Biología Celular (Membrana, Uniones, Transporte, Matriz Extracelular, MP del Hepatocito)
ÍNDICE
1.1. Modelo de Membranas
1.2. Lípidos y fluidez de la membrana.
1.3. Proteínas de membrana.
1.4. Asimetría de la membrana.
1.5. Movilidad de los componentes de la membrana.
2. TRANSPORTE DE LAS MOLÉCULAS A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS.
2.1. Transporte pasivo.
2.2. Transporte activo.
3. UNIONES CELULARES
3.1. Desmosomas.
3.2. Uniones estrechas.
3.3. Uniones comunicantes.
4. MATRIZ EXTRACELULAR.
4.1. Matriz extracelular en tejidos animales.
4.2. Biogenésis de colagena
4.3. Glucosaminglicanos y proteoglicanos
5. MEMBRANA DEL HEPATOCITO
5.1 Composición Lípidica en la mebrana del hepatocito
5.2 Composición protéica en la membrana del hepatocito
1. MEMBRANA CELULAR
• Conservar la integridad estructural de la célula
• Controlar el paso de sustancias hacia el interior y la salida de otras
• Regular las interacciones celulares
• Reconocer por medio de receptores antígenos, células extrañas y células alteradas
• Establecer sistemas de transporte para moléculas especificas
• Efectúar la transducción de señales físicas, químicas o ambas en los diversos sucesos celulares.
1.1 Modelo de membranas
A lo largo de la historia se han propuesto diferentes modelos sobre la estructura de la membrana plasmatica y esto queda resumido en la siguiente linea de tiempo, que comienza por Lords y Agnes en 1880s hasta llegar a Singer y Nicolson en 1972.
En la actualidad el modelo más aceptado es el propuesto por Singer y Nicholson (1972), denominado modelo del mosaico fluido, que presenta las siguientes características:
* Considera que la membrana es como un mosaico fluido en el que la bicapa lipídica es la red cemetante y las proteínas embebidas en ella, interaccionando unas con otras y con los lípidos.
- * Los lípidos y las proteínas integrales se hallan dispuestos en mosaico.
- * Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución fundamentalmente de los glúcidos, que sólo se encuentran en la cara externa.
1.2. Lípidos y fluidez de la membrana.
En la composición química de la membrana entran a formar parte lípidos, proteínas y glúcidos en proporciones aproximadas de 40%, 50% y 10%, respectivamente.
1.3 Proteínas de membranas
Las proteínas de la membrana posees características que las diferencian de las globulares, suelen contener una proporción elevada de aminoácidos hidrófobos. Las proteínas que atraviesan la membrana tienen con frecuencia hélices a Son los componentes de la membrana que desempeñan las funciones específicas (transporte, comunicación, etc.). Al igual que en el caso de los lípidos, las proteínas pueden girar alrededor de su eje y muchas de ellas pueden desplazarse lateralmente (difusión lateral) por la membrana. Las proteínas de membrana se clasifican en:
*Proteínas integrales:
- Son anfipaticas
- Nucleo hidrofóbico y superficie hidrofílica
- Son difíciles de extraer (solo con detergentes)
*Proteínas periféricas:
- Estan fuera de la bicapa, sobre la superficie extracelular o citoplásmica
- Unidas a lípidos o a porcioneshidrofílicas dela proteina
- Se extraen fácilmente con soluciones salinas o a pH alcalino
1.4. Asimetría de la membrana.
La asimetría relacionada con los glúcidos es un fenómeno secundario porque en uno de sus aspectos se relaciona con los otros tipos de moléculas asociadas a los lípidos (las glicoproteínas y los glicolípidos).
* Rotación: es como si girara la molécula en torno a su eje. Es muy frecuente y el responsable en parte de los otros movimientos.
* Difusión lateral: las moléculas se difunden de manera lateral dentro de la misma capa. Es el movimiento más frecuente.
