MEMBRANAS BIOLÓGICAS. -Composición y estructura de las membranas.

Transcripción

1 TEMA 11 MEMBRANAS BIOLÓGICAS Tienen una enorme importancia en la vida de los seres, ya que separan dos medio totalmente diferentes, contribuyen a la compartimentación de la célula, etc... Tienen un alto poder de clasificación de las sustancias a las cuales dejan pasar a través de ellas. Además en ellas hay enzimas que realizan diferentes funciones. Participan en diversas funciones defensivas del organismo, que contribuyen a evitar una gran cantidad de infecciones. Por tanto podemos decir que las membranas no son meras fronteras entre dos líquidos de diferentes composiciones. -Composición y estructura de las membranas. Dependiendo de las funciones que tengan que desempeñar tienen una composición u otra, es decir, tienen una cantidad u otra de los diferentes componentes. Las proteínas están presentes en una media del 60-70%, dependiendo de las funciones de la célula, los lípidos aparecen en un 40-80% y los glúcidos entre un 0-10%. Los lípidos más abundantes son los fosfolípidos, debido a su naturaleza anfipática, que facilita la formación de la bicapa lipídica y la del mosaico fluido. A pesar de todo, dentro de este grupo hay varios, a pesar de que la fosfatidilcolina es la más abundante, también las fosfatidiletanolaminas que aparecen en mayor medida en el cerebro, en resumen, se puede decir que hay un predominio de cada uno de ellos en determinadas partes del organismo. Un lípido muy abundante en las membranas es el colesterol, se integra en las bicapas y contribuye a la fluidez de ésta. Su capacidad de integración se debe a que tiene también un cierto carácter anfipático, con una pequeña cabeza polar. En cuanto a las proteínas, aparecen en todas las membranas plasmáticas, y el porcentaje en peso de cada una de ellas es diferente. Hay dos tipos de proteínas, las intrínsecas o integrales, que son aquellas que atraviesan toda la membrana lipídica, tienen un carácter anfipático, una parte apolar que es la que esta en la parte interna de la membrana y que no está en contacto con el agua, y una parte hidrófila que que se encuentra en la parte exterior. Muchas de estas proteínas integrales son también canales que permiten el paso de sustancias a través de ellas. Este tipo de proteínas de la membrana son difíciles de eliminar y generalmente para extraerlas hace falta romper la membrana. Las otras proteínas de la membrana son las que se encuentran en el exterior, son las llamadas proteínas extrínsecas, que se acoplan o bien a las proteínas integrales o a la membrana directamente. Son más fáciles de extraer, para hacerlo no es necesario la rotura de la membrana. Propiedades de la membrana

