Examen II

Funciones de la membrana plasmática

1. Controlar el intercambio de sustancias

2. Mantener gradientes de concentración

3. Establecer el potencial de membrana

4. Recibir y transmitir señales

5. Reconocer moléculas y otras células

6. Participar en la adhesión celular

7. Interactuar con la matriz extracelular

8. Incorporar sustancias mediante endocitosis

9. Liberar sustancias mediante exocitosis

10. Organizar proteínas y lípidos en regiones funcionales

Transducción de señales (membrana plasmática)

Cuando una molécula señalizadora se une a su receptor, la información extracelular se convierte en una señal intracelular. La superficie celular contiene receptores que pueden detectar hormonas, neurotransmisores, factores de crecimiento, citocinas, moléculas de adhesión y componentes de la matriz extracelular

Principales componentes de la membrana plasmática

1. Lípidos

2. Proteínas

3. Carbohidratos

4. Asimetría de la membrana

5. Fluidez

6. Colesterol

7. Dominios especializados

Lípidos (membrana plasmática)

Constituyen la matriz estructural de la membrana. Los principales son:

1. Fosfolípidos

2. Colesterol

3. Esfingolípidos

Proteínas (membrana plasmática)

Realizan muchas de las funciones específicas de la membrana. Pueden actuar como: canales, transportadores, bombas, receptores, enzimas, moléculas de adhesión y proteínas de anclaje

Carbohidratos (membrana plasmática)

Se encuentran asociados principalmente a glucoproteínas y glucolípidos. Se localizan predominantemente en la superficie extracelular y forman parte del glucocáliz. Participan en reconocimiento celular, protección, adhesión, interacción con otras células e interacción con moléculas extracelulares

Glucocáliz (membrana plasmática)

Es una cubierta celular rica en carbohidratos que recubre la superficie exterior de la membrana plasmática de diversas células, incluidas las bacterias, las células epiteliales y las células endoteliales

Fluidez (membrana plasmática)

Los lípidos pueden desplazarse lateralmente dentro de la bicapa. Depende de:

1. Temperatura

2. Longitud de las cadenas hidrocarbonas

3. Composición lipídica y colesterol

4. Grado de insaturación

Colesterol (membrana plasmática)

Actúa como un modulador de las propiedades físicas de la membrana. A temperaturas bajas ayuda a impedir un empaquetamiento excesivo de los lípidos, mientras que temperaturas elevadas limita ciertos movimientos de los fosfolípidos

Dominios especializados (membrana plasmática)

La membrana puede considerarse un mosaico organizado y dinámico, no una mezcla completamente aleatoria

Bicapa de lípidos

Su estructura se basa en la orientación de las cabezas hidrofílicas hacia los medios acuosos (intracelular y extracelular) y las colas hidrofóbicas hacia el interior, creando una barrera continua y flexible. La misma actúa como filtro semipermeable, impidiendo el paso libre de iones y moléculas hidrofílicas para mantener la homeostasis

Propiedades y funciones de los lípidos de la membrana

1. Anfipaticidad

2. Barrera hidrofóbica

3. Movimiento de los lípidos

4. Lípidos y señalización

5. Bicapa y energía

Anfipaticidad

Los fosfolípidos son moléculas anfipáticas, debido a que contienen:

1. Región hidrofílica —> interacción con el agua

2. Región hidrofóbica —> rechazo del agua

Movimiento de los lípidos (bicapa de fosfolípidos)

Los lípidos pueden realizar:

1. Movimiento lateral

2. Rotación

3. Flexión de las cadenas

El movimiento de una monocapa a la otra, denominada flip-flop, es mucho menos frecuente espontáneamente

Lípidos y señalización (bicapa)

Los lípidos también pueden participar directamente en la señalización. Algunos fosfolípidos pueden modificarse para generar moléculas señalizadoras. Por lo tanto:

Lípido de membrana → modificación → molécula señalizadora → respuesta celular

Bicapa y energía

Los gradientes electroquímicos establecidos a través de las membranas representan energía potencial. Esta energía puede utilizarse para:

1. Transporte activo secundario

2. Generación de potenciales eléctricos

3. Excitabilidad celular

4. Síntesis de ATP en membranas especializadas

Proteínas de membrana

1. Proteínas integrales

2. Proteínas periféricas

3. Proteínas ancladas a lípidos

4. Proteínas multipaso

Proteínas integrales

Se encuentran incorporadas firmemente en la bicapa. Muchas son proteínas transmembrana y contienen regiones hidrofóbicas que interactúan con el interior de la membrana. Pueden funcionar como:

1. Canales

2. Transportadores

3. Bombas

4. Receptores

5. Enzimas

6. Moléculas de adhesión

Proteínas periféricas

Se encuentran asociadas a la superficie de la membrana mediante interacciones como:

1. Proteínas integrales

2. Lípidos

3. Citoesqueleto

Proteínas ancladas a lípidos

Algunas proteínas se unen a la membrana mediante grupos lipídicos. Un ejemplo son las proteínas de anclaje GPI, localizadas en la superficie extracelular

Proteínas multipaso

Algunas proteínas atraviesan la membrana varias veces. Son comunes entre:

1. Canales

2. Transportadores

3. Receptores

Su organización tridimensional permite formar conductos o sitios de unión específicos

Direccionamiento de proteínas

Una proteína recién sintetizada contiene información que puede determinar su destino celular. Las señales de direccionamiento pueden dirigir proteínas hacia:

1. Núcleo

2. Mitocondria

3. Peroxisoma

4. RE

5. Aparato de Golgi

6. Lisosoma

7. Membrana plasmática

8. Exterior celular

La célula reconoce la señal y dirige la proteína hacia el compartimiento correspondiente. Por lo tanto:

Síntesis → direccionamiento → transporte → localización → función

Una proteína que llega al compartimiento incorrecto puede perder su función o generar alteraciones celulares

Transducción de señales

Convierte una señal extracelular en cambios intracelulares. El proceos general puede representarse como:

Ligando → receptor → transductor → efector → segundo mensajero/cascada → proteína diana → respuesta

Las señales pueden provenir de: hormonas, neurotransmisores, factores de crecimiento, citocinas, componentes de la matriz extracelular y moléculas provenientes de otras células

Receptores acoplados a proteínas G

Los GPCR constituyen una gran familia de receptores transmembrana. Poseen siete segmentos transmembrana y transmiten señales mediante proteínas G heterotriméricas compuestas por:

1. Subunidad α

2. Subunidad β

3. Subunidad γ

En el estado inactivo, la subunidad α contiene GDP. Cuando el receptor es activado: GDP → GTP. La proteína G activada puede regular diferentes proteínas efectoras:

1. Vía adenilato ciclasa

2. Vía de fosfolipasa C

3. Ca2+ como segundo mensajero

Vía adenilato ciclasa (receptores acoplados a proteínas G)

Una ruta clásica es:

GPCR → proteína G → adenilato ciclasa → AMPc → PKA → proteínas diana

El AMPc funciona como segundo mensajero

La PKA puede modificar (Vía adenilato ciclasa, receptores acoplados a proteínas G)

1. Enzimas metabólicas

2. Canales

3. Proteínas estructurales

4. Factores relacionados con la expresión génica

Vía de fosfolipasa C (receptores acoplados a proteínas G)

Otra ruta es:

receptor → PLC → PIP2 → IP3 + DAG

La IP3 puede estimular la liberación de Ca2+ desde el RE. El DAG, junto con Ca2+ en determinados contextos, puede participar en la activación de PKC

Ca2+ como segundo mensajero (receptores acoplados a proteínas G)

El Ca2+ participa en:

1. Contracción

2. Movimiento

3. Secreción

4. Expresión génica

5. Metabolismo

6. Apoptosis

Calmodulina (Ca2+ como segundo mensajero)

Es una proteína fundamental para interpretar cambios en la concentración intracelular de Ca2+

Señalización mediante receptores tirosina cinasa

Los receptores tirosina cinasa (RTK) poseen actividad enzimática asociada con la fosforilación de residuos de tirosina. La unión de un factor de crecimiento puede provocar:

