ud.9. citología iii. org. membranosos

Biología. 2º bachilleratoUnidad 9. Citología III (MEMBRANA PLASMÁTICAS Y ORGÁNULOS MEMBRANOSOS

C.E.M HIPATIA-FUHEMProfesor: Miguel Ángel Madrid

9 La membrana plasmática. Orgánulos membranosos



9 La membrana plasmática. Orgánulos membranosos

1. La membrana plasmática1.1. Composición de la membrana1.2. Estructura. Modelo Singer-Nicholson 19721.3 Funciones de la membrana1.4 Transporte a través de la membrana

a) Transporte de moléculas pequeñasb) Transporte de macromoléculas

2. Retículo endolásmico3. Aparato de Golgi4. Lisosomas5. Perroxisomas y glioxisomas6. Mitocondrias7. Cloroplastos y otros plastos



Esquema

La membrana plasmática. Orgánulos membranosos

1. La membrana plasmática

El transporte a través de la membrana

Endocitosis

Uniones intercelulares

El retículo endoplasmático

El aparato de Golgi

Las vacuolas

Los lisosomas

Los peroxisomas y los glioxisomas

Las mitocondrias

Los cloroplastos



Recursos para la explicación de la unidad

La membrana plasmática

El transporte a través de membrana

Endocitosis Uniones intercelulares


Las vacuolasEl aparato de Golgi

Los lisosomas


Los cloroplastosLas mitocondrias



Estructura de la Membrana CelularEstructura de la Membrana Celular• El grosor de la membrana es de 7.5 a 10 nanómetros (nm).El grosor de la membrana es de 7.5 a 10 nanómetros (nm).

• No es visible en el microscopio óptico.No es visible en el microscopio óptico.

• Límite entre el medio extracelular e intracelularLímite entre el medio extracelular e intracelular..

MitocondriaMembrana plasmática

NúcleoMembrana plasmática



Composición química

La membrana se compone, casi completamente, de La membrana se compone, casi completamente, de lípidoslípidos y y proteínasproteínas,, adicionalmente presenta adicionalmente presenta colesterolcolesterol y y glúcidosglúcidos..



• Encontramos:Encontramos:– FosfolípidosFosfolípidos

– GlucolípidosGlucolípidos

– ColesterolColesterol

Nota: La membrana plasmática de procariotas no Nota: La membrana plasmática de procariotas no presenta esteroles y el porcentaje de presenta esteroles y el porcentaje de fosfolípidos es distinto.fosfolípidos es distinto.

En arqueas en vez de ácidos grasos hay En arqueas en vez de ácidos grasos hay unidades repetitivas de isopreno (unidos por unidades repetitivas de isopreno (unidos por enlace éster a la glicerina).enlace éster a la glicerina).

Lípidos de MembranaLípidos de Membrana

Cabeza

Símbolo

Colas



• Los Los fosfolípidosfosfolípidos son el principal son el principal componente estructural de todas las componente estructural de todas las membranas celulares.membranas celulares.

• Carácter anfipático. Formación de Carácter anfipático. Formación de micelas bicapasmicelas bicapas

• Distribución asimétricaDistribución asimétrica• Cabeza polar hidrofílica: Cabeza polar hidrofílica: (glicerol + (glicerol +

fosfato + colina, o serina, etc. depende fosfato + colina, o serina, etc. depende del tipo)del tipo)

• Dos colas no polares:Dos colas no polares: (dos ácidos (dos ácidos grasos) que son grasos) que son hidrofóbicas o hidrofóbicas o anfipáticasanfipáticas..

Lípidos de MembranaLípidos de Membrana

Cabeza

Símbolo

Colas



Fosfolípidos mayoritarios en las membranas eucariotas



Colesterol

Las moléculas de colesterol se encuentran intercaladas entre los fosfolípidos, y su función principal es la de regular la fluidez de la bicapa inmovilizando las colas hidrofóbicas próximas a la regiones polares.

Es decir, endurece las membranas, reduce su fluidez y permeabilidad.