* Flip-flop: es el movimiento de la molécula lipídica de una monocapa a la otra gracias a diferentes enzimas tales como:
- Flipasas: tambien llamada asminofofolipidos flipasa, se encuentra en todas la membranas y dirigen los lipidos de la cara externa de la membrana hacia la superficie citoplásmatica. Son dependientes de ATP y Mg, consumiendo un ATP por lípido transportado. Es sensible a temperatura, a altas concentraciones de calcio y agentes alquilantes. Altamente selectiva y con preferencia de lipidos con grupo aminos, especialmente la fosfatidilserina.
- Flopasas. son trasportadores de la familia ABC, dependientes de ATP y pueden translocar en direccion de la cara citoplasatica hacia el exterior: compuestos anfipáticos, farmacos, sustancias tóxicas o xenóbioticos, colesterol y principalmente fosfatidilcolina.
- Scramblasas: son dependientes de calcio, bidireccionales estan presentes en celulas activadas (e.j. Plaquetas), no son selectivas y estan involucradas en la señalizacion.
2. TRANSPORTE DE LAS MOLÉCULAS A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS.
2.1 Transporte pasivo
Se caracteriza por un desplazamiento de sustancias desde un lugar de mayor concentración a otro de menor concentración, sin gasto de energía; la difusión simple, difusión facilitada y ósmosis son ejemplos de este tipo de transporte.
- Difusión simple: proceso que se define como el "desplazamiento de partículas desde una zona de mayor concentración a otra de menor concentración". La membrana puede ser permeable a un soluto cuando: a) el soluto pasa directamente a través de la bicapa de lípidos y b) porque elsoluto es capaz de atravesar por un poro acuoso.
- Difusión de agua: se dezplaza con mucha mayor rapidez que los iones y pequeños solutos. por lo que se dice que las membrnas son semipermeables. el agua se mueve rápidamente a través de una membrana semipermeable desde una región de [baja] hasta otra de [alta] de soluto. La difusión del agua recibe el nombre de ósmosis
- Difusión simple a través de canales Se realiza mediante las denominadas proteínas de canal. Así entran iones como el Na+, K+, Ca2+, Cl-. Las proteínas de canal son proteínas con un orificio o canal interno, cuya apertura está regulada, por ejemplo por ligando, que se unen a una determinada región, el receptor de la proteína de canal, que sufre una transformación estructural que induce la apertura del canal.
- Difusión facilitada. Permite el transporte de pequeñas moléculas polares, como los aminoácidos, monosacáridos, etc, que al no poder, que al no poder atravesar la bicapa lipídica, requieren que proteínas trasmembranosas faciliten su paso. Estas proteínas reciben el nombre de proteínas transportadoras o permeasas que, al unirse a la molécula a transportar sufren un cambio en su estructura que arrastra a dicha molécula hacia el interior de la célula.
- Difusión de iones. Las membranas contienen canales iónicos permeables iones específicos. Tiene un canal formado por proteínas integrales que rodean un poro acuoso. Son sumamente selectivos, solo permiten el paso de un tipo particular de ion. Hay 2 tipos de canales :
- Operados por voltaje. El estado de conformación depende de la diferencia iónica en mabos lados de la membrana.
- Operados por sustancia químicas. la conformación depende del enlace con una sustancia particular (ligando).
- Difusión de Glucosa. Se une selectivamente a una proteína que atraviesa la membrana (facilitador de transporte) encargado de facilitar el proceso de difusión. estos facilitadores son específicos para la glucosa y no discrimina entre esteroisoómeros. Su actividad esta regulada dependiendo de la necesidad de la célula. El movimiento es bidireccional, dependiente de la concentración.
2.2 Transporte activo
Se define como el "paso de una sustancia a través de una membrana semipermeable, desde una zona de menor concentración a otra de mayor concentración, con gasto de energía". Para que esto se lleve a cabo se requiere de proteínas transportadoras que actúen como bombas contra el gradiente de concentración, además de una fuente de energía que es el ATP. Son ejemplos de transporte activo la bomba de Na/K, y la bomba de Ca.
