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Transporte de Partículas a
través de la Membrana
Membrana Plasmática
• La membrana plasmática que rodea a todas
las células las separa físicamente del
ambiente externo y las define como entidad
separada, además de ayudar a mantener un separada, además de ayudar a mantener un
ambiente interno favorable para la vida al
regular el paso de materiales hacia dentro y
fuera de la célula. Muchos biólogos
consideran que la aparición de
membranas fue un paso importante en el
orígen de la vida.
Membrana Plasmática cont.
• Los estudios a nivel de biología celular
han demostrado que las membranas
son estructuras dinámicas y complejas, son estructuras dinámicas y complejas,
hechas de proteínas y lípidos en
contínuo movimiento.
Membrana Plasmática cont.
• Las membranas incluyen entre sus
funciones; además de aislar y proteger
la célula, el participar en reacciones la célula, el participar en reacciones
químicas, transmitir señales e
información entre el exterior e interior
celular y actuar como parte
indispensable de sistemas de
transferencia y almacenaje de energía.
Membrana Plasmática cont.
• Entre las proteínas presentes en las
membranas tenemos enzímas,
proteínas de transporte de materiales e proteínas de transporte de materiales e
información y otras con funciones
estructurales de unir células para
formar tejidos.
Fosfolípidos en la Membrana
• Los fosfolípidos son el factor primordial
en determinar las propiedades físicas
de las membranas biológicas. Esto se de las membranas biológicas. Esto se
debe a su característica de formar
estructuras con dos estratos “bicapas”.
En un extremo la parte hidrofóbica de
una grasa neutra y en otro la polaridad
hidrofílica de un grupo fosfato. A este
tipo de molécula se le llama anfipática.
Fosfolípidos en la Membrana
cont.• Las propiedades anfipáticas de los
fosfolípidos pueden atribuirse a dos factores
principales:
• Presencia de dos regiones de marcada • Presencia de dos regiones de marcada
diferencia con respecto al agua: hidrofóbica e
hidrofílica
• Forma cilíndrica de la estructura molecular
del lípido facilita asumir la forma de bicapa al
entrar en contacto con el agua.
Fosfolípidos en la membrana
Modelo del Mosaico Fluido
• Propuesto en 1972 por Singer y Nicholson. Propone una membrana consistente en una bicapa fluida de moléculas de lípidos con las proteínas moléculas de lípidos con las proteínas insertadas de forma similar a las piezas de un mosaico. El patrón del mosaico no es estático pues las proteínas cambian de posición contínuamente moviéndose como témpanos de hielo en un mar de fosfolípidos.
Modelo del Mosaico Fluido
cont.
• Este modelo ha dado gran impulso a la
investigación, ha sido probado en
repetidas ocasiones y permite hacer repetidas ocasiones y permite hacer
predicciones sobre las propiedades de
muchos tipos de membranas.
¿Puede usted identificar las partes representadas en la imagen?
Otras propiedades de las
Membranas
• Las bicapas lipídicas tienden a resistir
la formación de extremos libres, lo cual
facilita el autosellado; en la mayoría de
las condiciones, se redondean y forman las condiciones, se redondean y forman
vesículas cerradas de manera
espontánea. Esto permite el
funcionamiento de procesos que
mueven materiales en el interior de la
célula o de adentro hacia afuera y
viceversa.
Proteínas en la Membrana
• Se ha descubierto que las proteínas de la membrana funcionan de diversas maneras entre las que podemos señalar: puntos de anclaje para elementos del citoesqueleto, forman elementos del citoesqueleto, forman conductos o canales que permiten el paso selectivo de iones o moléculas, bombean solutos a través de la membrana, catalizan reacciones que ocurren en el interior o sobre la membrana.
Proteínas en la Membrana
cont.
• participan en el reconocimiento celular,
(sistema de defensa y comunicación
celular), ayudan a transmitir información celular), ayudan a transmitir información
llevada por otras moléculas como las
hormonas.
