Estructura de las membranas biológicas

Estructura de las membranas biológicas

2.1 Bicapas lipídicas, fosfolípidos, micelas y liposomas

  • Las membranas biológicas son bicapas lipídicas autosellables y flexibles que constituyen una matriz en la que se incorporan proteínas.

  • Las membranas celulares se encuentran en:

    • Membrana plasmática

    • Mitocondria

    • Cloroplasto

    • Núcleo/RE (Retículo Endoplasmático)

    • Aparato de Golgi

    • Endosomas

Funciones de las membranas biológicas

  • Compartimentalización

  • Protección de la célula frente a posibles agresiones externas.

  • Mantenimiento de la presión osmótica.

  • Control del intercambio de moléculas entre el interior y exterior celular mediante su permeabilidad selectiva

  • Reconocimiento y transducción de señales externas.

  • Establecimiento de interacciones intercelulares o con componentes de la matriz extracelular.

  • Catálisis de ciertas reacciones llevada a cabo por proteínas de membrana especializadas.

  • Determinantes de la forma celular y condicionantes de la motilidad y los procesos de secreción y endocitosis

Componentes de la membrana

  • Lípidos: Forman la bicapa lipídica.

    • Cabeza hidrofílica (polar) compuesta por:

      • Colina

      • Fosfato

      • Glicerol

    • Colas hidrofóbicas (no polares) compuestas por:

      • Ácidos grasos

      • Cola hidrocarbonada

  • Proteínas: Integrales (intrínsecas) y periféricas (extrínsecas).

    • Integrales: Se insertan en la bicapa lipídica.

    • Periféricas: Están unidas a la superficie de la membrana.

  • Carbohidratos: Presentes en la superficie extracelular.

  • Colesterol: Influye en la fluidez de la membrana.

Ácido Graso

  • Grupo carboxilato (polar, soluble en agua - hidrófilo): A pH fisiológico, las cabezas polares pierden un hidrógeno y están en forma de anión. Tiene polos.

  • Cadena hidrocarbonada (apolar, insoluble en agua - hidrófoba): No tiene polos.

Solubilidad

  • Molécula polar: Soluble en disolventes polares (H₂O), insoluble en disolventes apolares (éter, benceno).

  • Molécula apolar: Insoluble en disolventes polares (H₂O), soluble en disolventes apolares (éter, benceno).

Agua

  • Molécula de agua (polar): Distribución interna asimétrica de las cargas.

  • Compuesto soluble en agua (hidrófilo):

    • Molécula polar + Disolvente polar → Mezcla homogénea (fuerzas intermoleculares).

  • Compuesto insoluble en agua (hidrófobo):

    • Molécula apolar + Disolvente polar → Mezcla heterogénea (fuerzas intermoleculares).

Movilidad de las cadenas hidrocarbonadas

  • Difusión lateral

  • Difusión rotacional

  • Flip-flop (poco frecuente)

Micelas

  • Estructuras esféricas formadas por una monocapa de moléculas anfipáticas (ácidos grasos, jabones, fosfolípidos con una sola cadena de ácidos grasos).

  • Estructura cuneiforme.

  • Se forman para reducir la exposición de sus colas hidrofóbicas al medio acuoso.

  • Su interior es completamente hidrofóbico.

  • Transporte de moléculas apolares - Colesterol

  • Apertura de micelas para atrapar suciedad. Encapsulado y arrastre de la suciedad.

Liposomas

  • Vesícula esférica compuesta por una bicapa fosfolipídica.

  • Parte exterior e interior hidrosoluble.

  • Parte interna de la membrana es liposoluble.

  • Interior acuoso que permite la incorporación de otras moléculas.

  • Aplicaciones en farmacología como transportador.

Lípidos de Membrana

  • Fosfolípidos:

    • Glicerofosfolípidos

    • Esfingofosfolípidos

  • Glucolípidos:

    • Glicosilglicerolípidos

    • Esfingoglicolípidos

  • Esteroles

Fosfolípidos

  • Estructura principal de la membrana.

  • Su forma cilíndrica da pie a una membrana formada por dos capas.

  • Contienen ácido fosfórico.

  • Glicerolfosfolípidos y Esfingofosfolípidos

Glicerolfosfolípidos

  • Aminoalcohol + ácido fosfórico + glicerina + 1 ácido graso saturado + 1 ácido graso insaturado

  • Ejemplos:

    • Fosfatidilcolina (Lecitina): Más abundante.

    • Fosfatidilserina

    • Fosfatidiletanolamina (Cefalina)

    • Fosfatidilinositol

Esfingofosfolípidos

  • Esfingosina: alcohol nitrogenado con una cadena carbonada

  • Esfingosina + ácido graso = ceramida

    • Aminoalcohol + Ácido fosfórico + Esfingosina + Ácido graso = Esfingofosfolípido

    • Ejemplo: Esfingomielina (Colina + Ácido fosfórico + Esfingosina + Ceramida)

Esfingomielinas

  • Componentes de la mielina que aísla los axones de las neuronas.

