0:01 Hola, bienvenidos al seminario de biomembranas, donde hablaremos concretamente de la membrana plasmática. Los contenidos a desarrollar son la importancia biológica de la membrana plasmática, su composición química, el abanico de funciones en las que interviene la membrana, cómo se constituye el movimiento a través de la membrana plasmática y la clasificación de mecanismos de transporte. Por último, diferenciaremos los contenidos expuestos frente a la pared celular. deben completar el estudio de este tema con el resto del material en el campus junto a la bibliografía recomendada. Comencemos con la importancia biológica de la célula. La célula se halla rodeada de una delgada capa de 6 a 10 nanm espesor compuesta de lípidos, proteínas e hidratos de carbono. Esta es la membrana plasmática.
0:47 La estructura básica de la membrana plasmática es la misma que el resto de membranas de la célula. Las membranas plasmáticas no son simples barreras internas que solo delimitan la frontera entre célula y medio extracelular o entre organela y el citoplasma, sino que cumplen múltiples funciones como constituyen verdaderas barreras que permiten el paso de solutos de forma selectiva. Provee el soporte físico para las enzimas insertadas en la membrana. A partir de ella se generan pequeñas membranas llamadas vesículas que hacen posible el transporte de solutos en el citoplasma. Gracias a la posibilidad de producir vesículas es que la célula incorpora solutos de gran tamaño a través de la endocitosis y los libera la exocitosis. Hay componentes en la membrana que permiten el reconocimiento entre células
1:32 y la formación de adhesiones celulares. Ligado a esto, hay receptores específicos para hormonas, neurotransmisores y factores de crecimiento. Esto permite la comunicación entre células y la regulación de diversas funciones, lo cual verán más adelante. Por lo tanto, es importante que quede claro que la membrana es más que una barrera, siendo una de las estructuras más importantes para el funcionamiento celular. La base en las membranas son los fosfolípidos de distintas clases y el colesterol. Es importante que recuerden la naturaleza anfipática de los fosfolípidos. Son moléculas con una cabeza polar o hidrofílica y largas cadenas hidrocarbonadas apolares o hidrofóbicas, también referidas como colas hidrofóbicas.
2:19 Esta dualidad es la base de la estructuración de la membrana. Al colocar los fosfolípidos en una solución con interfase aceite de agua, se forma espontáneamente una monocapa de una molécula de espesor con las cabezas en la zona acuosa y las colas hidrofóbicas apuntando desde la interface, quedando orientadas de forma perpendicular a esta. Al realizar el mismo ensayo, pero con una solución totalmente acuosa, observamos que se forma una bicapa de 1 micrómetro de espesor llamado liposoma. Su estructura está compuesta de cabezas polares apuntando hacia el exterior del liposoma y al medio encerrado por este y las colas hidrofóbicas apuntan entre ellas como se observa en el esquema. Dado que los liposomas se fusionan con
3:05 las membranas plasmáticas, se los usa como vehículos para incorporar compuestos a la célula. Esto se logra al añadir fosfolípidos a un medio acuoso, el cual contiene un compuesto de interés. Una vez formado el liposoma, se recuperan y se agregan al cultivo celular. Por último, al colocar folípidos entre dos soluciones acosas separadas por un tabique incompleto, se forma una bicapa lipídica artificial que completa la separación entre las soluciones. Esta bicapa artificial es muy útil para estudiar la permeabilidad y composición química de las membranas. Acabamos de decir que los fosfolípidos son el componente principal de la membrana y en el esquema de la pantalla pueden observar su clasificación en base a su abundancia en orden decreciente.
3:53 El fosfolípido más abundante es fosfatidilcolina, seguido de fosfatidiletanolamina, fosfatidilcerina, esfingomielina y fosfatidilinocitol. Otro componente cuantitativamente importante es el colesterol, el cual al ser anfipático se ubica entre los fosfolípidos con su grupo oxidrilo orientado a la cara acuosa. El dolicol también constituye como ejemplo de lípido especial. Se ubica en la membrana del retículo endoplasmático y es necesario para incorporar oligosacáridos para la formación de glicoproteínas. Los diversos componentes de la membrana también se mantienen en ella gracias a interacciones con tanto las cabezas polares y o las colas hidrofóbicas.