• Carácter anfipático.Carácter anfipático.• Distribución asimétrica Distribución asimétrica



COLESTEROL

• El colesterol amortigua la fluidez de la MP (= menos deformable)• Disminuye la permeabilidad de la MP al agua



La fluidez de la membrana depende de:

-Temperatura: Al aumentar la T aumenta la fluidez

-Naturaleza de los lípidos: -Dobles enlaces: A mayor nº de dobles enlaces mayor fluidez (menor FVW).

-Longitud de la cadena: A mayor longitud de la cadena menor fluidez.Los lípidos insaturados y de cadena corta favorece el aumento de fluidez.

-Presencia de colesterol. Endurece las membranas reduciendo su fluidez y permeabilidad



Movimientos que pueden realizar los lípidos



Proteínas de membrana

Determinan la función de la membrana biológica. Confieren a la membrana sus funciones específicas.

Son características de cada especie.

La mayoría globulares.

Se mueven por difusión lateral.

Distribución asimétrica



• Muchas proteínas de membrana son glucoproteínas.

• Tipos (por la forma en la que están dispuestas en la MP):

- Periféricas o extrínsecas: incluidas de manera parcial en una de las superficies de la membrana, unidas covalentemente a lípidos (lipoproteínas) o asociadas a ellos.

- Integrales o intrínsecas: Inmersas en la bicapa. Si atraviesan totalmente la membrana (pudiendo sobresalir) se denominan transmembrana.



• Las proteínas de la membrana pueden actuar:

•Enzimas: catalizan

•Túnel: permiten el paso de sustancias.

•Bombas: Transportan iones a ambos lados de la membrana (Na+., K+ …)

•Receptores de mensajeros químicos.



Proteínas de MembranaProteínas de Membrana



Glúcidos

• En forma de glucolípidos y glucoproteínas.

• Localizados en cara externa.

• Constituyen el glucocálix (solo en células animales)

• Distribución asimétrica



Funciones glucocálix • Protección contra daños químicos y/o físicos.• Interviene en fenómenos de reconocimiento celular.• Confiere viscosidad a la membrana.• Interviene en la comunicación intracelular. • Presenta propiedades inmunitarias (ejemplo el glucocálix de

los eritrocitos representan los antígenos de los grupos sanguíneos).

• Contribuye al reconocimiento y fijación de determinadas sustancias que la célula incorpora mediante fagocitosis y pinocitosis.



La mayoría de las membranas celulares constituyen un “mosaico fluido” de fosfolípidos y proteínas. Modelo Singer-Nicholson 1972

Membrana plasmática



La membrana celular




Fosfolípido GlicolípidoProteína integral Glucoproteína

Proteína transmembranosa Proteína periférica

Líquido extracelular

Colesterol

Citosol



Funciones de la Membrana Plasmática

• Protegen la célula o a la organelas del medio externo.• Mantienen una forma estable de la célula u organela.• Regulan el transporte de sustancias y energía hacia

adentro o hacia afuera de la célula u orgánulo • Permite la comunicación entre las células adyacentes.• Permiten el reconocimiento celular. • Permiten la motilidad de algunas células u orgánulos




Membrana

Microvellosidades



MECANISMO DE TRANSPORTE

Transporte de moléculas de bajo peso molecular

Transporte de moléculas de elevada masa molecular

T. pasivo T. activo

Difusión simple

Difusión facilitada

Bomba sodio-potasio

Exocitosis Endocitosis

Fagocitosis Pinocitosis Mediada por receptor



El transporte de moléculas de bajo peso molecular

Transporte activoTransporte pasivo

Puede ser de dos tipos:



Transporte Pasivo• No requiere el consumo de

energía (ATP).

• A favor de gradiente. El movimiento ocurre por diferencias en la concentración y en las cargas eléctricas de las sustancias en ambos lados de la membrana.

• Tenemos los siguientes mecanismos:– Difusión simpleDifusión simple– ÓsmosisÓsmosis– Difusión facilitadaDifusión facilitada

EQUILIBRIOMoléculas de colorante Membrana

EQUILIBRIO



Difusión Simple

• Las moléculas atraviesan directamente la mb o por canales membranosos (proteínas en canal)

• El movimiento de moléculas se da a través de la membrana de fosfolípidos, de un gradiente de alta concentración a baja concentración.

