Tema 11 - Membranas biológicas

Componentes, estructura, función y propiedades. Dominios funcionales. Transporte a través de membranas. Energética del transporte.

Cap.10: pp. 165-172, 174

Complementad con materia de la asignatura "Biología"

Funciones

Barrera hidrófoba

Delimitar, contener
- envoltura de la célula
  - problema osmótico
- orgánulos, compartimentos subcelulares
  - especialización, separación de reacciones
Controlar el tránsito
- sustancias que pueden/deben entrar y salir
- transporte regulado a través de la membrana
Organizar secuencias de reacciones
- transporte electrónico en la mitocondria y el cloroplasto
Detección de cambios en el entorno, señales
- “transducción” de la señal: respuesta intracelular

Estructura

(recordar) Efecto hidrófobo

Micelas y bicapas
de Feduchi fig.4-2

Componentes y distribución

“modelo del mosaico fluido” (Singer y Nicholson)

Asociaciones no covalentes
Lípidos en bicapa
- fosfoglicerolípidos
- fosfoesfingolípidos
- glicolípidos (glicocálix)
- colesterol
Proteínas
- insertadas en la bicapa
- asociadas a su superficie
Fluidez, dinamismo
Composición variable cuadro 11.5

Propiedades

Fluidez figs. 4-6, 4-7
- Fosfolípidos con ácidos grasos insaturados aumentan la fluidez
  - Saturados: se empaquetan mejor, menor fluidez. Insaturados: mayor fluidez.
- Colesterol modula la fluidez, dependiendo de las condiciones:
  - con saturados: desorganiza el empaquetamiento, aumenta la fluidez
  - con insaturados: rellena, mejora el empaquetamiento, reduce la fluidez
(im)permeabilidad
- permeabilidad selectiva: moléculas pequeñas y poco polares
- Transportadores (proteínas)
- “Canales” (proteínas) selectivos. P.ej. acuaporinas
Autosellante
- reparación
- fusión de membranas
Asimetría figs. 4-8
- composición diferente en ambas semicapas (asimetría)
- p.ej., más carga negativa en la cara interior (PS, PI)
- potencial de membrana

Proteínas de membrana

Identidad y funciones diversas y específicas.

Clasificación por su topología:

integrales o intrínsecas
- insertadas en la bicapa (parte hidrófoba)
- si la atraviesan: transmembranales: receptores (de hormonas, neurtransmisores, ...), transportadores, canales
- difíciles de extraer (con detergentes o disolventes orgánicos, desensamblado completo de la membrana)
periféricas o extrínsecas
- interacciones con superficie polar de la bicapa
- interacciones con proteínas integrales
- más fáciles de separar (p.ej., con sales)
- anclajes covalentes con lípidos
  - (aa.gg.) palmitoilo, miristoílo
  - (isoprenoides) geranilgeranilo, farnesilo
  - anclaje GPI (glicosilfosfatidiliinositol

Dominios funcionales: balsas lipídicas

Regiones organizadas de modo más estable, menos fluido. Cara externa de la membrana. fig.11.29

Predomina colesterol, esfingolípidos y ciertas proteínas.

Implicadas en exocitosis, endocitosis, transducción de señales.

Transporte a través de la membrana

Permeabilidad selectiva:

gases y moéculas hidrófobas: pasan libremente
moléculas polares pequeñas: poco
moléculas polares grandes: apenas
iones: no pasan

Necesidad de proteínas transportadoras

Permeasas, canales, bombas …
Clase EC 7: translocasas

Tipos: fig.10-7

Difusión simple (moléculas pequeñas, apolares)
Difusión facilitada (con transportador) fig.10-8
Transporte activo primario
Transporte activo secundario (con 2 transportadores coordinados)

Características:

¿Con o sin transportador?
¿A favor o en contra de gradiente?
¿Con o sin aporte de energía?

Tipos de transporte (mecanismos):

		transporte pasivo	transporte activo
		a favor de gradiente	contra el gradiente
no mediado: sin transportador		difusión simple	(imposible)
mediado: con transportador	común a A,B,C:	difusión facilitada (transporte pasivo mediado)	con gasto energético a) transporte primario b) transporte secundario
	3 modos:	A) transporte simple, uniporte —un solo soluto—
		B) cotransporte paralelo, simporte —dos solutos, en el mismo sentido—
		C) cotransporte antiparalelo, antiporte —dos solutos, en sentidos opuestos—

Detalles con animaciones:

difusión simple
difusión facilitada simple, uniporte	Commons Otra en Biomodel y un ejemplo (translocasa de ATP y ADP)
cotransporte paralelo o simporte	Commons Otra en Biomodel
cotransporte antiparalelo o antiporte	Commons Otra en Biomodel
transporte activo primario	uniporte Commons antiporte Commons Observa que al comienzo se indica la hidrólisis de ATP (pulsa para verlo animado) y otra animación en Biomodel
transporte activo secundario	(pulsa para verlo animado) y otra animación en Biomodel
canal iónico	Commons

Canales regulados (difusión facilitada)

fig.10.9

Canales iónicos
- regulados por un compuesto químico (señal); ej.: canal de Na⁺ regulado por acetilcolina
- regulados por voltaje; ej.: canal de Na⁺ y canal de K⁺
- regulados por fosforilación (en dominio intracelular)
- regulados por presión (mecanosensibles)
despolarización, repolarización: transmisión del impulso nervioso y señal para la contracción muscular
“potencial de membrana” = ΔV entre ambos lados

Transporte activo (bombas)

fig.10.10, 10.11

Primario: ej.; bomba Na⁺-K⁺ (= Na⁺-K⁺ ATPasa) saca 3 Na⁺, introduce 2 K⁺, hidroliza un ATP

Secundario: ej.: transporte de Na⁺ y glucosa en las células del túbulo renal

Estructura:	Esquema del transporte:

CC-by-SA , Boumphreyfr & Miguelferig	CC-by-SA , A. Herráez

Ejercicio en torno a este esquema de transporte en los enterocitos.

Membrana mitocondrial

p.174

Doble membrana. Permeabilidad.

Compartimentos mitocondriales y componentes.

Membrana externa
- ~35% proteínas
  ~65% lípidos
  Bastante permeable: canales proteicos de porina, transmembranal, poco selectiva, deja pasar <10 kDa
  Ilustración: estructura 3D de la porina
Espacio intermembranal
- Algunas quinasas
Membrana interna
- ~80% proteínas
  ~20% lípidos
  Con crestas (invaginaciones) Muy impermeable; sólo transportadores específicos.
  Todas las proteínas del TEM y la ATP sintasa.
Matriz mitocondrial (o estroma mirocondrial)
- Enzimas del ciclo de Krebs.
  Enzimas de la β-oxidación de ácidos grasos.
  mtDNA, mtRNA, ribosomas

-(fin)-