4:41 Algo muy importante que deben tener en cuenta es que las dos caras de la bicapa lipídica no tienen la misma composición, por ende son asimétricas. En la cara en contacto con el citosol predomina la fosfatidiletanolamina, la fosfatidilcerina y el fosfatidilinocitol. En la capa no citosólica predomina la fosfatidilcolina y la esfingomielina. También la composición cambia de forma cuantitativa o cualitativa según se analice la membrana plasmática o la membrana de algún organoide. Por ejemplo, la membrana mitocondria interna posee difosfatiglicerol y la del retículo endoplasmático contiene dolicol, los cuales no existen en otras membranas. En cambio, el
5:27 colesterol es muy común en la membrana plasmática, pero no en la mitocondria. A temperatura fisiológica, la bicapa lipídica se comporta como una estructura fluida. Esta fluidez va a aumentar conforme aumente la concentración de ácidos grasos cortos y no saturados. Los ácidos grasos saturados corresponden a aquellos que no poseen dobles enlaces en su estructura, mientras que los insaturados poseen uno o más. La saturación agrupa los fosfolípidos en conjuntos compactos y aumenta la rigidez y el colesterol produce un efecto similar. Dicho esto, ¿qué significa decir que la membrana se comporta como una estructura fluida? Significa que sus componentes rotan en torno a sus ejes y se desplazan
6:12 libremente por la superficie membranosa. Por otro lado, también se reorganizan los fosfolípidos pasando de una cara a otra por medio de flipasas en un movimiento conocido como flip flop. Si en un cultivo celular se fusionan dos células de especies diferentes, humana y ratón, por ejemplo, se obtiene una célula con dos núcleo llamado heterocarion, la cual comparte citoplasmas, núcleos y membrana plasmática. La unión de las células se consigue con la ayuda del virus Sendai inactivado o también con el polietilenglicol. Si antes de realizar la fusión marcamos las células con anticuerpos fluorescentes de distintos colores como fluorescina que emite una fluorescencia verde para ratón y rodamina que emite
6:58 una de color rojo para humano, luego de la fusión puede reconocerse en la membrana plasmática del heterocarionón las partes aportadas por cada célula. Esto lo vamos a observar a tiempo cero, pero si dejamos pasar el tiempo como la membrana fluida, los colores se entremezclan en toda la superficie celular. En reglas generales, la proporción de lípidos y proteínas es equivalente en promedio. Para poder poner un ejemplo, la membrana de las vainas de mielina en las neuronas son un 80% lípidos y 20% proteínas, mientras que en la membrana interna de las mitocondrias esta relación se invierte. La relación de composición de proteínas es todavía más asimétrica que la de los lípidos y se dividen en proteínas
7:44 periféricas que se hallan sobre ambas caras de la membrana ligadas a las cabezas de los fosfolípidos o a proteínas integrales, que las vamos a explicar en un momento, por medio de uniones no covalentes. Esto permite una fácil extracción con soluciones salinas y de la superficie emergen residuos de aminoácidos polares que interactúan con el resto de los grupos químicos de la membrana y con el medio. Las proteínas integrales están insertadas en la membrana entre los lípidos de la bicapa. Para poder extraerlas se precisa detergentes o solventes. Algunas se extienden desde la zona hidrofóbica de la bicapa hasta una de las caras de la membrana donde finalmente emerge. Otras, en cambio, atraviesan la bicapa
8:30 totalmente y son llamadas transmembranosas. Generalmente el extremo carboxilo está en el extremo citosólico y el amino en el extremo no citosólico. Los extremos son dominios hidrofílicos y la parte interna es el dominio hidrofóbico. Por lo tanto, vamos a encontrar un gran número de aminoácidos polares en los extremos, mientras que en la región interior habrá una gran cantidad de aminoácidos no polares. Algunas transmembranosas atraviesan en múltiples puntos y se llaman transmembranosas multipaso. Estas pueden asociarse con otras y formar estructuras cilíndricas huecas. La pared exterior del cilindro hueco resulta polar, mientras que el interior está cubierto