• Cuando mayor es el gradiente de concentración, más rápida es la velocidad de difusión.

• Moléculas solubles en lípidos como etanol, y moléculas pequeñas como H2O, N2, CO2 y O2.

Citoplasma

Exterior de la Célula

O2

CO2 CO2

O2 O2

CO2

Mayor concentración

Mayor concentración

Menor concentración

Menor concentración



DIFUSIÓN SIMPLE

A través de la bicapa

Por canales(Proteínas

Transmembrana)

H. esteroideas, Éter, cloroformo

Apolares: O2, N2, H2O, CO2

Na+, K+, Ca2+, Cl-

Difusión por ligando y receptor



• Algunas moléculas por su tamaño o carga no difunden libremente a través de la membrana.

• Se efectúa mediante proteínas transportadoras (permeasas o carrier transmmembranas) capaces de trasladar moléculas polares o iones. Dichas proteínas sufren cambios conformacionales

• Estos canales son usados para la glucosa, aminoácidos y para iones pequeños y con carga tales como KK++, Na, Na++, Cl, Cl--.

Difusión FacilitadaDifusión Facilitada



RESUMIENDO: El transporte pasivo

Difusión simple Difusión por variación de potencial eléctrico

Difusión por ligandoDifusión facilitada por permeasa

Membrana polarizada Membrana despolarizada

Ligando

Permeasa



• Las células utilizan energía (ATP) durante el transporte. • Se realiza en contra gradiente químico y eléctrico (electroquímico)• La sustancia transportada se une a la proteína transportadora y es

liberada en el interior de la célula sin sufrir modificación.

Transporte Activo



Bomba de Sodio (Na) y Potasio (K)• Es una proteína presente en todas las membranas plasmáticas de

las células animales, cuyo objetivo es eliminar sodio de la célula e introducir potasio en el citoplasma.



Funciones de la Bomba de Sodio (Na) y Potasio (K)

• Mantenimiento de la osmolaridad y del volumen Mantenimiento de la osmolaridad y del volumen celularcelular

• Mantiene un potencial eléctrico de membranaMantiene un potencial eléctrico de membrana• Favorece la trasmisión de impulsos nerviososFavorece la trasmisión de impulsos nerviosos• Mantenimiento de los gradientes de sodio y potasioMantenimiento de los gradientes de sodio y potasio



RESUMIENDO: El transporte activo

Bomba de sodio-potasio

Se produce un cambioconformacionaly se bombean dosiones de potasio haciael interior.

Se produce un cambioconformacional de laproteína y se bombeantres iones de sodiohacia el exterior.

ATP

ADP +

Na+

Pi

K+



Transporte de macromoléculasTransporte de macromoléculas• Endocitosis

• Exocitosis

Se basan en la formación de vesículas membranosas.



ExocitosisExocitosis• Una vesícula membranosa se desplaza hasta la membrana, se Una vesícula membranosa se desplaza hasta la membrana, se fusionafusiona

con la membrana y el contenido se vacía fuera de la célula.con la membrana y el contenido se vacía fuera de la célula.• Se consigue expulsan fuera residuos del metabolismo…Se consigue expulsan fuera residuos del metabolismo…

Fluido celular externo

Citoplasma



Exocitosis

• Organismos unicelulares por ejemplo desechan sus residuos metabólicos mediante la formación de vesículas que expulsan al exterior



Tipos de Exocitosis

Secreción ConstitutivaSecreción Constitutiva

Reponer membrana o Reponer membrana o proteínasproteínas

Secreción ReguladoraSecreción Reguladora

Secreción de enzimas u Secreción de enzimas u hormonashormonas



Endocitosis• Mediante la formación de vesículas o vacuolas a partir de la membrana

plasmática la célula incorpora macromoléculas u otras partículas.• Se induce la formación de un sistema reticular de clatrina (proteína

filamentosa), posteriormente un relieve membranoso, para formar la vesícula. Así, por ejemplo, se capta colesterol.

