustancias necesarias, el pasaje de agua y la salida de los productos de desecho, se vern posibilitados y regulados por medio de la membrana plasmtica.

Los distintos tipos de pasaje a travs de la membrana pueden clasificarse en dos grandes

grupos. En uno de ellos, los iones o molculas pequeas son transportados por las membranas, sin que estas experimenten deformaciones evidentes. En el otro mecanismo, denominado transporte en masa, las macromolculas o partculas de mayor

tamao son incorporadas a la clula o eliminadas de ella por medio de procesos que incluyen cambios visibles en las membranas.

Permeabililidad de cationes, aniones y pequeas molculas en una bicapa lipdica.(Dibujo tomado del libro de L.Stryer, Biochmica. Ed. Revert)

Permeabilidad de molculas pequeas

El pasaje de estas molculas va a depender de si las mismas se movilizan a favor o en contra de su gradiente de concentracin. Cuando lo hagan a favor del gradiente, pasarn en forma pasiva, es decir que no habr gasto de energa. Si, por el contrario, las molculas se movilizan en contra del gradiente de concentracin ser necesario el aporte de energa y el pasaje ser activo.

El ejemplo ms tpico y cotidiano lo vive usted cada vez que toma el tren. Cuando hay

una gran cantidad de gente en el vagn donde viaja, si est aplastado sobre la puerta, cuando la misma se abra usted saldr despedido del tren sin que realice ningn tipo de

esfuerzo. Al contrario, si usted quisiese subir al tren en las mismas condiciones, debera

realizar un esfuerzo ms que humano para poder desplazar a la gente y as poder abordar el tren.

Permeabilidad en el agua

Si se observa en hemates en disoluciones de cloruro de sodio de diversas concentraciones, se pone de manifiesto que su volumen esta en estrecha relacin con el medio en el que se encuentran. As se les puede ver aumentar progresivamente de volumen si se diluye este medio por edicin de agua destilada ms all de una cierta dilucin, su distincin es tal que dejan escapar la hemoglobina y las sales que contienen. Este proceso llamado hemlisis, tiene lugar para concentraciones de un NaCl inferiores al 0.5%.Para soluciones de NaCl al 0.9%, por el contrario, el volumen de las clulas es el mismo que se puede observar en la sangre. Finalmente se utilizan soluciones mas concentradas, las clulas disminuyen de volumen, por perdida de agua y toman progresivamente un aspecto arrugado, este medio se llama isotnico; las soluciones diluidas, hipotnicas, y las soluciones mas concentradas hipertnicas.

Las variaciones de volumen observadas en este ejemplo son consecuencia de diferencias de presin osmtica entre las dos caras de la membrana plasmtica. Si se separa una solucin dada de su solvente por una membrana libremente permeable al solvente, pero totalmente impermeable al soluto, se comprueba que el volumen de la solucin se incrementa progresivamente asta que se alcanza una diferencia de presin hidrosttica entre los dos compartimientos.. PERMEABILIDAD A LOS NO ELECTROLITOS

Si se concibe la membrana plasmtica como un tamiz a travs de cuyas mayas en los diversos cuerpos disueltos pasan para penetrar en la clula, cabe esperar encontrara una correlacin entre las dimensiones de los solutos estudiados y la rapidez de penetracin de la clula.

Se puede ver que en el caso de un tamiz donde las mallas tendran dimensiones elevadas

en relacin a las molculas estudiadas, el coeficiente de permeabilidad a las diversas sustancias debe ser inversamente proporcional a la raz cuadrada de su peso molecular. Esta previsin se verifica, por ejemplo, en el caso de una bacteria. Beggiota mirabilis, su membrana se comporta como un tamiz cuyas mallas tendran dimensiones parecidas a las de la molcula de sacarosa. Un tipo tal de permeabilidad es, sin embargo, excepcional.