9:17 de grupos polares que se extienden hasta ambas bocas del tubo. También hay proteínas que se comportan como integrales, dado los movimientos drásticos requeridos para removerlas, pero tienen posiciones periféricas. La estabilidad de estas proteínas en la membrana se debe a que se hayan ligadas de forma covalente a un ácido graso o fosfatidilinocitol, dependiendo de si están en el lado citosólico o no citosólico, respectivamente. Al igual que los lípidos, las proteínas giran en torno a sus propios ejes y se desplazan lateralmente en el plano de la bicapa. A esta propiedad dinámica de las membranas se la denomina como el mosaico fluido. La capacidad de migrar por la bicapa
10:02 indicaría que las interrelaciones químicas entre proteínas y lípidos son efímeras, a pesar que en la mayoría de los casos presentan cierta estabilidad. Por este motivo se estudió la importancia de los lípidos en el contexto local de las proteínas integrales, llegando a la conclusión de que las proteínas presentan propiedades diferentes cuando se encuentran en la membrana. versus cuando fueron aisladas y purificadas. Hay algunos casos específicos de proteínas membranosas que están unidas directamente a componentes del citoesqueleto, por lo tanto quedan inmovilizadas en determinados puntos de la membrana. Ahora, ¿cómo podemos evaluar la fluidez de la membrana? Uno de los estudios más característicos es mediante anticuerpos
10:48 ligados a fluoccromos, dado que son fáciles de detectar con un microscopio de fluorescencia. Para ello les presento varios experimentos. Por un lado, si se tratafocitos con anticuerpos fluorescentes que se unen a receptores localizados en sus membranas plasmáticas, soserva el desarrollo de una especie de capuchón. Este se forma porque los receptores se desplazan por la membrana y se agrupan en un polo de la célula. Desde allí, la membrana puede invaginarse hacia el citosol y formar vesículas de endocitosis. Similar al último experimento, otro método para estudiar el desplazamiento lateral de las proteínas en el plano de las membranas es la técnica de recuperación por fluorescencia después del fotoblanqueo o frap.
11:36 Aquí ciertas proteínas se marcan con fluocromos y un pequeño sector de la membrana es irradiado con rayos láser. Dicho sector es blanqueado, o sea, queda sin fluorescencia y conforme pasa el tiempo, esa zona es invadida por proteínas fluorescentes provenientes de las regiones no irradiadas. La velocidad de recuperación se calcula con un índice llamado coeficiente de difusión. Las membranas contienen entre 2 a 10% de hidratos de carbono, los cuales se encuentran solamente en la superficie no citosólica de la bicapa lipídica, unidos covalentemente a tanto lípidos como proteínas, es decir, como glicolípidos y
12:23 glicoproteínas. Los glicolípidos se clasifican en cerebrócidos y gangliócidos. Los cerebrócidos se forman con la unión de una galactosa o glucosa junto a una ceramida. Los gangliócidos son similares, pero el hidrato de carbono no es monosacárido, sino un oligosacárido que contienen de uno a tres ácidos. Las glicoproteínas contienen oligosacáridos o polisacáridos. Los oligosacáridos se hallan ligados a las proteínas a través de enlaces nuo glicosídicos. Habitualmente, los monómeros que están
13:09 localizados en la periferia de los oligosacáridos son ácidos cálicos y una proteína puede contener una o varias cadenas oligosacáridas. Los polisacáridos, en cambio, son glicosaminoglicanos y forman glicoproteínas. llamadas proteoglicanos. Habitualmente los protecanos se encuentran en el medio extracelular, pero algunos regresan desde allí hacia la célula y se instalan en la membrana plasmática como glicoproteínas periféricas. Los hidratos de carbono cumplen múltiples funciones en la membrana, pero vamos a enfocarnos en la más notable. Aquellos ubicados en la cara externa de
13:54 la membrana plasmática forman una cubierta llamada glicális, la cual protege la superficie de la célula de agresiones tanto mecánicas como químicas, como es el caso del gliccális de las células situadas en la superficie de la mucosa intestinal, que las protege del contacto con los alimentos y de los efectos nocivos de las enzimas digestivas. Debido a la presencia de ácidos posee una carga eléctrica negativa en su superficie. Esto atrae ciones del medio extracelular, los cuales quedan retenidos en la cara exterior de la célula. Esta función es muy notable en células neuronales, donde para mantener el estado de despolarización en su axón requiere incorporar grandes cantidades de iones sodio de forma rápida.