La bomba de Na+/K+ Requiere una proteína transmembranosa que bombea Na+ hacia el exterior de la membrana y K+ hacia el interior. Esta proteína actúa contra el gradiente gracias a su actividad como ATP-asa, ya que rompe el ATP para obtener la energía necesaria para el transporte.
El gradiente de concentración se refiere a la diferencia en la concentración de una sustancia dentro y fuera de la célula.
Por este mecanismo, se bombea 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ hacia el interior, con la hidrólisis acoplada de ATP. El transporte activo de Na+ y K+ tiene una gran importancia fisiológica
Para el transporte de este tipo de moléculas existen tres mecanismos principales: endocitosis, exocitosis y transcitosis. En cualquiera de ellos es fundamental el papel que desempeñan las llamadas vesículas revestidas. Estas vesículas se encuentran rodeadas de filamentos proteicos de clatrina.
- Endocitosis: Es el proceso por el que la célula capta partículas del medio externo mediante una invaginación de la membrana en la que se engloba la partícula a ingerir. Se produce la estrangulación de la invaginación originándose una vesícula que encierra el material ingerido. Según la naturaleza de las partículas englobadas, se distinguen diversos tipos de endocitosis.
- Pinocitosis. Implica la ingestión de líquidos y partículas en disolución por pequeñas vesículas revestidas de clatrina. (pseudópodos)
- Fagocitosis. Se forman grandes vesículas revestidas o fagosomas los cuales se fusionan con los lisosomas y constituyen el fagolisosoma, que es el encargado de degradar el material ingerido.
Exocitosis. Es el mecanismo por el cual las macromoléculas contenidas en vesículas citoplasmáticas son transportadas desde el interior celular hasta la membrana plasmática, para ser vertidas al medio extracelular. Esto requiere que la membrana de la vesícula y la membrana plasmática se fusionen para que pueda ser vertido el contenido de la vesícula al medio. Mediante este mecanismo, las células son capaces de eliminar sustancias sintetizadas por la célula, o bien sustancias de desecho. En toda célula existe un equilibrio entre la exocitosis y la endocitosis, para mantener la membrana plasmática y que quede asegurado el mantenimiento del volumen celular.
Transcitosis. Es el conjunto de fenómenos que permiten a una sustancia atravesar todo el citoplasma celular desde un polo al otro de la célula. Implica el doble proceso endocitosis-exocitosis. Es propio de células endoteliales que constituyen los capilares sanguíneos, transportándose así las sustancias desde el medio sanguíneo hasta los tejidos que rodean los capilares.
3. UNIONES CELULARES
La adherencia de las células de un tejido se mantiene mediante uniones denominadas desmosomas, los cuales permiten que grupos de células funcionen al unisono como una unidad estructural. Los desmosomas pueden clasificarse en razón de los tipos de filamentos citoplásmaticos con los que van asociados.
Desmosoma de banda: forma de una franja que une a las células epiteliales adyacentes en la región inmediatamente inferior a la unión hermética, el espacio intercelular esta lleno de filamentos finos. Y ambas membranas plasmáticas se encuentran asociadas con dos grupos de filamentos: un grupo a lo largo de la membrana y el otro se origina en la unión y se extiende hacia el citoplasma con una configuración aplanada. (actina). Se contrae en presencia del ATP e iones de calcio o magnesio, esto sirve para cerrar las lagunas formadas en el epitelio a consecuencia de la muerte de las células y de su desprendimiento.
- Hemidesmosomas o semidesmososmas: Estructura morfológicamente similares a los desmosomas, pero solo presentan la mitad de estos últimos, ya que su mitad externa esta formada con frecuencia por fibrillas de colágeno. Sirve como anclaje para los manojos de tonofilamentos, no une a las células adyacentes sino las células individuales con la matriz de tejido conectivo subyacente impidiendo que se separen las dos capas.