2 Liposolubilidad. Es decir, los lípidos entran con mayor facilidad a la membrana. El agua también entra, pero mediante unas proteínas canal llamadas acuaporinas, por las cuales sólo pasa agua, no pueden pasar ni iones ni ninguna otra, a ni aún siendo más pequeños que el agua, debido a que para pasar hace falta formar puentes de H +. Las acuaporinas son muy eficaces, pasan unas 10 6 de moléculas por segundo. Estas acuaporinas, en muchas ocasiones presentan patologías, por las cuales no pueden permitir el paso del agua. Cuando la AQP 2 falla hay problemas en el riñón, es decir, si está mutada no puede absorber agua y por tanto esta se elimina. Se produce una poliuria, esta enfermedad se llama diabetes insípida nefrogénica. Fluidez, las membranas han de ser fluidas, para poder mantener el equilibrio. Lo consiguen mediante los dobles enlaces que hay entre ácidos grasos. Estos dobles enlaces hacen que la distancia entre las cadenas sean más grandes. En la primera parte se ve como las cadenas con enlaces simples están más juntas y cómo las que tienen dobles enlaces están más separadas. El colesterol es un factor importante para la regulación de esta fluidez, aumenta la fluidez en aquellas que son poco fluidas y reduce la fluidez en las que necesitan una menor fluidez. Un problema en una enzima aumenta brutalmente la fluidez de las membranas, y da lugar a la enfermedad de Refsun. Afecta sobre todo al sistema nervioso. Las membranas son asimétricas, la presencia del glicocálix en el exterior la hace mucho más ancha en ese lado que en el interior. Los fosfolípidos de la membrana tienen movimiento, no están estáticos, hay varios movimientos: -Rotación: los fosfolípidos giran sobre sí mismos, lo hacen una velocidad elevada. -Traslación o desplazamiento lateral: los fosfolípidos intercambian posiciones con respecto a la membrana lípica. -Movimiento en flip-flop, es un movimiento muy complejo y que conlleva un gasto de energía, ya que las parte polar de la molécula tiene que atravesar toda la parte apolar par luego girarse y volver a colocarse mirando hacia la parte polar. Estos movimientos están catalizados por unas enzimas, las flipasas, las flopasas y las escamdrasas. Es muy importante destacar que las membranas tienen capacidad para recomponerse, es decir, si se rompen pueden volver a reagruparse. Funciones de la membrana -Barrera: es una función defensiva. La membrana tiene permeabilidad selectiva, es decir, por ejemplo los gases pasan por difusión simple, mientras que otras pasan por los canales abiertos por las proteínas y otras han se ser transportados por proteínas específicas que requieren un gasto de energía.

3 -Funciones metabólicas: como por ejemplo la membrana interna de las mitocondrias, en las cuales se produce la cadena transportadora de electrones. -Funciones de relación: hay varios tipos, las funciones de transmisión de información, que pueden o bien entre células vecinas, ya sea por poros, por desmosomas o por nexos. También está la comunicación a grandes distancias, que se realiza mediante hormonas. Entre las funciones de relación están también la de reconocimiento celular, que permiten a a celular ser identificada. Transporte a través de membranas Al ser la piel de las células, las membranas han de ser atravesadas en multitud de ocasiones par poder llegar a la otra parte de la célula. Es muy importante destacar que no todas las moléculas atraviesan la membrana de la misma manera, esto depende en muchas ocasiones de la estructura de la molécula que va a pasar a través de ella. Muchas de estas sustancias se transportan mediante difusión, esto es un fenómeno estrictamente físico por el cual el compuesto que atraviesa no interacciona con ninguno de los componentes de la membrana. La difusión durará hasta que se igualen las concentraciones. La velocidad de la difusión viene definida por la primera ley de Fick. Lo más normal es que sólo los gases y las pequeñas moléculas puedan pasar por difusión. Cuando el transporte está mediado por proteínas se dice que es una difusión facilitada. O transporte mediado pasivo. La difusión simple transporta moléculas sin gasto de energía y siempre a favor de gradiente. Por eso se dicen que es un transporte unidireccional. Una de las diferencias más grandes entre la difusión simple y la facilitada es que la segunda, no se ve afectada por el sustrato, es decir que si hay mucho gradiente, el transporte va a ser cada vez mayor. Cuando la cantidad de sustrato baja, la cantidad de transporte lo hace también. En cambio en la difusión facilitada, el transporte aumenta mucho cuando hay muchas cosas por transportar, pero llega un momento en que las proteínas están saturadas y de ahí no aumenta, se dice que tiene un curva hiperbólica. Otra de las cualidades de las proteínas que facilitan la difusión es que tienen competitividad, es decir, que hay más de un sustrato que se puede unir a ellas. Uno de los ejemplos más clásicos es el transportador de glucosa, al cual se puede unir también la galactosa (son epímeros). A diferencia de la difusión simple, la facilitada es bidireccional, ya que dependiendo del gradiente van a transportar en una dirección o en otra. El transporte mediado activo en cambio si que requiere un gasto de energía, ya que transporte moléculas en contra de gradiente. Al tener proteínas como método de transporte, también tienen saturación y competitividad. Es un mecanismo muy utilizado en multitud de partes del cuerpo, un ejemplo es el método par introducir H + en el estómago para crear un ambiente aún más ácido. No son direccionales, ya que transportan en un sólo sentido, por eso se dice que son vectoriales. Es un transporte en contra de concentración. Dependiendo del lugar del que provenga la energía se pueden clasificar en dos tipos.

