BIOLOGIA TERCERO N I D A D É L U L A

Transcripción

1 BIOLOGIA TERCERO BT-03 U N I D A D I : C É L U L A M ODELO DE M EMBRANA Y T RANSPORTE

2 INTRODUCCIÓN La célula se considera como la unidad estructural y funcional de los seres vivos, ello significa que debe tener la capacidad de conseguir materia y energía para reparar, mantener, y construir cada parte de ella, y además, producir copias de sí misma para perdurar en el tiempo (reproducirse), esto implica que cada ser vivo debe ser una célula (organismo unicelular) o debe estar formado por un conjunto organizado de ellas (organismo pluricelular). Toda célula para poder cumplir con estas tareas debe tener al menos: Límite Citoplasma Material genético Limite celular El límite celular es el que determina un medio interno y asegura el perfecto funcionamiento celular. Este límite, tiene permeabilidad selectiva, es decir selecciona lo que entra o lo que sale de la célula, para ello tiene una estructuración relativamente compleja basada en la presencia de fosfolípidos, carbohidratos y proteínas. Pared celular La pared celular se encuentra formando parte del límite celular en organismos como Eubacterias o simplemente Bacterias, Protistas, Fungi y Plantas. Su composición varía en las distintas especies, en los distintos tejidos de una misma especie y entre células. En las células vegetales se encuentra una pared constituida principalmente por celulosa. Su alta porosidad permite el paso de agua y solutos disueltos. La célula vegetal no pierde comunicación con células vecinas, gracias a la presencia de plasmodesmos (poros de 40 mm. de diámetro) que comunican los citoplasmas de un tejido. En las células de los Hongos las paredes celulares están constituidas por quitina y en los protistas de celulosa reforzadas por sales de carbonato de calcio y sílice.en las bacterias esta compuesta de peptidoglucano (mureina). A pesar de la diversidad de las moléculas constituyentes de las paredes celulares de Plantas, Hongos, Protistas y Bacterias la función de la pared es la de otorgar: resistencia, protección y a cada célula su forma típica. Vacuola central Pared celular Cloroplasto Núcleo Figura 1. Célula vegetal destacándose una fuerte pared celular constituida principalmente por celulosa. 2

3 Membrana celular Es la estructura que rodea a la célula y la separa del medio. A través de ella se efectúa el intercambio de sustancias químicas que permiten mantener la integridad de la célula y realizar los procesos metabólicos. En las células eucariontes, además de la membrana celular hay otras membranas que separan compartimentos internos. La membrana celular es una bicapa lipídica compuesta por fosfolípidos (moléculas anfipáticas) y que en las células animales también se observa colesterol; esta bicapa cuenta con proteínas integrales y extrínsecas que le dan la funcionalidad al cumplir roles de transportadores, receptores, catalizadores, unión; y también posee oligosacáridos, carbohidratos unidos a lípidos y proteínas que forman el glucocálix con función de reconocimiento celular. Tabla Nº 1: Componentes de la membrana celular. Componente 1. Lípidos Colesterol Fosfolípidos Otros lípidos 3. Proteínas 2. Glúcidos % Figura Nº 2. Dibujo que muestra en tres dimensiones la membrana celular animal. 3

4 La membrana celular transduce señales hormonales y nerviosas; conduce potenciales de acción electroquímicos en células excitables; regula el movimiento de sustancias desde y hacia la célula, manteniendo la concentración intracelular de moléculas en los niveles adecuados para que se realicen los procesos celulares básicos. Transporte a través de la membrana A continuación se presentan los tipos de moléculas que pueden cruzar una bicapa lipídica y las que se ven imposibilitadas de cruzarla. Ca Ca+2 +2 Aminoácidos Urea Glicerol Glucosa O2 H 2O N2 Urea Glucosa Glicerol Aminoácidos H 2O O2 N2 Figura Nº 3. Permeabilidad de una bicapa de fosfolípidos frente a distintas sustancias. Sobre el agua es importante señalar que, si bien el agua es capaz de difundirse a través de la bicapa lipídica, esta no es la vía principal en todas las membranas celulares. Se encontró tanto en células de plantas y de animales que las moléculas de agua utilizan canales proteicos llamados acuaporinas. Aunque son específicos, estos permitirían el tránsito de solutos neutros y pequeños como la urea y el glicerol. Tipos de transporte a través de la membrana. Difusión: es el desplazamiento neto de moléculas a presión y temperatura constante, desde zonas de mayor concentración a zonas de menor concentración; Ej. O 2, CO2, hormonas lipídicas como; testosterona, progesterona, estrógenos, aldosterona y cortisol. Es un transporte pasivo. Osmosis: es el paso de agua a través de una membrana semipermeable que separa dos soluciones de distinta osmolaridad, se trata de un transporte pasivo. La osmolaridad de una solución corresponde a su capacidad de retener y captar agua. Relacionado con la osmosis se tiene la tonicidad, que corresponde a la presión osmótica de una solución respecto a la del plasma: hipotónica, menor que la del medio intracelular; isotónica, igual a la del medio intracelular; e hipertónica, mayor a la del medio intracelular (Tabla Nº 2 y Figura Nº 4) 4