- Desmosomas puntiformes: actúa como remaches, manteniendo justas a las células. Se presentan como placas densas en la superficie citoplásmatica de la membrana. Ayudan a unir a las células mecánicamente a través de estructuras filamentosoas de interconexión. En la superficie citoplasmática se encuentran los tonofilamentos, no son contráctiles pero pueden resistir la tensión, unos se mantienes extendidos sobre la placa de los desosomas y otros la atraviesan. Hay filamentos más finos que surgen de las propias placas y se prolongan desde las células hasta el espacio intercelular donde se encuentra en conexión con el estrato central.
3.2 Uniones Estrechas
Sellan capas de los epitelios de modo que no puedan pasar moléculas a través del epitelio en ninguna direcció. polarizan la funcón celular al impedir la difusión lateral de un lado a otro.
3.3 Uniones Comunicantes
4. MATRIX EXTRACELULAR
Cada una de las cadenas polipeptídicas es sintetizada por los ribosomas unidos a la membrana del retículo endoplásmico y luego son traslocadas al lumen del mismo en forma de grandes precursores (procadenas α), presentando aminoácidos adicionales en los extremos amino y carboxilo terminales. En el retículo endoplásmico los residuos de prolina y lisina son hidroxilados para luego algunos ser glucosilados en el aparato de Golgi; parece ser que estas hidroxilaciones son útiles para la formación de puentes de hidrógeno intercatenarios que ayudan a la estabilidad de la superhélice. Tras su secreción, los propéptidos de las moléculas de procolágena son degradados mediante proteasas convirtiéndolas en moléculas de tropocolágena asociándose en el espacio extracelular formando las fibrillas de colágena.
La formación de fibrillas está dirigida, en parte, por la tendencia de las moléculas de procolágena a autoensamblarse mediante enlaces covalentes entre los residuos de lisina, formando un empaquetamiento escalonado y periódico de las moléculas de colágeno individuales en la fibrilla. Las fibras de colágena forman estructuras que resisten las fuerzas de tracción. Su diámetro en los diferentes tejidos es muy variable y su organización también; en la piel de los mamíferos están organizadas como cestos de mimbre, lo que permite la oposición a las tracciones ejercidas desde múltiples direcciones. En los tendones lo están en haces paralelos que se alinean a lo largo del eje principal de tracción. En el tejido óseo adulto y en la córnea se disponen en láminas delgadas y superpuestas, paralelas entre sí, mientras las fibras forman ángulo recto con las de las capas adyacentes.
Las células interactúan con la matriz extracelular tanto mecánica como químicamente, lo que produce notables efectos sobre la arquitectura tisular. Así, distintas fuerzas actúan sobre las fibrillas de colágena que se han secretado, ejerciendo tracciones y desplazamientos sobre ellas, lo que provoca su compactación y su estiramiento.
4.3. Glucosaminoglicanos (GAGs) y proteoglicanos
Los GAGs son los hetero-polisacáridos más abundantes del cuerpo. Estas moléculas son polisacáridos largos sin rami-ficaciones y contienen repe-ticiones de una unidad de disacáridos. Las unidades de disacáridos contienen una de dos azúcares modificadas, N-acetilgalactosamina (GaINAc) ó N-acetilglucosamina (GlcNAc) y un ácido urónico como el glucuronato ó iduronato. Los GAGs son moléculas negativamente cargadas con una conformación extendida que brinda alta viscosidad a una solución. Los GAGs están principalmente ubicados en la superficie de las células o en la matriz extracelular (MEC). Los GAGs específicos de significancia fisiológica son el ácido hialurónico, dermatan sulfato, condroitin sulfato, heparina, heparan sulfato y queratan sulfato.
La mayoría de los GAGs en el cuerpo están unidos a proteínas centrales y así forman proteoglicanos (también conocidos como mucopolisacáridos). Estos GAGs se extienden perpendicularmente desde el centro como una estructura tipo cepillo. La unión de los GAGs a la proteína central involucra un trisacárido específico compuesto de dos residuos de galactosa y un residuo de xilosa (GAG–GalGalXyl–O–CH2–proteina). El trisacárido de unión está acoplado a la proteína central a través de una unión O-glicosídica a un residuo S en la proteína. Algunas formas de queratan sulfatos están unidos a la proteína central a través de una unión N-asparaginil. Las proteínas centrales de los proteoglicanos son ricas en residuos S y T lo cual permite la adhesión de múltiples GAG.