1. Dimerización o reorganización del receptor

2. Activación de la actividad tirosina cinasa

3. Autofosforilación

4. Reclutamiento de proteínas señalizadoras

5. Activación de cascadas intracelulares

Aquí se encuentran las vías: Vía Ras-MAPK, vía PI3K-Akt y vía JAK-STAT

Vía Ras-MAPK (señalización mediante receptores tirosina cinasa)

Una de las rutas principales es:

RTK → adaptadores → Ras-GTP → Raf → MEK → ERK/MAPK → núcleo

Cuando la Ras se encuentra unida a GTP, está activa y puede iniciar una cascada de fosforilación. Esta vía participa en:

1. Crecimiento

2. Proliferación

3. Diferenciación

4. Supervivencia

Vía PI3K-Akt (señalización mediante receptores tirosina cinasa)

Otra ruta importante es:

RTK → PI3K → PIP3 → Akt

Akt regula procesos relacionados con:

1. Supervivencia

2. Metabolismo

3. Crecimiento

4. Síntesis de proteínas

Vía JAK-STAT

Las citocinas pueden activar receptores asociados con quinasas JAK. El proceso puede resumirse:

Citocina → receptor → JAK → STAT → dimerización → núcleo → expresión génica

Esta vía es especialmente importante porque conecta de manera relativamente directa la señal extracelular con la regulación de genes

Regulación y terminación de las señales

Los principales mecanismos incluyen:

1. Desensibilización de receptores

2. Inactivación de segundos mensajeros

3. Terminación del ligando

Desensibilización de receptores (regulación y terminación de las señales)

1. Las quinasa acopladas a receptores (GRKs) fosforilan receptores a activados (como los GPCR), lo que permite la unión de arrestinas.

2. Estas bloquean la interacción con proteínas G e inician la internalización del receptor mediante endocitosis para su reciclaje o degradación

Inactivación de segundos mensajeros (regulación y terminación de las señales)

1. Enzimas como las fosfodiesterasas hidrolizan el AMPc y GMPc, deterniendo la señal de estas vías.

2. Las fosfatasas desfosforilan proteínas diana, actuando como interruptores de apagado en cascadas de quinasas

Terminación del ligando

1. La señal externa se detiene mediante la eliminación o degradación de la molécula señalilzadora por enzimas específicas, o mediante la inhibición por retroalimentación (feedback negativo) de vías upstream

Transporte activo secundario

Utiliza la energía almacenada en un gradiente previamente establecido. Puede ocurrir como:

1. Simporte: dos sustancias se desplazan en la misma dirección

2. Antiporte: dos sustancias se desplazan en direcciones opuestas

Un ejemplo es el cotransporte de Na+ y glucosa

Gradiente electroquímico

Es la combinación de gradiante químico y el gradiente eléctrico. Este concepto es esencial para: transmisión nerviosa, contracción muscular, transporte secundario y excitabilidad celular.

RE

Participa en la síntesis y procesamiento de proteínas y lípidos. Proceso:

Ribosoma → secuencia señal → SRP → receptor de SRP → translocón del RE → translocación/inserción

Las proteínas de membrana pueden adquirir una orientación específica mediante señales de inicio y terminación de transferencia. Dentro de esta estructura, las proteínas pueden:

1. Plegarse

2. Formar enlaces disulfuro

3. Recibir modificaciones

4. Ensamblarse con otras subunidades

Aparato de Golgi

Recibe proteínas y lípidos provenientes del RE. Está organizado en regiones: cis, medial y trans. Durante su tránsito, las proteínas pueden experimentar:

1. Modificación de carbohidratos

2. Proteólisis

3. Adición o eliminación de grupos químicos

4. Clasificación

De aquí las moléculas pueden dirigirse hacia:

1. Membrana plasmática

2. Lisosomas

3. Vesículas secretoras

4. Espacio extracelular

Transporte vesicular

Es un mecanismo fundamental para la organización y el funcionamiento de las células eucariotas. Permite transportar proteínas, lípidos y otras moléculas entre los diferentes compartimientos celulares mediante pequeñas estructuras membranosas denominadas vesículas de transporte. Tenemos los siguientes:

1. Tránsito vesicular

2. Secreción celular

3. Endocitosis

4. Organización del sistema de endomembranas

5. Mecanismo molecular del tránsito vesicular

Tránsito vesicular (transporte vesicular)

Es el desplazamiento selectivo de moléculas entre compartimentos celulares mediante vesículas que se forman a partir de una membrana y posteriormente se fusionan con otra membrana compatible.