Para la mayor parte de las clulas, la correlacin entre el coeficiente de permeabilidad y el peso molecular de los solutos estudiados tiene numerosas excepciones. Esta relacin solo se verifica si se consideran series de sustancias homologas. Si se comparan, por el contrario, sustancias de pesos moleculares semejantes, pero de estructuras qumicas diferentes, se ponen en evidencias diferencias muy importantes de la velocidad de penetracin. Este poder de penetracin va por los dems estrechamente ligados al grado de liposubilidad de las sustancias estudiadas. Desde1902 overton haba observado que para ciertas clulas vegetales haba una estrecha relacin entre la velocidad de penetracin de una sustancia en la clula y su liposubilidad .

Estructura

La estructura de la membrana celular es en forma de bicapa lipdica. Esta bicapa

lipdica puede ser considerada como una matriz donde se incorporan otras muchas

molculas que forman parte tambin de las diferentes membranas celulares.

La bicapa lipdica es una estructura fluida y dinmica. Este dinamismo de la bicapa se conoce como modelo de mosaico fluido, en el que se encuentran implicadas activamente todas las molculas que forman parte de la bicapa, ya sean fosfolpidos,

glucolpidos, esteroles y protenas, entre otros.

El modelo del mosaico fluido, postulado en 1972 por Singer y Nicholson, establece que los fosfolpidos de las membranas se encuentran ordenados en forma de bicapa fluida. La fluidez de esta bicapa permite el movimiento individual de las diferentes molculas que forman parte de la misma. Este dinamismo molecular confiere a la membrana una gran elasticidad as como propiedades elctricas y una relativa impermeabilidad frente a molculas muy polares.

Propiedades dinmicas

El grado de fluidez de la bicapa depende de las molculas que forman parte de la

misma, es decir, de la proporcin de cidos grasos saturados frente a insaturados o de la

proporcin de molculas tales como el colesterol, por ejemplo.

Los principales procesos dinmicos que ocurren en una membrana biolgica se definen a continuacin:

Rotacin de los enlaces de carbono: Movimiento de rotacin alrededor de las uniones C-C a lo largo de las cadenas hidrocarbonadas de los cidos grasos

Flexibilidad de la cadena hidrocarbonada: Las cadenas hidrocarbonadas de cido

graso presentan un alto grado de movilidad, sobretodo en el caso de cadenas que presenten dobles enlaces en su estructura

Difusin rotacional: Movimiento de rotacin de las molculas de la membrana alrededor de s mismas. La difusin rotacional puede darse de dos formas, mediante rotacin alrededor de un eje mvil, que tambin presenta rotacin figura 8c superior), o alrededor de un eje fijo

Difusin lateral: Movimiento translacional a lo largo de la superficie de la bicapa. Este movimiento puede ocurrir con idntica probabilidad en todas direcciones de forma completamente aleatoria. La difusin lateral depende del grado de rigidez de la membrana. .

. La molcula de lpido experimenta un movimiento traslacional en el plano de la membrana causado por la tendencia a ocupar los huecos existentes en la estructura del cristal lquido y por tanto a saltar de unas posiciones a otras. La velocidad del salto es del orden de 107 - 108 /s, aunque la velocidad global es del orden de m/s. En membranas celulares reales, la velocidad de difusin lateral est muy influenciada por la presencia de protenas de membrana y de molculas de lpidos inmovilizados fuertemente asociadas a las protenas.

Fluctuaciones: Movimientos de la bicapa similares a ondulaciones de la misma Las fluctuaciones de las membranas suelen presentarse en las proximidades de la fase de transicin de los lpidos que constituyen la bicapa

Difusin transmembrana: La difusin transmembrana o flip-flop es un movimiento de translocacin de una molcula (generalmente de lpido) de una mitad a otra de la bicapa

El movimiento requiere la total traslocacin de la molcula de lpido desde una de las semicapas a la otra. Aunque es posible encontrar velocidades de intercambio del orden de minutos, lo habitual es que los tiempos de recuperacin del equilibrio despus de movimientos de flip-flop sean del orden de horas o dias. Es evidente que deben ser movimientos muy costosos energticamente, con una gran barrera de activacin, ya que la cabeza polar del lpido traslocado ha de atravesar la barrera hidrfoba de la capa lipdica.