• Tipos: Fagocitosis, Pinocitosis y Endocitosis mediada por receptores.

Citoplasma

Líquido intersticial

Vesícula

Membrana Plasmática



Tipos de Endocitosis: FagocitosisTipos de Endocitosis: Fagocitosis

• La membrana plasmática forma prolongaciones celulares (pseudópodos) que envuelven la partícula sólida, englobándola en una vesícula (fagosoma).

• Luego, uno o varios lisosomas se fusionan con la vacuola y vacían sus enzimas hidrolíticas en el interior de la vacuola.

Pseudópodo

Alimento a ser ingerido

FAGOCITOSIS



Pinocitosis

• La membrana celular se invagina, formando una vesícula alrededor del líquido del medio externo que será incorporado a la célula.

• Luego se libera en el citoplasma.

Membrana celularPINOCITOSIS



Endocitosis Endocitosis mediada por receptormediada por receptor• Las sustancias que serán transportadas al interior deben primero

acoplarse a las moléculas receptoras específicas. concentrados en zonas particulares de la membrana (depresiones).

• Cuando los receptores están unidos con sus moléculas especificas, se ahuecan y se cierran formando una vesícula.

Material unido a las proteínas receptoras

ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTORES

Membrana celular

CAVIDAD

citoplasma



EndocitosisE

nd

oc

ito

sis

po

r re

ce

pto

r

Pinocitosis

Fagocitosis

Clatrina

ligando

receptor

Complejo receptor-ligando

Vesícula endocítica

Clatrina

Vesícula pinocítica

Clatrina

Fagosoma



Repaso



Uniones intercelulares• Son regiones especializadas de la membrana plasmática en las

que se concentran proteínas transmembranas especiales, mediante las cuales se establecen conexiones entre dos células o entre una célula y la matriz extracelular.

• Aparecen en todos los tejidos, pero son abundantes en los epiteliales.

• Por su función se clasifican en:

• Uniones íntimas o de oclusión.

• Uniones adherentes o desmosomas

• Uniones de comunicación tipo gap




• UNIONES OCLUYENTES O ÍNTIMAS• Aparecen en la región lateral de células epiteliales que separan medios de composición

diferentes (pared vasos s, pared vejiga…).• Permiten cerrar el espacio intercelular (por tanto no dejan espacio) entre las células

impidiendo el paso de moléculas entre ellas. • Se forman de proteínas transmembrana dispuestas en hilera que sueldan membranas.




Unión íntima Desmosoma Unión tipo GAP

Proteínas transmembranosas

Espacio intercelular


Placa Filamentos de queratina

CanalProteína

transmembranosa




Unión íntima Desmosoma Unión tipo GAP


Espacio intercelular


Placa Filamentos de queratina

CanalProteína

transmembranosa

Proteína transmembranosa

Canal




• DESMOSOMAS O UNIONES ADHERENTES• Uniones de adherencia entre las células. • Unen células pero no impiden el paso de sustancias..• Función: aumentan la resistencia de las células frente a tensiones mecánicas fuertes.




• UNIONES DE COMUNICACIÓN TIPO GAP• Uniones que no dejan espacio intercelular, pero si un pequeño espacio de

comunicación entre citoplasmas. • Función: establecer puntos de comunicación directa entre el citoplasma de células

adyacentes. A través de ellos pasan iones y pequeñas moléculas.• Las proteínas transmembrana llamadas conexinas forman canales denominados

conexones, que las atraviesan




Retículo endoplasmático

rugoso (REr)

Retículo endoplasmático liso

(REl)

Estructura:Sacos aplanados o

cisternas, túbulos sinuosos

Localización:Células eucariotas

Tipos:REr, REl





rugoso (REr)


(REl)

Ribosomas

VER SÍNTESIS DE PROTEÍNAS



RErugosoEstructura:

Sacos aplanados o cisternas.