  • Colina + Ácido fosfórico + Esfingosina + Ácido graso = Ceramida

  • Etanolamina + Ácido fosfórico + Esfingosina + Ácido graso = Ceramida

Glucolípidos

  • Carbohidratos unidos a lípidos en la superficie extracelular de la membrana.

  • No contiene ácido fosfórico.

  • Carbohidrato + ceramida

Glicosilglicerolípidos

  • Son glicerolípidos con restos glucídicos unidos, propios de vegetales.

  • Son componentes importantes de las membranas de cloroplastos.

  • Son los lípidos más abundantes en las estructuras fotosintéticas.

  • Ejemplo: Monogalactosildiacilglicerol

Glucoesfingolípidos

  • Cerebrósidos: Monosacárido (glucosa o galactosa) + ceramida. Presentes en células musculares y nerviosas (protección). 12% de la materia blanca.

  • Gangliósidos: Oligosacáridos + (ácido siálido o N-acetilneuramínico) + ceramida. Presentes en células ganglionares y nerviosas (protección y desarrollo). 6% de los lípidos de membrana en la materia gris.

Esteroles

  • Núcleo esteroideo (esterano) + cadena de 8 o más carbonos + grupo hidroxilo.

Colesterol

  • Incrustado entre las colas hidrofóbicas de los fosfolípidos de la membrana.

  • Influye en la fluidez de la membrana.

    • ↑↑ Concentración = ↓↓ Fluidez

  • Previene la cristalización.

  • Disminuye la permeabilidad de la membrana.

  • Sólo se presenta en algunas células eucariotas. No hay en mitocondrias.

Asimetría de la membrana celular

  • Los fosfolípidos con colina abundan en la monocapa externa.

  • Fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina y distintos fosfatidilinositoles predominan en la monocapa citosólica.

  • Diferencia de carga entre las dos caras de la bicapa.

  • Los glicolípidos presentan mayor asimetría ya que son propios de la monocapa externa, aunque también se encuentran en algunas membranas intracelulares. Contribuyen al aislamiento eléctrico, a la protección de la membrana y al reconocimiento.

  • El colesterol se distribuye de forma más o menos equilibrada en las dos monocapas.

2.2 Proteínas integrales y periféricas

  • Proteínas Integrales (Intrínsecas):

    • Se insertan en la bicapa lipídica.

    • Pueden atravesarla, incluirse en una hemicapa o enlazarse a los lípidos.

    • Son permanentes.

    • En su mayoría son glicoproteínas.

    • 80% de las proteínas de membrana.

    • Función: Transporte

  • Proteínas Periféricas (Extrínsecas):

    • Están unidas a la superficie interna o externa.

    • Se pueden separar con facilidad.

    • 20% de las proteínas de membrana.

    • Función: Señalización

Tipos de proteínas integrales

  • Proteína integral de paso único con un segmento transmembrana en hélice α.

  • Proteína integral de paso múltiple con varios segmentos transmembrana en hélice α.

  • Proteína integral de paso múltiple con varias hebras β enrolladas (barril β).

Funciones de las proteínas de membrana

  • Canales

  • Proteínas transportadoras

  • Receptores

  • Enzimas

  • Proteínas de anclaje al citoesqueleto

  • Marcadores de identidad

Canales

  • Glicoproteínas integrales que actúan como poros para permitir la entrada y salida de sustancias.

  • Ejemplos: Canales de K+, Na+, Ca2+.

Proteínas transportadoras

  • Son proteínas que cambian de forma para permitir el ingreso o salida de moléculas de manera selectiva.

  • Dependen del gradiente electroquímico.

  • Ejemplo: GLUT.

Receptores

  • Proteínas integrales que reconocen moléculas específicas a las que se unen o fijan.

  • Pueden identificar una hormona, neurotransmisor o nutriente que sea importante para la función celular.

  • Es específico para su ligando.

  • Desencadenan la señalización celular.

  • La mayoría están acopladas a Proteínas intracelulares (ej. GP).

Enzimas

  • Proteínas integrales o periféricas que sirven para catalizar reacciones en la superficie de la membrana.

  • Incluyen las enzimas que sintetizan las proteínas y carbohidratos de la matriz extracelular (red de fibras de proteínas que llena los espacios entra las células animales).

Proteínas de anclaje al citoesqueleto

  • Proteínas que se encuentran en la parte del citosol de la membrana y que sirven para fijar los filamentos del citoesqueleto.

  • Ejemplo: Glicoforina en eritrocitos.

Marcadores de identidad

  • Glicoproteínas y glicolípidos característicos de cada individuo que permiten identificar el tipo de células, de qué organismo provienen, etc.

  • Ejemplos: MHC, ABO, Cluster of differentiation - CDs.

  • Sus cadenas de carbohidratos forman una cubierta denominada glicocalix (protección e identidad).