5. MODELO DE MEMBRANA DEL HEPATOCITO
La region baso lateral contiene uniones estrechas y los desmosomas. Las uniones estrechas delimitar el dominio de la membrana canalicular biliar, esta área es funcionalmente especializadas para la secreción de bilis, y la membrana que contiene muchos microvellosidades se proyecta en el espacio canalicular.
5.1 Cmposición lípidica de la membrana del hepatocito
La siguiente tabla compara la composición lipídica de estos dominios. La membrana plasmática del hepatocito se ajusta a la fluidez de un "patrón" también se observa en las otras células bipolares. La fosfatidilcolina se localiza principalmente en la zona externa de las tres regiones, mientras que fosfatidilserina está en la pared interna. Esfingomielina se localiza principalmente en la zona externa o los dominios sinusoidal y canalicular pero en la cara de la región contigua. El patrón de transverse de las membranas sinusoidal y canlicular es similar a la establecida para las membranas de eritrocitos humanos.
5.2 Composición protéica de la membrana plasmatica del hepatocito
En la membrana plasmática de los hepatocitos se han encontrado diferentes proteínas en los diferentes dominios (sinusoidal, canalicular, contiguo). Presentan un 58% de proteínas y 42% de lípidos y es un poco más delgada que las demás membranas de las células.
Las proteinas de la membrana plasmática del hepatocito se diferencia de acuerdo a su localización en los tres campos.
- Proteínas de la membrana canalicular:
• Aminopeptidasa M
• g- glutamiltranspeptidasa
• Fosfatasa alcalina
• Fosfodiesterasa alcalina I
• ATPasa dependiente de Mg2+
• ATPasa dependiente de Ca2+
• Dipeptidil dipeptasa IV - Proteínas localizadas en la membrana sinusoidal y en la membrana contigua:
•ATPasa dependiente de sodio y potasio
•Adenilato ciclasa estimulada por el glucagon
•Transporte de alanina dependiente de sodio
Se ha observado que el cambio en la compocisión de lípidos en la membrana causada por la dieta, drogas u hormonas cambian la actividad de las proteínas
REFERENCIAS
- Alberts et al. Biología Molecular de la Célula. 3a. edición, Ed. Omega. 1994.
- Avers, Ch. Biología Celular. 2da. Edición . Grupo Ed. Iberoamerica, S.A. de C.V. 1991.
- Karp, G. 2006. Biología Celular y Molecular. 1ra. edición. Ed. McGraw Hill. 2006
- Daleke D. Regulation of transbilayer plasma membrane phospolipid asymmetry. Journal of lipid Research. 2003. 44:233-242.
- Singer J. and Nocolson G. The Fluid Mosaic model of the tructure of Cell Membranes. Science. 1972. 175: 720-731.
- Staehelin A and Hull B. Uniones Intercelulares. Editorial: Revista "Investigación y Ciencia"
- http://usuarios.lycos.es/valeryx/membplas.htm
- http://www.colegiomaravillas.com/BIO/BACH/downloads/membranacelular.pdf
- http://es.wikipedia.org/wiki/Col%C3%A1geno#S.C3.ADntesis_del_col.C3.A1geno
- http://escuela.med.puc.cl/paginas/Cursos/segundo/histologia/HistologiaWeb/paginas/dibujosBIG.gif/d37big.html
- http://docencia.izt.uam.mx/acbc/documentos/pdf/diaporamas/03_membrana__e_rodriguez_i_jimenez_h_gonz.pdf
- http://www.biologiacbc.ecaths.com/
- http://webs.uvigo.es/mmegias/5-celulas/imagenes/colageno2.png
- http://themedicalbiochemistrypage.org/spanish/glycans-sp.html
- http://www.avancesveterinaria.uchile.cl/AlasbimnImages/av-1990-5(1)-gonzalez-fig001.jpg