Ribosomas unidos por sub mayor (riboforinas)





rugoso (REr)


(REl)

Ribosomas

REr: Muy desarrollado en

aquellas células que participan muy

activamente en la síntesis de proteínas




Ribosoma

ARN mensajero

Citosol

Lumen

Péptido de señalización

Proteína


rugoso

1l

2l

3l4l5l



El retículo endoplasmático liso


(REl)

Estructura:Túbulos interconectados

entre ellos y con REr.

Muy desarrollado en:-Células musculares estriadas. (retículo sarcoplásmico).- Células interticiales de ovarios y testículos.-Hepatocitos



El retículo endoplasmático liso


(REl)

Funciones:

-Síntesis de lípidos de mb (fosfolípidos, glicolípidos, colesterol).- Almacén de lípidos.-Transporte de lípidos.- Detoxificación de sustancias.- Contracción muscular.



RETICULO ENDOPLASMATICO Y APARATO DE GOLGI



Aparato de Golgi

Cara trans

Cara cis



El aparato de Golgi

1. Las vesículas de transición, procedentes de la envoltura nuclear y del retículo endoplasmático, se unen a la cara cis del dictiosoma.

2. El contenido molecular se incorpora al dictiosoma.

3. Las vesículas intercisternas pasan el contenido de cisterna a cisterna, y al llegar a la cara trans, se concentra y se acumula en el interior de las vesículas.

4. Las vesículas de secreción se dirigen hacia la membrana plasmática, se fusionan con ella y vierten su contenido al medio externo.

5. La superficie de las vesículas que se forman están revestidas de clatrina. Este revestimiento se pierde una vez formada la vesícula.

1

2

3

4

5

Vesículas de secrección

Vesículas de transición

CARA CIS, PROXIMAL O FORMACIÓN

CARA TRANS, DISTAL O

MADURACIÓN



El aparato de Golgi



El aparato de Golgi

Funciones:

- Transporte de sustancias. (formación de vesículas)- Maduración.-Acumulación y secreción de proteínas.-Glucosidación de lípidos y proteínas.-Síntesis de polisacáridos (celulosa, proteoglucanos de matriz).-Formación del tabique telofásico en células vegetales.



Las vacuolas

Vacuola en célula vegetal



Las vacuolas

¿Qué son?Vesículas

membranosas con interior acuoso

OrigenREr, A.G e

invaginaciones de membrana

¿Quiénes las presentan?

Células animales (vesículas)

Células vegetales

Tonoplasto

Funciones-Mantenimiento turgencia celular.-Digestión celular (en vegetales)-Almacenamiento de sustancias

diversas (pétalos, alcaloides, cristales…)



75

LISOSOMAS

Orgánulos esféricos con membrana simple

HIDROLASAS ÁCIDAS (pH = 4’6)

son

contienen

Aparatode

Golgi

RER

(más de 50 enzimas diferentes)

ES EL SISTEMA DIGESTIVO CELULAR

son

BombaDe

protones

por



Los lisosomasOrigen

Aparato Golgi

Las enzimas se forman en R.E y pasan al Golgi

FUNCIÓNDIGESTIÓN CELULAR

(extracelular e intracelular)



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LISOSOMAS

PRIMARIOS SECUNDARIOS

Contenido homogéneo

Aún sin unirse a vacuolas de pinocitosis o fagocitosis

Contenido heterogéneo.

- Vacuolas digestivas (Heterofagosoma) - Vacuolas autofágicas(Autofagosoma)- Cuerpos residuales



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¿Por qué un lisosoma no se digiere a si mismo?

Porque las proteínas de la cara interna de la membrana lisosómica están altamente glucosiladas, los cual les sirve de protección frente a sus propias enzimas y la acidez del medio



Los lisosomas

Lisosoma primario

Lisosoma secundario

Lisosoma secundario

Heterofagia

Autofagia



PeroxisomasProceden del R.E

Contienen enzimas oxidasas y catalasas

Abundantes en las células de riñón e

hígado




Actividad oxidativa de los peroxisomas

CatalasaOxidasa

H2O2 H2O + ½ O2Sustrato

(aa, a.g, á úrico)

Peroxisoma

Las oxidasas son responsables de la oxidación de diferentes sustancias (aminoácidos, ácidos grasos, ácido úrico…), como producto se origina agua oxigenada (altamente tóxico),

que es descompuesta por la catalasa en el mismo orgánulo.