14:42 Ligado al punto anterior, como la membrana plasmática circunda varias veces el axón de algunas neuronas para formar la vaina de mielina, los abundantes glicolípidos del glicális contribuyen al aislamiento eléctrico del axón. Algunos oligosacáridos del glicális son necesarios para los procesos de reconocimiento y de adhesión celular. La especificidad del sistema AB0 de grupos sanguíneos se haya determinada por ciertos oligosacáridos muy cortos y parecidos entre sí, presentes en la membrana plasmática de de glóbulos rojos. Estos oligosacáridos solo difieren en sus monómenos terminales y están ligados a una proteína trasmembrana o una ceramida. En el grupo A, el monosacárido
15:31 terminal es la ncetilgalactosamina. En el grupo B es la galactosa y en el grupo cero no están los monosacáridos mencionados. Luego, en las células tumorales malignas se han observado cambios en algunos oligosacáridos membranosos, lo cual permite plantear que influyen en la conducta no mala de estas células. Se cree que el alterar la recepción de las señales que controlan las divisiones celulares es lo que favorece la conversión de una célula a una tumoral. Algunas toxinas, bacterias e incluso virus se unen a oligosacáridos específicos presentes en la membrana plasmática de las células que atacan. Por ejemplo, se sabe que ciertas bacterias se unen a las manosas de
16:16 oligosacáridos de la membrana plasmática de la célula infectar como paso previo a su invasión, mientras que ciertas toxinas como la del tétanos o el botulismo se unen selectivamente a oligosacáridos de gangliócidos presentes en la superficie celular. Finalmente, en algunas células algunas proteínas del glicális tienen propiedades enzimáticas. Por ejemplo, en la células del intestino hay glicoproteínas con actividad peptidasa y glicosida, que tienen función de completar la degradación de proteínas y de hidratos de carbono ingeridos. Las bases del transporte celular, es decir, la entrada y salida de solutos de la célula, corresponden al gradiente de concentración de un determinado soluto en la parte interna de la célula y el
17:02 medio extracelular y la permeabilidad de la membrana a dicho soluto. Vamos a entrar en detalle en cada uno para que se entienda bien. Existe un flujo de sustancias que entran y salen de la célula y circulan por su interior. Para ello, los solutos como iones y moléculas pequeñas deben pasar a través de las membranas. Este fenómeno es conocido como permeabilidad. En el caso de las macromoléculas, algunas atraviesan las membranas utilizando canales proteicos llamados translocones. Otros utilizan por, por último pueden salir por medio de vesículas pequeñas. Este último apartado lo verán más en detalle en el capítulo de sistema de endomembranas. El cambio entre solutos ocurre por un pasaje en la membrana plasmática y si
17:50 dicho pasaje requiere el gasto de energía, se le denomina transporte activo. En cambio, cuando el pasaje ocurre sin gasto de energía, se denomina transporte pasivo. El transporte pasivo se cumple a través de los componentes de la bicapa lipídica o a través de estructuras especiales construidas por proteínas transmembranosas organizadas. Estas estructuras son de dos tipos. canales iónicos y permeasas o también conocidas como transportadores. El transporte pasivo que ocurre a través de la bicapa se denomina difusión simple y el que se realiza a través de canales iónicos y las permeasas lleva el nombre de difusión facilitada. En cambio, el transporte activo tiene lugar solamente a través de permeas
18:37 llamadas bombas. Cuando se disuelve un soluto en un solvente, las partículas del primero se dispersan en forma progresiva por todo el solvente hasta quedar uniformemente distribuidas. Este movimiento del soluto se llama difusión y se realiza desde los sitios más concentrados hacia los de menor concentración con una velocidad proporcional a la diferencia entre las concentraciones. Es decir, si la diferencia es muy grande, la velocidad será respectivamente más rápida. Dicha diferencia en el gradiente se conoce como el gradiente de concentración, que encima si el soluto posee carga eléctrica, se sube un término de gradiente de voltaje o potencial eléctrico. La suma de los dos gradientes mencionados nos da el gradiente
19:23 electroquímico. Por fin, como la difusión a favor de tales gradientes es un proceso totalmente espontáneo, no requiere gasto energético y por ende recibe el nombre de transporte pasivo. Yendo de nuevo hacia la difusión simple, este tipo de transporte pasivo también puede ocurrir entre compartimentos acuosos separados por membranas semipermeables. Las sustancias que se disuelven en los lípidos atraviesan con cierta facilidad la zona hidrofóbica de las membranas. Existe una relación lineal directa entre la solubilidad en lípidos de una sustancia y su velocidad de difusión a través de membranas semipermeables. Esto se expresa mediante el coeficiente de partición aceite agua, el cual se mide agitando el soluto en una mezcla de
20:10 ambos fluidos. Al separarse las fases se determina la concentración de la sustancia disuelta en cada una de ellas y la relación de concentración da el valor del coeficiente. Las moléculas no polares pequeñas como oxígeno, dióxido carbono y nitrógeno difunden libremente a través de las bicapas lipídicas. También lo hacen compuestos liposolubles de mayor tamaño, como los ácidos grasos y los esteroides. E incluso compuestos polares como el glicerol y la urea atraviesan fácilmente las membranas celulares, dado que son moléculas pequeñas sin carga eléctrica. Las moléculas polares difunden en menor cantidad cuanto mayor sea su tamaño.