4 Transporte activo primario. Dependencia directa de la energía Transporte activo secundario. La energía que llega lo hace indirectamente. La bomba Na + -K + es un transporte activo primario, ya que es ella misma la que hidroliza el ATP para obtener su energía y usarla para el transporte. La proteína responsable la de hidrólisis del ATP es la ATPasa. Un ejemplo de transporte activo secundario es el transporte de glucosa en los enterocitos. En ellos, el transportador necesita una molécula de Na para poder realizar el transporte. Esta molécula de Na la obtiene de la bomba sodio-potasio, en este caso. Hay varios tipos de transporte activo. El transporte activo uniporo, en el cual tan sólo se transporta una molécula. El transporte activo diporte transporta dos moléculas, si van en la misma dirección es transporte activo activo sinporte. Un ejemplo es el transporte de glucosa en los enterocitos. Se dice que es un transporte diporte antiporte. También se clasifican según si generan cargas o no, si las generan son transporte electrogéneo y si no lo es es un transporte no electrogéneo. La bomba Na + -K + es del primer tipo. Ionóforos Son unas moléculas que rompen la integridad de la membrana, otros acaban con los gradientes, que a la larga acaba destrozando la membrana. El primer tipo son los transportadores móviles. Son unas moléculas que acogen en su interior los iones de un lado y los llevan al otro lado de la membrana. El más clásico de todos es la valinomicina, que tienen una estructura circular, y en su interior hay D-valina y L-valina. Esta es una de las excepciones del organismo, ya que no hay proteínas de la serie D de forma normal, tiene una cara externa hidrofóbica y una parte interna específica, en este caso es mucho más afín por el K +, también puede transportar sodio, pero es 1000 veces menos efectiva. Este tipo no rompe el gradiente, sólo el gradiente. Los ionóforos estrictos se colocan en medio de la membrana y crean un poro artificial. A través de este poro pasa cualquier sustancia. Es n por muy poco específico, pero es muy eficiente. Es capaz de permitir el paso de hasta 10 6 iones por segundo. Uno de los más clásico es la gramicidina. No depende de la fluidez de la membrana. Se han usado como antibióticos y sobre todo en los procesos industriales.

5 Fibrosis quística Se produce por que una proteína de membrana falla, es el regulador de la conducción transmembrana de la fibrosis quística. En condiciones normales transporta el ión cloruro. Es un enfermedad de carácter hereditario recesivo. La RTFQ se altera xq la fenialalanina que hay en su composición no está, en concreto, la que se encuentra en el puesto 508 se delecciona. Esto provoca un plegamiento incorrecto, no se produce un correcto acoplamiento a la membrana y no puede pasar el ión Cl -. Esto hace que haya una acumulación de ión cloruro, que afecta a multitud de células epiteliales. Los afectados tienen unas mucosas mucho más espesas, que no permiten el correcto movimiento de los cilios, lo que hace que estos pacientes tengan frecuentes infecciones respiratorias de carácter grave. También tienen numerosos problemas a la hora de la síntesis de las enzimas digestivas. Todo esto desemboca en problemas generales. Una forma rápida y sencilla de detectar este enfermedad es mediante el sudor, ya que los afectados presentan ión cloruro en él. Afecta mucho más a individuos caucásicos que a orientales, a los primeros les afecta a 1:2.000 y uno de cada 22 personas son portadoras de esta enfermedad, mientras que a los asiáticos tan sólo a 1: A los individuos hetecigóticos, que tienen uno de los dos alelos recesivos se le ha asociado la ventaja heterocogótica, es decir, tienen ventajas en algunas enfermedades, generalmente ante las que afectan a el tracto digestivo y cursan con diarreas. Por ejemplo el cólera.