Transporte de Partículas a través de la Membrana
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- María del Rosario Torregrosa López
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1 Transporte de Partículas a través de la Membrana
2 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 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.
3 Membrana Plasmática cont. Los estudios a nivel de biología celular han demostrado que las membranas son estructuras dinámicas y complejas, hechas de proteínas y lípidos en contínuo movimiento.
4 Membrana Plasmática cont. Las membranas incluyen entre sus funciones; además de aislar y proteger 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.
5 Membrana Plasmática cont. Entre las proteínas presentes en las membranas tenemos enzímas, proteínas de transporte de materiales e información y otras con funciones estructurales de unir células para formar tejidos.
6 Fosfolípidos en la Membrana Los fosfolípidos son el factor primordial en determinar las propiedades físicas 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.
7 Fosfolípidos en la Membrana cont. Las propiedades anfipáticas de los fosfolípidos pueden atribuirse a dos factores principales: 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.
8 Fosfolípidos en la membrana
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11 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 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.
12 Modelo del Mosaico Fluido cont. Este modelo ha dado gran impulso a la investigación, ha sido probado en repetidas ocasiones y permite hacer predicciones sobre las propiedades de muchos tipos de membranas.
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15 Puede usted identificar las partes representadas en la imagen?
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17 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 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.
18 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 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.
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21 Proteínas en la Membrana cont. participan en el reconocimiento celular, (sistema de defensa y comunicación celular), ayudan a transmitir información llevada por otras moléculas como las hormonas.
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24 Permeabilidad Selectiva El paso de un material a través de una membrana está determinado por una 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.
25 Permeabilidad Selectiva cont. Una membrana con permeabilidad selectiva (o semipermeable) permite el 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.
26 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 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.
27 Permeabilidad Selectiva cont. Moléculas polares pequeñas como el glicerol, y sustancias no polares de 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.
28 Mecanismos pasivos: Difusión Proceso físico basado en el movimiento al azar de las partículas. Cuando las 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.
29 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 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.
30 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 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.
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32 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 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.
33 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 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).
34 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 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.
35 Osmosis cont. Dado que la solución hipertónica tiene menor concentración efectiva de agua, 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).
36 Osmosis cont. Cuando el líquido circundante a la célula tiene concentración de materiales disueltos menor que la célula, también posee presión osmótica menor y se dice que es hipotónico o hipoosmótico respecto de la célula.
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39 Mecanismos Activos: Transporte Activo En ocasiones, la célula necesita mover materiales en contra del gradiente de 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.
40 Transporte Activo cont. El trabajo es realizado por proteínas especiales llamadas transmembranosas 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 + ).
41 Transporte Activo cont. El resultado es la creación de un gradiente electroquímico que puede ser 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.
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45 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: fagocitosis, pinocitosis y endocitosis mediada por receptores. Fagocitosis significa literalmente ingestión de células, la célula engulle partículas sólidas grandes, como bacterias o alimentos.
46 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 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.
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48 Pinocitosis También llamada bebida celular. Pliegues de la membrana plasmática atrapan microgotas de líquido y se 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.
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50 Endocitosis mediada por receptores En este proceso moléculas específicas se combinan con proteínas receptoras incluidas en la membrana plasmática. Una molécula que se une de manera específica a un receptor se denomina ligando.
51 Endocitosis mediada por receptores cont. Las proteínas en la membrana capturan al ligando y lo retienen hasta que ocurre la endocitosis. Las células animales captan el colesterol sanguíneo (LDL) mediante endocitosis mediada por receptores
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53 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 sigue un mecanismo similar a endocitosis a la inversa. Este es también el mecanismo primario por el que crecen las membranas plasmáticas.
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