Permeabilidad Selectiva
• El paso de un material a través de una
membrana está determinado por una
serie de factores como el tamaño de la serie de factores como el tamaño de la
partícula, su carga y la composición o
tipo de membrana. Si un material cruza
la membrana, decimos que ésta es
permeable a dicho material, en el caso
contrario, decimos que es impermeable.
Permeabilidad Selectiva cont.
• Una membrana con permeabilidad
selectiva (o semipermeable) permite el
paso de solo ciertas sustancias. En paso de solo ciertas sustancias. En
general, las membranas biológicas son
más permeables a moléculas pequeñas
y a sustancias liposolubles capaces de
cruzar el interior hidrofobo de la bicapa.
Permeabilidad Selectiva cont.
• Aunque las moléculas de agua no son
liposolubles, pueden cruzar las
membranas por su pequeño tamaño, el
cual les permite pasar por los huecos cual les permite pasar por los huecos
que se forman cuando la cadena de
ácido graso se desplaza de forma
momentánea. Otros materiales que
pasan con facilidad son: gases como
oxígeno, dióxido de carbono y
nitrógeno.
Permeabilidad Selectiva cont.
• Moléculas polares pequeñas como el
glicerol, y sustancias no polares de
mayor tamaño (hidrofóbas), como mayor tamaño (hidrofóbas), como
algunos hidrocarburos tambien son
favorecidas al cruzar membranas.
Algunas moléculas polares de mayor
tamaño como la glucosa, así como
iones de cualquier tamaño cruzan la
bicapa con lentitud.
Mecanismos pasivos: Difusión
• Proceso físico basado en el movimiento
al azar de las partículas. Cuando las
partículas no están distribuidas de partículas no están distribuidas de
manera uniforme, podemos tener
regiones con alta concentración y baja
concentración. A esta diferencia de
concentración de una sustancia entre
un lugar y otro se le denomina un
gradiente de concentración.
Difusión cont.
• En el fenómeno de difusión, el movimiento
aleatorio de partículas da por resultado su
movimiento neto de la región de alta
concentración a la de baja concentración. La concentración a la de baja concentración. La
difusión puede ocurrir con rapidez en
distancias muy cortas. La velocidad de
difusión depende del movimiento de las
partículas, lo que a su vez está condicionado
por su tamaño y forma, sus cargas eléctricas,
y la temperatura.
Difusión cont.
• Al aumentar la temperatura, las partículas se
mueven con más rapidez aumentando la
velocidad de difusión. Las partículas de
sustancias distintas en una mezcla se sustancias distintas en una mezcla se
difunden de forma independiente una de otra.
Finalmente cuando no hay movimiento neto
de partículas en el sistema se dice que el
mismo está en equilibrio y las partículas se
han distribuido de manera uniforme.
Mecanismos pasivos:
Osmosis• Osmosis implica el movimiento de moléculas de solvente (agua) a través de una membrana semipermeable. Las moléculas de agua pueden cruzar dicha moléculas de agua pueden cruzar dicha membrana libremente en ambas direcciones, pero al igual que en todos los tipos de difusión, el movimiento neto es de una región de mayor concentración a una de menor concentración.
Osmosis cont.
• Se define la presión osmótica de una solución como la tendencia del agua a moverse hacia dicha solución como resultado de la osmosis. A nivel celular resultado de la osmosis. A nivel celular cuando una célula se coloca en un medio con una presión osmótica similar al del interior de la célula, se dice que la misma está en un medio isotónico o isoosmótico (igual presión).
Osmosis cont.
• Una solución con 0.9% de cloruro de sodio se considera una solución fisiológica salina normal. Si el líquido que circunda a la célula posee una que circunda a la célula posee una concentración de sustancias disueltas mayor que la correspondiente al interior de la célula, se dice que tiene presión osmótica mayor que ésta y que es hipertónico o hiperosmótico respecto a la misma.