Orden orientacional: Cada una de las molculas de lpido que forman parte de la membrana presentan una orientacin propia en la bicapa (figura 9a). La presencia de protenas insertadas en la membrana da lugar a un incremento del orden de la bicapa y de su rigidez.

DOMINIOS DE LA MENBRANA CELULAR:

Como sistemas heterogneos que son, las membranas celulares presentan una gran diversidad de molculas en su estructura. La forma en que estas molculas se encuentran asociadas determina la presencia de regiones ms ordenadas y estables que otras (figura 9b). Estas regiones ordenadas son denominadas micro dominios, entre los que se encuentran los rafts, formados por colesterol o esfingolpidos (Simons e Ikonen,1997). En las bicapas lipdicas pueden observarse otro tipo de dominios, denominados nanodominios, no debidos a una heterogeneidad de la membrana, sino a cambios en sus propiedades fisicoqumicas, como puede ser un cambio de estado de los

fosfolpidos. La aparicin de dominios en las membranas obedece a multitud de parmetros como pueden ser la carga neta de la membrana, las fuerzas de interaccin,la composicin de la membrana y efectos externos como puede ser un soporte para su visualizacin (Tokumasu et al., 2003a). Existe un tercer tipo de dominio, el macrodominio, provocado por la insercin de una protena en la membrana y constituido por la relacin que se establece entre las molculas de fosfolpido y las molculas de protena.

La presencia de microdominios en las bicapas y sobretodo en el caso de los rafts, da lugar a regiones de resistencia a la accin de surfactantes, son las denominadas membranas resistentes a surfactantes (DRM) (Brown y London, 1998). Las DRM estn formadas, habitualmente, por esfingolpidos y colesterol y se caracterizan por su resistencia frente a la accin sobretodo de surfactantes no inicos y Tritn X-100 (Anderson y Jacobson, 2002; Simons e Ikonen, 1997).

ASIMETRIA DE LA BICAPA:

Las dos monocapas que componen la membrana celular presentan una composicin y estructura diferentes (figura 9c). Los carbohidratos, por ejemplo, se encuentran situados exclusivamente en la monocapa extracelular. La asimetra de la bicapa se debe a los diferentes requerimientos de la clula.

Citocromo c

El citocromo c es una protena perifrica globular de tipo catinico, de 12,4 kDa de peso molecular, encargada de la transferencia de electrones en la cadena respiratoria entre la citocromo c reductasa y la citocromo c oxidasa, situada en la parte interna de lamembrana mitocondrial. Es una protena que presenta un grupo hemo enlazado de forma covalente a su estructura. El tomo de hierro del grupo hemo pasa del estado frrico (Fe3+) al estado ferroso (Fe2+) cada vez que acepta un electrn. Los citocromosslo son capaces de transportar un electrn cada vez, es por esta razn que existen varios puntos de acumulacin y dispersin de electrones a lo largo de la cadena

respiratoria (Alberts et al., 2002).

En la figura 12 se presenta la estructura del Cyt c constituida por 104 aminocidos, de los cuales 12 son aninicos y 24 son catinicos, o lo que es lo mismo, sus aminocidos cargados (35 % del total de aminocidos) se distribuyen en 67 % de aminocidos catinicos y 33 % de aminocidos aninicos. Esta predominancia de cargapositiva hace que esta protena se una mayoritariamente a lpidos con carga neta negativa, mientras que presente poca unin en lpidos zwiterinicos.

La unin del Cyt c a la bicapa es directamente dependiente de la composicin lipdica y puede adoptar diferentes conformaciones en funcin de la unin (Salamon y Tollin, 1997; Oellerich et al, 2004). Se han observado tres tipos de localizacin de esta protena en las bicapas lipdicas: superficial, parcialmente insertada en la bicapa y completamente insertada en el core de la bicapa lipdica.