20:56 Por ejemplo, las aldoxosas, los aminoácidos y los nucleótidos prácticamente no difunden. Pero en cuanto a los iones, dada su carga eléctrica, se unen varias moléculas de agua, lo cual les impide atravesar la membrana por más pequeños que sean. Ahora, hay un caso muy importante que es el del agua. El agua puede moverse por difusión simple y dado que ella constituye el solvente en el que se hayan disueltos los solutos y dispersas las macromoléculas, el sentido del movimiento de las moléculas acuosas depende del gradiente osmótico entre ambos lados de la membrana. El gradiente osmótico corresponde a la diferencia de presión generada por las distintas concentraciones de soluto
21:42 entre ambos lados de la membrana. Por lo tanto, las moléculas acuosas se trasladarán entre ambos espacios hasta equilibrar la concentración de solutos. Dicho esto, en algunos tipos celulares es muy importante mantener una alta permeabilidad al agua, como es el caso de los glóbulos rojos. La alta permeabilidad que presenta se debe a que tienen canales de paso conocidos como aquuinas. Las aquuinas están constituidas por cuatro proteínas de 28 kilaltons iguales entre sí. Una de ellas está glicosilada, por lo que su peso es ligeramente mayor, denominadas chip por channel forming integral protein y cada una está compuesta de seis alfa hélices
22:28 transmemembranosas. Si bien se sabe que el pasaje del agua a través de las aquorinas se realiza sin la compañía de iones ni de otros tipos de solutos, no se conocen las bases de esta especificidad. La mayoría de sustancias que atraviesan la membrana a favor de gradiente lo hacen a una velocidad mayor de la esperable si su pasaje fuera únicamente por difusión simple. La diferencia se explica gracias a la presencia de canales iónicos y permeasas. Durante el transporte pasivo por difusión facilitada, los complejos soluto canal iónico y solutopermeasa muestran características de especificidad y saturabilidad similares a la de complejos enzima sustrato. Por
23:14 lo que si graficamos la velocidad de transporte en función a la concentración de soluto, obtenemos una curva hiperbólica, la cual es muy diferente a la relación lineal que tiene la difusión simple. Lo que sugiere la curva hiperbólica es que el proceso de transporte es saturable. Al igual que con las enzimas, se puede definir la constante KM como la concentración de soluto en la que se alcanza la mitad del valor de la velocidad máxima de transporte. A menor valor de K, mayor es la afinidad y viceversa. Yendo ahora a los canales iónicos, estos existen en todas las células, tanto en membranas plasmáticas como en organelas. son altamente selectivos, de modo que
23:59 hay canales específicos para cada tipo de ion y los que más abundan son para el potasio. El flujo de un ionado por el gradiente electroquímico y dado que el lado citosólico de la membrana plasmática es electronegativo con respecto al lado exterior, se favorece el ingreso o se dificulta el escape de iones con carga positiva. Y la situación inversa ocurre para los iones con carga negativa. El gradiente de voltaje se pone la salida del potasio de la célula, mientras que el gradiente de concentración la favorece. Cuando se equilibran estas fuerzas, el gradiente electroquímico es igual a cer y se detiene el flujo de ion. Esto se puede estudiar mediante la ecuación de Nernst.