En las células de las semillas en germinación los peroxisomas son los responsables del ciclo del glioxilato (conversión de ácidos

grasos a glúcidos, que proporcionan energía para la geminación y el crecimiento

Glioxisomas



Mitocondria



Las mitocondrias

Distribución: uniforme por todo el citoplasma. (su nº

depende del tipo de célula)



Las mitocondrias

ADN mitocondrial Circular bicatenario y

diferente al ADN nuclear

Matriz mitocondrial

Cresta mitocondrial. Se disponen

transversalmente al eje mitocondrial

Espacio intermembranoso

. Contenido similar al citosol

Membrana externa. Similar

resto de membranas.

Con porinas, da permeablidad

Membrana interna. Presenta crestas mitocondriales

Mitorribosomas (70 S = 50 + 30)

Condrioma: conjunto de mitocondrias de una célula

Enzimas (duplicación,

transcricpicón, traducción, ciclo

Krebs, beta oxidación)



Las mitocondrias

ADN mitocondrialMatriz

mitocondrial

Cresta mitocondrial

Espacio intermembranoso

Membrana externa

Membrana interna

Mitorribosomas

ATP-sintetasa

Las ATP asas se encuentran en la cara externa de las crestas, orientadas hacia la matriz



Las mitocondrias. Partículas elementales F VOLVER

H+

ADP+Pi

ATP

H+

H+

H+

H+H+

H+

H+

Complejos ATP-sintetasas

Cabeza esférica o partícula F1

proteína globular

Fo o pedúnculo (inmerso en la

membrana, constituido de

3 /4 polipéptidos)



FUNCIONES

-Ciclo de Krebs (matriz)- Cadena respiratoria (mb interna)-Fosforilación oxidativa (ATP sintetasa)- Beta oxidación de ácidos grasos (matriz)-Concentración de sustancias-Duplicación ADN



Las mitocondrias

Célula primitiva

Bacterias aerobias

Endosimbiosis Célula eucariota

Mitocondria



Cloroplastos



Los cloroplastos

Membrana externa. Estructura como el

resto de membranas. Más permeable

Membrana interna.

Estructura como el resto de

membranas. Casi

impermeable, con proteínas

transportadoras.

Ribosomas

(plastorribosomas)

ADN plastidial

Grana. Apilamientos

con nº variable de sacos

Estroma Tilacoide del estroma

Rubisco. Enzima

encargada de la fijación del CO2



Los cloroplastos

Célula primitiva

Bacterias aerobias

Mitocondria Cloroplasto

Cianobacterias



FUNCIONES

-

-Duplicación del ADN-Reducción de nitratos a nitritos (los nitritos se reducen a amoníaco, que es la fuente de N para la síntesis de aminoácidos y nucleótidos)-Fotosíntesis

-Fase dependiente de la luz (tilacoides)-Fase independiente (estroma)



Los cloroplastos



Cloroplastos

Aspecto al microscopio electrónico



Cloroplastos

Funaria hygrometrica

Spirogyra

Zygnema



SEMEJANZAS DIFERENCIAS

-Orgánulos energéticos de las células eucariotas.-Poseen gran cantidad de mb interna.-Son orgánulos semiautónomos (contienen los componentes necesarios para ello: ADNdc y ribosomas)-Se reproducen por división binaria.-Evolucionaron a partir de procariotas primitivas.-Poseen ATPasas

MITOCONDRIAS CLOROPLASTOS-Tanto en vegetales como en animales.-Menor tamaño.-Posee dos membranas diferentes y 2 compartimentos.-Función: Respiración celular.-No poseen pigmentos.-Proceden de primitivas bacterias aerobias

-Exclusivos de células vegetales.-Tamaño mayor.-Posee 3 membranas y 3 compartimentos internos separados.-Función: Fotosíntesis.

-Poseen pigmentos.-Proceden de primitivas cianobacterias

ud.9. citología iii. org. membranosos

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