Función: distribuir proteínas y lípidos hacia el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi, los endosomas, los lisosomas y la membrana plasmática, según la ruta correspondiente.

Secreción celular (transporte vesicular)

Es el proceso mediante el cual la célula libera sustancias al espacio extracelular. Muchas proteínas destinadas a la secreción se sintetizan en ribosomas asociados al retículo endoplasmático rugoso y pasan por el aparato de Golgi antes de llegar a la membrana plasmática.

Función: liberar hormonas, enzimas digestivas, anticuerpos, neurotransmisores y componentes de la matriz extracelular.

Endocitosis (transporte vesicular)

Es el proceso mediante el cual la célula incorpora materiales del medio extracelular. La membrana plasmática se invagina, rodea el material y forma una vesícula que ingresa al interior celular.

Función: captar nutrientes, internalizar receptores, regular señales celulares y participar en la defensa inmunitaria.

Organización del sistema de endomembranas (transporte vesicular)

Comprende compartimentos que intercambian materiales y mantienen funciones celulares especializadas.

Proteínas que participan en el transporte vesicular

1. COPII

2. COPI

3. Clatrina

4. Rab

5. SNARE

COPII (transporte vesicular)

Participa principalmente en la formación de vesículas que transportan proteínas desde el retículo endoplasmático hacia el aparato de Golgi.

COPI (transporte vesicular)

Participa en el transporte retrógrado desde el Golgi hacia el retículo endoplasmático y en el intercambio entre compartimentos del Golgi.

Clatrina (transporte vesicular)

Forma cubiertas que contribuyen a la formación de vesículas en la endocitosis mediada por receptores y en determinadas rutas de salida del Golgi.

Rab y SNARE (transporte vesicular)

Las proteínas Rab contribuyen al reconocimiento y anclaje de las vesículas; las proteínas SNARE participan directamente en la fusión de membranas.

Tipos de endocitosis

1. Fagocitosis

2. Pinocitosis

3. Endocitosis mediada por receptores

Fagocitosis

Consiste en la incorporación de partículas grandes, como microorganismos, restos celulares o partículas extrañas. La célula extiende prolongaciones de su membrana que rodean la partícula y forman un fagosoma (fagosoma puede fusionarse con lisosomas para formar un compartimiento donde el material es degradado)

Pinocitosis

Es la incorporación de líquido extracelular y de las sustancias disueltas en él mediante pequeñas vesículas. Se produce en muchas células y permite muestrear el medio extracelular, aunque la cantidad y la selectividad dependen del mecanismo de captación (ej. incorporación de líquido y solutos por células endoteliales)

Endocitosis mediada por receptores

Es una vía selectiva que permite incorporar moléculas que se unen a receptores específicos de la membrana plasmática. En muchas de estas rutas participan proteínas adaptadoras y clatrina. Tras la internalización, los receptores y sus ligandos pueden separarse en los endosomas, según las propiedades de cada sistema

Destino de las vesículas endocíticas: endosomas y lisosomas (transporte vesicular)

La incorporación de una sustancia no significa necesariamente que será degradada. Después de la endocitosis, la célula clasifica los materiales y los dirige hacia diferentes destinos.