Osmosis cont.
• Dado que la solución hipertónica tiene
menor concentración efectiva de agua,
una célula colocada en ella se contrae una célula colocada en ella se contrae
al perder agua por osmosis. Si una
célula provista de pared es sumergida
en una solución hipertónica, pierde
agua, su contenido se contrae y la
membrana plasmática se separa de la
pared celular (plasmólisis).
Osmosis cont.
• Cuando el líquido circundante a la
célula tiene concentración de materiales
disueltos menor que la célula, también disueltos menor que la célula, también
posee presión osmótica menor y se
dice que es hipotónico o
hipoosmótico respecto de la célula.
Mecanismos Activos: Transporte
Activo
• En ocasiones, la célula necesita mover
materiales en contra del gradiente de
concentración. Este tipo de transporte concentración. Este tipo de transporte
debe ser acoplado a una fuente de
energía (ATP). Uno de los ejemplos
más comunes del mecanismo de
transporte activo es la bomba de sodio
y potasio el cual existe en casi todas
las células animales.
Transporte Activo cont.
• El trabajo es realizado por proteínas
especiales llamadas transmembranosas
que utilizan la energía almacenada en que utilizan la energía almacenada en
el ATP para expulsar del interior de la
célula 3 iones de sodio (Na+) e
introducir a la misma 2 iones de potasio
(K+).
Transporte Activo cont.
• El resultado es la creación de un
gradiente electroquímico que puede ser
utilizado para transportar otros utilizado para transportar otros
materiales hacia adentro o fuera de la
célula. Un mecanismo similar es el que
se utiliza para la transmisión de los
impulsos nerviosos.
Mecanismos Activos: Endocitosis
• En la endocitosis, la célula lleva
materiales a su interior. Son diversos,
los tipos de mecanismos endocitóticos
que operan en los sistemas biológicos: que operan en los sistemas biológicos:
fagocitosis, pinocitosis y endocitosis
mediada por receptores.
• Fagocitosis significa literalmente
“ingestión de células”, la célula engulle
partículas sólidas grandes, como
bacterias o alimentos.
Fagocitosis cont.
• Este mecanismo es utilizado por ciertos protistos y diversos tipos de glóbulos blancos en vertebrados para ingerir partículas, algunas de las cuales pueden ser bacterias algunas de las cuales pueden ser bacterias completas. El proceso consiste en que la membrana plasmática se pliega alrededor de la partícula a ser ingerida hasta formar una especie de saco alrededor. Una vez rodeada la partícula, ésta queda como una vacuola en el interior de la célula, la cual se fusiona con lisosomas para digerir el material.
Pinocitosis
• También llamada bebida “celular”.
Pliegues de la membrana plasmática
atrapan microgotas de líquido y se
desprenden en el citoplasma a manera desprenden en el citoplasma a manera
de diminutas vesículas. Luego, el
contenido líquido de éstas se transfiere
directamente al citosol y las vesículas
se vuelven más pequeñas al punto de
desaparecer.
Endocitosis mediada por
receptores
• En este proceso moléculas específicas
se combinan con proteínas receptoras
incluidas en la membrana plasmática. incluidas en la membrana plasmática.
Una molécula que se une de manera
específica a un receptor se denomina
ligando.
Endocitosis mediada por
receptores cont.
• Las proteínas en la membrana capturan
al ligando y lo retienen hasta que ocurre
la endocitosis. Las células animales la endocitosis. Las células animales
captan el colesterol sanguíneo (LDL)
mediante endocitosis mediada por
receptores
Mecanismos Activos:
Exocitosis
• En exocitosis, una célula expulsa
productos de desecho u secreciones
específicas, como las hormonas,
mediante la fusión de una vesícula con
la membrana plasmática. El proceso la membrana plasmática. El proceso
sigue un mecanismo similar a
endocitosis a la inversa. Este es
también el mecanismo primario por el
que crecen las membranas
plasmáticas.