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MEMBRANAS BIOLOGICAS

El aspecto de la membrana plasmática y otras membranas celulares (tonoplasto, retículo endoplasmático, tilacoides, etc.) bajo el microscopio electrónico es muy similar en todos los organismos. Presentan dos capas oscuras que encierran una capa clara (en total 70-85 Å de espesor; 1Å angstrom= 0,0001 µm). Esta estructura fue denominada "unidad de membrana"
En la actualidad el modelo más aceptado para explicar la estructura de las membranas es el llamado "mosaico fluido". Su base estructural es una capa bimolecular de fosfolípidos; las moléculas son lineares y se asocian débilmente por los lados, permitiendo que las moléculas se desplacen fácilmente en el plano. Además hay proteínas de distinto tipo, algunas de ellas enzimáticas, y además pequeñas cantidades de hidratos de carbono.

Estructura y propiedades de las membranas biológicas.

Características.

− Permeabilidad selectiva: papel activo en la diferenciación con el entorno permitiendo el paso de unas sustancias y rechazando otras. Sistema especial de transporte de moléculas polares e iones. Hay proteínas específicas transportadoras, algunas polares. El agua es muy pequeña por lo que atraviesa las membranas sin dificultad.
− Las membranas son capaces de mantener gradientes iónicos. Como no pasan libremente se puede establecer una diferencia de potencial a ambos lados de la membrana.
− Acepción de energía en las células fotosintéticas.
− Reconocimiento celular (como en el caso antígeno − anticuerpo).
− Todos los lípidos y las proteínas se mueven dentro de la membrana (fluida). Movilidad lateral,
indispensable para el funcionamiento, y transversal (más dificultosa, lo que provoca asimetría).
− Hay hidratos de carbono que modifican las proteínas o lípidos. Oligosacáridos o glucosa en general.

Estructura.

− Bicapa lipídica: mosaico fluido. El interior de la membrana es hidrofóbico gracias a las colas
hidrocarbonadas.
− Hay proteínas dentro de la membrana o asociadas a ellas que dan las funciones. Hay membranas con muy alta proporción de proteínas

Lípidos.
Hay de tres clases, han de tener componentes polares y apolares.
1.− Glicolípidos: tienen un grupo hidrato de carbono, glucosa, galactosa, monosacáridos ...
2.− Fosfolípidos: derivado del glicerol con dos cadenas hidrocarbonadas y un grupo fosfato con grupo polar,. En entorno acuoso es estable en estructura bicapa.
3.− Esfingolípidos: derivados del alcohol esfingosina.

Esteroles.
Colesterol. Componente esencial, tiene un grupo OH polar y anillos hidrofóbicos.

Estructura bicapa.
Es estable porque las colas hidrofóbicas están dentro interaccionando para huir del entorno acuoso. Si la membrana está ordenada y todas las colas interaccionando la estructura es muy organizada y se llama estructura rígida. No es la idónea para las funciones biológicas porque debe ser fluida. La estructura fluida se alcanza aumentando la temperatura. Hay una temperatura llamada de transición por debajo de la cual la estructura es rígida y por encima fluida. Esta temperatura depende de las características de los lípidos que la forman, cuanto más larga sea la cola más rígida será, influenciada por el número de insaturaciones (mayor número más fluida). El colesterol es esencial para la fluidez porque se mete entre las colas y no deja que se organicen bien.

Proteínas de membrana.
Caracterizan la funcionalidad de la membrana. Hay 2 grupos:

− Proteínas solubles: se extraen fácilmente. están asociadas débilmente a proteínas globulares (hidrofílicas). algún residuo permite asociarse a la membrana. Algunas se asocian más permanentemente uniéndose de forma covalente a algo hidrofóbico, las cadenas laterales de los aminoácidos reaccionan con un ácido graso que se inserta dentro de la membrana.
− Proteínas muy poco solubles inmersas dentro de la estructura de la membrana, hay que romper la membrana para extraerlas. La cadena polipeptídica les permite estar dentro por medio de fragmentos de 20 ó 25 aminoácidos hidrofóbicos llamados transmembrana (estructura  hélice), la cantidad necesaria para atravesarla. Hay proteínas con 1 transmembrana y otras con 12. Si una proteína atraviesa muchas veces la membrana crea un canal de residuos polares que permite la entrada de moléculas polares.

TRANSPORTE DE MEMBRANA

• La membrana es impermeable a moléculas hidrofílicas como los hidratos de carbono, aminoácidos, proteínas o ácidos nucleicos


• La membrana es permeable a moléculas hidrofóbicas como los lípidos, y a moléculas pequeñas como los gases. También es parcialmente permeable al agua.


• La membrana debe permitir la entrada de nutrientes en la célula y la salida de productos de desecho. También debe transmitir a la célula las señales que proceden del exterior de la misma. Por eso en la membrana existen transportadores y receptores, y ambos son proteínas de membrana.
  

TRANSPORTE PASIVO

• Se realiza a favor de gradiente de concentración o de potencial electroquímico, y no
  necesita aporte externo de energía.
  
  Difusión facilitada

• Ciertos nutrientes como la glucosa o los aminoácidos entran en la célula a favor de gradiente de concentración, pero precisan un transportador que les facilite el paso a través de la membrana.

Canales: Son proteínas que tienen en su interior un poro a través del cual pueden pasar iones o moléculas.

TRANSPORTE ACTIVO

• Se realiza en contra de gradiente de concentración o de potencial electroquímico y
  precisa aporte externo de energía.

Transporte activo primario

• Utiliza la energía del ATP
  􀂉 Bomba de Na+-K+: Transporta sodio al exterior de la célula y potasio al interior en contra de potencial electroquímico.
  􀂉 Bomba de Ca2+: Transporta calcio al exterior de la célula.
  

Transporte activo secundario, transporte acoplado o cotransporte

• Transporta dos o más moléculas, una de las cuales se mueve a favor de gradiente o de potencial electroquímico y la otra u otras en contra. La que se mueve a favor de gradiente o de potencial electroquímico suministra la energía para transportar la otra u otras en contra del mismo. Las moléculas se pueden transportar en la misma dirección o en dirección contraria.

􀂉 Intercambiador Na+-Ca2+. En muchas células existe un transportador que introduce sodio en la célula a favor de potencial electroquímico y extrae calcio en contra.
􀂉 Cotransporte de Na+-glucosa. En las células de la pared del intestino existe un transportador que introduce sodio en la célula a favor del potencial electroquímico, e introduce glucosa en la célula en contra del gradiente de concentración.