1. Formación de la vesícula endocítica

2. Llegada al endosoma temprano

3. Reciclaje (parte de los receptores y componentes de membrana regresa a la superficie celular para ser reutilizada)

4. Degradación lisosomal

Importancia del pH de los endosomas (transporte vesicular)

La acidificación de los endosomas contribuye a separar muchos ligandos de sus receptores y a clasificar las moléculas internalizadas. Sin embargo, el comportamiento depende del sistema: algunos complejos se disocian en los endosomas, mientras que otros mantienen su asociación o siguen rutas especializadas

Reciclaje de receptores (transporte vesicular)

Duelve receptores y componentes de membrana a la superficie celular, permitiendo su reutilización

Transcitosis (transporte vesicular)

Transporta determinadas moléculas de un lado al otro de una célula, mediante endocitosis en una superficie y exocitosis en otra

Transporte retrógado (transporte vesicular)

Devuelve ciertas proteínas a compartimientos anteriores para mantener la composición y el funcionamiento del sistema de endomembranas

Importancia biológica y médica del transporte vesicular

Su funcionamiento correcto resulta indispensable para la fisiología de tejidos y órganos.

1. Regulación de la glucosa

2. Comunicación neuronal

3. Defensa inmunitaria (fagocitosis)

4. Señalización celular

Las alteraciones de las proteínas de transporte, del direccionamiento vesicular o de la función lisosomal pueden afectar la secreción hormonal, la comunicación neuronal, la respuesta inmunitaria o la homeostasis celular

Exocitosis

Ocurre cuando una vesícula intracelular se fusiona con la membrana plasmática. Permitiendo:

1. Secreción de proteínas

2. Liberación de neurotransmisores

3. Incorporación de proteínas a la membrana

4. Renovación de componentes de superficie

Lisosomas

Contienen enzimas hidrolíticas que funcionan en un ambiente ácido. Pueden degradar material procedente de: endocitosis, fagocitosis y componentes celulares envejecidos

Autofagia

Permite entregar componentes celulares al sistema lisosomal para su degradación y reciclaje. Estos procesos contribuyen a:

1. Eliminar componentes dañados

2. Reciclar moléculas

3. Mantener la calidad celular

4. Adaptar el metabolismo a las condiciones ambientales

Peroxisomas

Son organelos especializados en reacciones oxidativas. Participan en procesos metabólicos específicos, incluyendo determinadas rutas del metabolismo de lípidos y reacciones de detoxificación. Las proteínas destinadas a estos organelos poseen señales de direccionamiento que permiten su reconocimiento e importación

Adhesión célula-célula

Las células utilizan proteínas especializadas para adherirse entre sí. Entre ellas se encuentran: cadherinas, selectinas y moléculas de adhesión de la superfamilia de inmunoglobulinas. Esto no solamente brinda estabilidad mecánica, sino que también puede activar señales intracelulares.

1. Cadherinas: Se relacionan funcionalmente con el citoesqueleto

Integrinas

Son receptores transmembrana que conectan:

1. Matriz extracelular

2. Integrina

3. Citoesqueleto

4. Señalización intracelular

Pueden detectar características químicas y mecánicas de la matriz

Activación de integrinas puede influir en

1. Supervivencia

2. Proliferación

3. Migración

4. Diferenciación

5. Expresión génica

Uniones celulares

Las células animales pueden establecer diferentes tipos:

1. Estrecha

2. Adherentes

3. Desmosomas

4. Comunicantes

Uniones estrechas

Sellan parcialmente el espacio entre células y ayudan a mantener la polaridad de las células epiteliales. Proteínas importantes: Claudinas y ocludina, junto con proteínas de andamiaje intracelular

Uniones adherentes

Conectan células vecinas mediante complejos de adhesión asociados con el citoesqueleto. Su función es mantener la cohesión y facilitar cambios coordinados en la forma de las células

Desmosomas

Proporcionan resistencia mecánica mediente conexiones con filamentos intermedios. Incluyen cadherinas especializadas, como desmogleínas y desmocolinas, además de proteínas de anclaje intracelular. Su función es distribuir las fuerzas mecánicas entre las células y aumentar la resistencia del tejido

Uniones comunicantes

Permiten la comunicación directa entre células vecinas mediante canales intercelulares. Su función es permitiri el paso directo de determinados iones y moléculas pequeñas, facilitando la coordinación química y eléctrica

Matriz extracelular

Es una red dinámica de macromoléculas producidas y organizadas por las células. Incluye:

1. Colágeno

2. Elastina

3. Proteoglucanos y glucosaminoglucanos

4. Fibronectina

5. Lamininas

6. Otras glucoproteínas

Funciones de la matriz extracelular

1. Proporciona soporte estructural

2. Organiza tejidos

3. Regula adhesión

4. Transmite señales

5. Influye en migración

6. Afecta diferenciación

7. Modula supervivencia celular

Integración de las células en tejidos

Depende de cinco componentes principales:

1. Adhesión célula-célula

2. Adhesión célula-matriz extracelular

3. Uniones celulares especializadas

4. Comunicación celular

5. Polaridad y organización espacial

Adhesión célula-matriz extracelular

Las integrinas conectan la célula con componentes de la matriz extracelular y transmiten fuerzas y señales entre el ambiente externo y el interior celular

Uniones celulares especializadas

Forman barreras, refuerzan la resistencia mecánica o permiten la comunicación directa entre células adyacentes

Comunicación celular

Las células detectan señales químicas, eléctricas y mecánicas que regulan la proliferación, la diferenciación, el metabolismo y otras actividades

Polaridad y organización espacial

Las células establecen regiones con propiedades distintas, como superficies apicales y basales en los epitelios, lo que favorece el transporte dirigido y la organización funcional del tejido

Moléculas de adhesión celular (CAM)

Son proteínas que permiten el reconocimiento y la unión entre células o entre una célula y la matriz extracelular. La adhesión no depende únicamente de que dos moléculas se unan.

Principales familias de moléculas de adhesión

1. Cadherinas

2. Integrinas

3. Selectinas y proteínas de la superfamilia de las inmunoglobulinas

Adhesión homofílica

Una molécula de adhesión interactúa con otra molécula del mismo tipo presente en una célula vecina. Es característica de muchas interacciones mediadas por cadherinas

Adhesión heterofílica

Una molécula interactúa con una molécula diferente. Por ejemplo, determinadas integrinas reconocen ligandos de la matriz extracelular

Hemidesmosomas

Anclan la superficie basal de ciertas células epiteliales a la lámina basal. Utilizan integrinas especializadas y proteínas de anclaje que conectan la matriz extracelular con los filamentos intermedios. Su función es mantener el epitelio unido a su soporte extracelular y resistir fuerzas de tensión

Adhesiones focales

Conectan la matriz extracelular con los filamentos de actina mediante integrinas y proteínas como talina, vinculina y paxilina. Estas permiten a la célula adherirse, detectar propiedades mecánicas del entorno y generar tracción durante la migración

Lámina basal

Es una capa delgada y organizada de matriz extracelular que se encuentra debajo de muchos epitelios y rodea determinadas células como: las fibras musculares y algunas células del sistema nervioso periférico

Componentes principales de la lámina basal

1. Laminina

2. Colágeno tipo IV

3. Nidógeno

4. Perlecano

Funciones de la lámina basal

1. Proporciona soporte y anclaje a las células

2. Contribuye a mantener la polaridad de los epitelios

3. Regula la filtración y el movimiento de moléculas en estructuras especializadas

4. Influye en la migración, diferenciación y reparación celular

5. Ayuda a delimitar compartimientos tisulares

Plasmodesmos

Son canales que atraviesan las paredes celulares vegetales y permiten la comunicación entre células adyacentes. A través de ellos pueden desplazarse iones, metabolitos y determinadas moléculas señalizadoras; el transporte de macromoléculas está regulado

Etapas generales de la migración celular

1. Reconocimiento del entorno

2. Adhesión

3. Protrusión

4. Tracción

5. Desprendimiento y avance

6. La migración debe ser regulada

Importancia médica de la integración celular

1. Fragilidad de la piel

2. Alteración de las barreras epiteliales

3. Cáncer e invasión tisular

4. Fibrosis

Respuestas al entorno celular

1. Nutrientes como señales

   1. Regulan crecimiento, síntesis de proteínas, metabolismo, autofagia y proliferación

2. Respuesta al oxígeno (detectar cambios en la disponibilidad de O2)

3. Estrés celular

   1. Células responden a condiciones como proteínas mal plegadas, alteraciones osmóticas, falta de nutrientes, daño celular

4. Matriz extracelular como señal

   1. Integrinas permiten detectar composición, rigidez, organización