Gly Asp Val Glu Lys Gly Lys Lys Ile Phe Val Gln Lys Cys Ala Gln Cys His Thr Val

Glu Lys Gly Gly Lys His Lys Thr Gly Pro Asn Leu His Gly Leu Phe Gly Arg Lys Thr

Gly Gln Ala Pro Gly Phe Thr Tyr Thr Asp Ala Asn Lys Asn Lys Gly Ile Thr Trp Lys

Glu Glu Thr Leu Met Glu Tyr Leu Glu Asn Pro Lys Lys Tyr Ile Pro Gly Thr Lys Met

Ile Phe Ala Gly Ile Lys Lys Lys Thr Glu Arg Glu Asp Leu Ile Ala Tyr Leu Lys Lys Ala

Thr Asn Glu

La estructura terciaria del citocromo c, cuya estructura se muestra en la figura 13, est formada predominantemente por hlices .. encargadas de envolver y proteger al grupo hemo, confiriendo as a la molcula un ambiente interno hidrofbico excepto en un extremo del grupo hemo que se halla expuesto al exterior, y un ambiente externo altamente hidroflico (Lehninger et al., 2001). Las clulas de los organismos pluricelulares presentan una cierta renovacin, siendo eliminadas por el propio organismo, mediante el mecanismo conocido como apoptosis o muerte celular programada y posteriormente reemplazadas. El mecanismo de apoptosis est mediado por caspasas, enzimas proteolticos situados en el interior de la clula en su forma inactiva (procaspasas). Es precisamente la activacin de las procaspasas a caspasas el mecanismo desencadenante de la apoptosis, conocido como cascada de las caspasas (Alberts et al., 2002).

La apoptosis es un proceso que se inicia con la salida del Cyt c del interior mitocondrial debido a diferentes estmulos de muerte celular (Cai et al., 1998). Existen diferentes teoras que tratan de explicar la forma en que se produce la salida del Cyt c de la mitocondria, una de ellas implica a la protena Bax, presente en el citosol de la clula. Tras el estmulo de muerte celular, Bax se trasloca desde el citosol hasta la membrana externa de la mitocondria donde se ancla dando lugar as a una protena integral de membrana y formando un canal por el cual se produce la salida del Cyt c. Otra de las teoras planteadas es la fragmentacin de la membrana externa de la mitocondria por diferentes mecanismos (Desagher y Martinou, 2000). La salida del Cyt c del interior de la mitocondria puede ser prevenida e incluso bloqueada por la protena Bcl-2

El Cyt c es considerado un paradigma de protena perifrica de membrana, y su relacin con los fosfolpidos ha sido ampliamente estudiada mediante diferentes tcnicas (Subramanian et al., 1998; Mueller et al., 2000). La interaccin de esta protena con los fosfolpidos de las membranas depende directamente de la carga de los mismos, as como de la fuerza inica del medio en el que se encuentra. Se ha demostrado asimismo, que la interaccin depende, tanto de factores electroqumicos como de la hidroflia de ambos componentes (Subramanian et al., 1998). Los estudios realizados con el Cyt c sugieren su uso como modelo de protena perifrica.

Melitina

La melitina es una de las principales toxinas presentes en el veneno de la abeja europea (Apis mellifera) (Habermann, 1972). Es un pptido anfiptico de ~ 4,6 kDa, constituido por 26 aminocidos, que se muestran en la figura 14, de los cuales cinco son catinicos y ninguno de ellos es aninico, por tanto, el 100 % de los aminocidos cargados de la MLT (19 % del total de aminocidos) son catinicos. La presencia de estos aminocidos cargados positivamente en la estructura de la MLT hace que la protena se una de manera prioritaria a fosfolpidos con carga negativa.

Gly Ile Gly Ala Val Leu Lys Val Leu Thr Thr Gly Leu Pro Ala Leu Ile Ser Trp Ile Lys

Arg Lys Arg Gln Gln

Los aminocidos de este pptido se encuentran dispuestos en forma de hlice D

(Terwillinger y Eisenberg, 1982). La MLT, en solucin o en presencia de una membrana lipdica, puede presentar un cierto grado de polimerizaci

Este pptido presenta accin ltica sobre las membranas biolgicas (Dempsey, 1990). El mecanismo por el cual la MLT produce la lisis celular es por la formacin de poros o canales en la membrana. La formacin