5 Tabla Nº 2. Cambios en células animales y vegetales, en medios con distintas tonicidades. Medio Intracelular Medio Extracelular Célula vegetal Célula animal Hipotónico Ingresa agua Turgencia Ingresa agua Aumenta volumen Citólisis Isotónico No hay cambios No hay cambios Hipertónico Sale agua Plasmolisis Sale agua y baja volumen Crenación Las células pierden agua y se arrugan Hipertónica (solución de sal concentrada) Isotónica (concentración normal de sal) Hipotónica (agua destilada) H 2O H 2O Las células captan agua, se hinchan y estallan A. Célula animal (glóbulo rojo) B. Célula vegetal El cuerpo celular se encoge y se separa de la pared celular H 2O Vacuola H 2O La célula se vuelve rígida pero en general mantiene su forma porque está presente la pared celular Figura Nº 4. Cambios en células animales y vegetales, en medios con distintas tonicidades. 5

6 Transporte facilitado por proteínas de membrana: proteínas de canal y transportadoras. Proteínas de canal: Los canales son estructuras proteicas que forman un conducto en la membrana, son conductos hidrófilos muy específicos, por ellos se habla de canales de Na +, canales de K+, canales de Ca2+. El paso es favor de un gradiente de concentración o electroquímico, por lo tanto, pasivo. Los canales pueden estar siempre abiertos, o pueden ser regulados por distintos tipos de estímulos, según el tipo de canal iónico, los compuestos del canal se abren en respuesta a cambios del potencial de membrana; a moléculas mensajeras o ligandos internos y externos y a la estimulación mecánica (Figura Nº 5). (A) Regulado por voltaje (C) Regulado por ligando (ligando intracelular) (B) Regulado por ligando (ligado extracelular) (D) Regulado por estimulación mecánica CERRADO ABIERTO CITOSOL Figura Nº 5. Los canales iónicos regulados responden a distintos tipos de estímulos. Según el tipo de canal iónico, compuertas del canal se abren en respuesta a una alteración de la diferencia de voltaje a través de la membrana (A); a la unión de un ligando químico al canal, sea en el lado externo (B) o en el interno (C) de la célula, o a la estimulación mecánica (D). Proteínas de transporte Los transportadores tienen uno o más sitios de unión específicos para la sustancia o sustancias a transportar, son saturables y pueden ser bloqueados, transportan pasivamente (difusión facilitada) o activamente (transporte activo). Las proteínas transportadoras pueden clasificarse como: uniportes, simportes y antiportes (Figura N 6). Ion cotransportado Molécula transportadora Bicapa lipídica Ion cotransportado UNIPORTE SIMPORTADOR ANTIPORTADOR TRANSPORTE ACOPLADO Figura Nº 6. Clasificación de proteínas transportadoras. 6

7 Algunas proteínas transportadoras, transportan un sólo soluto a través de la membrana (uniportadoras). Por el contrario, en el transporte acoplado la transferencia de un soluto depende de la transferencia simultánea o secuencial de otro soluto, sea en la misma dirección (simportador) o en la dirección opuesta (antiportador). Los uniportadores, los simportadores y los antiportadores, median tanto el transporte pasivo como el transporte activo. Difusión facilitada: Es un tipo de transporte pasivo de un tipo de soluto, a través de una proteína de transporte, a favor del gradiente: químico, físico o eléctrico. Transporte activo: Se realiza contra el gradiente de concentración, químico o eléctrico, las proteínas transportadoras que lo realizan aprovechan alguna fuente de energía. Transporte activo sin cambios estructurales Cuando el transporte activo se realiza directamente acoplado al gasto energético, se dice que es primario. Un ejemplo es la bomba de Na +/K+ ATPasa que acopla el transporte de Na + hacia el exterior con el transporte de K + hacia el interior (antiporte) ambos en contra de su gradiente, el proceso se realiza con consumo de ATP. Esta actividad mantiene el potencial de membrana y hace posible que funcionen procesos de transporte activo secundario. Las células animales mantienen concentraciones de Na + y K+ intracelulares que difieren mucho de las extracelulares Tabla Nº 3. Tabla Nº 3. Concentraciones intra y extracelulares de Na+ y K+ Medio intracelular Medio extracelular Na+ 10 mmol/l 150 mmol/l K+ 140 mmol/l 4 mmol/l 7