24:47 La mayoría de canales iónicos no están abiertos de forma permanente dado que tienen un dispositivo de apertura y cierre semejante al de una compuerta. Algunos lo abren como respuesta a un cambio del potencial eléctrico de la membrana, llamándose dependientes de voltaje, y otros abren en respuesta a una sustancia inductora que puede venir tanto del lado citosólico como no citosólico, llamándose dependientes del ligando. La estructura del canal iónico se asemeja a un cilindro hueco donde en el punto del conducto se alcanza un diámetro muy pequeño que le da la especificidad al canal. Existen moléculas con la propiedad de incorporarse a las membranas biológicas y aumentar la permeabilidad a diversos
25:33 iones, conocidas como ionóforos. Son moléculas de tamaño relativamente pequeño con una superficie hidrofóbica que permite insertarse en la bicapa. Hay ionóforos móviles y otros formadores de canales. Los móviles atrapan al ion de un lado de la membrana, lo engloban en el interior de sus moléculas, giran 180º en la bicapa lipídica y lo liberan del otro lado de la membrana. Los formadores de canales son conductos hidrofóbicos que permiten el pasaje de cationes monovalentes como protones, sodio y potasio. Yendo a las permeasas, estas están comúnmente integradas por varias proteínas transmembranosas multipaso al igual que los canales iónicos.
26:18 Cada permeasa posee un sitio de unión específico para una o dos clases de soluto accesibles desde ambas caras de la bicapa. La fijación del soluto produce un cambio conformacional en la permeasa, lo cual transfiere el material desde un lado a otro de la membrana. Existen tres clases de permeasas. Monotransporte, que transfieren un solo tipo de soluto, cotransporte, que transfieren dos tipos de solutos simultáneamente, ambos en el mismo sentido, y contransporte. Transfieren dos tipos de solutos simultáneamente, pero en sentidos contrarios. Uno para el citosol, otro para el medio extracelular. Es importante que recuerden que en los casos que se transfieren dos tipos de
27:04 soluto, la transferencia está acoplada, es decir, sí o sí tienen que transportarse ambos solutos. no puede transportarse uno solo. Ahora, unos ejemplos prácticos para recordar estos transportes. El transporte de glucosa en la membrana de la mucosa intestinal es un ejemplo de monotransporte, mientras que en la misma membrana tenemos el cotransporte de sodio y glucosa. Otro ejemplo de cotransporte es el de sodio y protones a través de la membrana plasmática de casi todos los tipos celulares. Por último, el contrransporte de clor y carbonato por una permeasa de la membrana plasmática de los eritrocitos o el contransporte de ADP y ATP en la
27:50 membrana interna de la mitocondria. Ahora, para hablar de transporte activo, tenemos que hablar de gasto de energía. Este tiene lugar a través de permeazas especiales llamadas bombas, las cuales cuentan con las tres clases de permeazas mencionadas anteriormente, mono, co y contransporte. y se ven limitadas en su velocidad de transporte de la misma forma que con la difusión facilitada. Vamos a ver el ejemplo más práctico de las bombas, la bomba sodio potasio. Esta bomba es un sistema de contransporte, el cual mantiene el potencial eléctrico de la membrana plasmática. Su forma de trabajo es expulsar sodio al espacio extracelular e introducir potasio desde este. El complejo está
28:35 integrado por cuatro subunidades, 2 alfa y 2 beta, que son proteínas integrales de la membrana plasmática. La subunidad alfa pesa 100 kaltons y la beta pesa 45 kaltons, pero presenta cadenas de oligosacáridos en el lado extracelular. La bomba se inactiva al aislarla de la membrana, lo cual indica que los lípidos vecinos son requeridos para su funcionamiento. La subunidad alfa presenta sitios específicos para sodio en sus extremos citosólicos y sitios específicos para potasio en sus extremos no citosólicos. Como el transporte es acoplado, no se puede transportar el sodio sin potasio, por lo que se transportan ambos solutos en contra de su gradiente. Como el sistema necesita energía, la