8 La responsabilidad de mantener esta diferencia de concentraciones es de la bomba Na +- K+ ATPasa, bombeando K+ hacia dentro y Na+ hacia fuera de la célula. Básicamente funciona como se muestra en la figura Nº 7. ATP Figura Nº 7. Esquema de la bomba sodio potasio ATPasa. 1. El ATP fosforila la bomba que se encuentra unida al sodio (3 iones). 2. La unión del grupo fosforilo hace disminuir la afinidad por el sodio, el que es vertido al medio extracelular y aumenta la afinidad por el potasio. 3. Iones potasio (2 iones) del medio extracelular se unen a la proteína. 4. La hidrólisis del enlace fosforilo-proteína permite que la proteína retorne a su configuración inicial y adquiera alta afinidad por sodio y baje la afinidad por potasio. Este último se vierte al citoplasma. 5. Tres iones sodio se unen a la proteína y se reanuda el ciclo. 8

9 Transporte activo con cambios estructurales. Endocitosis en la cual pequeñas porciones de membrana se invaginan para englobar sustancias sólidas (fagocitosis) o fluidas (pinocitosis) (Figura 8). Figura Nº 8. Las células pueden realizar los procesos de endocitosis. Exocitosis es un fenómeno inverso a la endocitosis y las sustancias son descargadas fuera de la célula como proteínas de secreción: hormonas, enzimas; o simplemente sustancias de desecho (Figura Nº 9).. Figura Nº 9. La exocitosis es la fusión de vesículas con la membrana plasmática, de lo que resulta la exportación de partículas grandes. a) El diagrama muestra una vesícula que se aproxima a la membrana plasmática, se fusiona con ella y libera su contenido fuera de la célula. b) Micrografía electrónica de transmisión en la que se observa la exocitosis de los componentes proteínicos de la leche por una célula de glándula mamaria. 9

10 Preguntas de desarrollo 1. Si una molécula es polar sin carga, cuál será su mecanismo de transporte a través de la membrana biológica? Sobre tonicidad a) Indique los fenómenos que ocurren a una célula bacteriana sumergida en un medio hipotónico.. b) Qué fenómenos le ocurre a una célula animal sumergida en un medio hipertónico? Indique tres estímulos que provocan la apertura de las proteínas de canal Mencione las características principales del transporte activo Cuáles son las diferencias entre el transporte activo y difusión facilitada?. 6. Las proteínas transportadoras se pueden clasificar como 7. a) b).. c).. Defina - endocitosis.. - exocitosis.. 10

11 Preguntas de selección múltiple 1. La estructura de la membrana celular responde al modelo de mosaico fluido, el cual se caracteriza por poseer A) B) C) D) E) 2. dos capas de polisacáridos. una capa de fosfolípidos y azúcares. doble capa de proteínas con algunos monosacáridos. ácidos nucleicos y proteínas dispuestos irregularmente. doble capa lipídica y proteínas dispuestas irregularmente. El esquema corresponde a una representación de una bícapa lipídica (sólo estructurada por fosfolípidos) y su comportamiento frente al transporte de las moléculas: X, R y Z. X R Z Al respecto se puede afirmar correctamente que, la molécula I) II) III) A) B) C) D) E) 3. X corresponde a la glucosa. R corresponde al oxígeno. Z corresponde al dióxido de carbono. Solo I. Solo II. Solo III. Solo II y III. I, II y III. Sobre la bomba Na+/k+ ATPasa, es correcto afirmar que I) II) III) A) B) C) D) E) es de origen proteico. utiliza energía derivada de la hidrólisis del ATP. transporta moléculas en dirección energéticamente desfavorable. Solo I. Solo II. Solo III. Solo I y II. I, II y III. 11

12 4. De la pared celular vegetal, se puede afirmar correctamente que I) II) III) A) B) C) D) E) 5. Solo Solo Solo Solo Solo posee celulosa en su constitución. puede considerarse constituyente selectivo. provee a la célula resistencia y protección. I. II. I y II. I y III. II y III. Cuál de las siguientes moléculas NO es un componente estructural de la membrana plasmática de una célula animal? A) B) C) D) E) Colesterol. Fosfolípido. Triglicérido. Glicoproteína. Proteínas integrales. RESPUESTAS Preguntas Claves 1 E 2 E 3 E 4 D 5 C DMON-BT03 Puedes complementar los contenidos de esta guía visitando nuestra Web 12