29:22 recibe de la hidrólis de ATP, la cual cataliza la bomba. Dicha catálisis no solo requiere la presencia de sodio y potasio, sino que también de magnesio. El ATP se une región citosólica de la subunidad alfa y cada hidrólis de ATP produce el transporte de tres iones de sodio hacia el medio extracelular y dos iones potasio hacia el medio intracelular. Ahora, si agregamos mucho potasio en el citosol y mucho sodio en el medio extracelular y sumáramos ADP y fosfato, la bomba actuaría como una ATP sin tasa. Las ATP sin tasas son proteínas las cuales poseen la capacidad de catalizar la formación de ATP. Volviendo al funcionamiento normal, notaron que la
30:09 bomba envía tres ciones fuera e ingresa dos. Esto genera una diferencia de voltaje donde el lado citosólico es más electronegativo que el lado extracelular. Este tipo de bombas que genera potenciales eléctricos de membrana se las conoce como electrogénicas. Ahora, la explicación mecánica del funcionamiento de la bomba es la que mejor se ajusta a los resultados experimentales. En las subunidades alfa existen sitios de alta afinidad para tres iones sodio, ATP y magnesio, fácilmente accesibles desde la superficie citosólica de la membrana plasmática. Cuando se produce la hidrólis del ATP, el ADP se libera y el fosfato se une a un ácido aspártico de la subunidad alfa,
30:56 lo cual propicia la fijación de tres iones sodio a la subunidad. Se produce un cambio conformacional en la estructura de la permeasa, lo que provoca que los iones sodio queden expuestos al medio extracelular y como además disminuye su afinidad por la subunidad alfa, estos se desprenden hacia el medio extracelular. Mientras eso ocurre, dos iones potasios se fijan a la subunidad alfa y producen que se libere el grupo fosfato ligado al transportador. Esto produce que se recupere la conformación original presentando los iones potasio al citosol. Como esto también baja su afinidad por la subunidad, los potasios se liberan y difunden al medio citosólico para poder inhibir la bomba, lo cual es
31:41 requerido en algunos estudios de miocardios, se utilizan fármacos como la ou abina y digitoxina, los cuales bloquean el contransporte en concentraciones mayores a 10 a la men5 molar. Esto funciona, ya que los fármacos compiten por el espacio del potasio en la bomba y al ingresar evitan que se libere el grupo fosfato. Esto reduce la salida de sodio por bloqueo del sistema, lo que reduce el ingreso de sodio por medio del contrransporte sodiocalcio. Esto produce que se acumule calcio en la célula y en las células cardíacas hace que se contraigan con más fuerza. Este es solo uno de muchísimos ejemplos de transportes dependientes de la bomba sodiopotasio.
32:26 Otro ejemplo clásico es el transporte de glucosa, tanto el mono como cotransporte en el epitelio intestinal, el cual fue detallado en el video explicativo. Yendo a otro ion como ejemplo, tenemos el caso del calcio. Este cation está en una concentración muy baja en el medio citosólico gracias a bombas que lo expulsan. Estas bombas están presentes tanto en la membrana plasmática como en la membrana del retículo endoplasmático. Se llaman bombas de calcio y expulsan el calcio intracelular hacia el medio extracelular o hacia el interior del retículo endoplasmático. Al igual que la bomba de sodio potasio tiene sitios específicos. Otro ejemplo que verán más en detalle en
33:12 la parte de sistema de endomembranas es la bomba de protones en el interior de los endosomas y lisosomas, la cual es crucial para la activación de sus enzimas hidrolíticas, las cuales solo se activan cuando el pH se reduce respectivamente a 6 y 5. El bombeo de protones es un transporte activo y por ende requiere ATP, enviando protones desde el medio extracelular al interior del endosoma barra lisosoma. Otro ejemplo importantísimo de transporte activo es el traslado de protones a través de la membrana interna de la mitocondria durante el avance de los electrones en la cadena respiratoria. En este ejemplo, la energía provista proviene de la cadena respiratoria, no
33:58 de la hidrólis de ATP. En cambio, el ATP es sintetizado cuando retornan los protones hacia la membrana mitocondrial, pasando por un transportador pasivo asociado a una ATP sin tasa. Como un último ejemplo de transportador activo, tenemos a las proteínas MDR o multiple drug Resistance. Estas proteínas tienen actividad ATPASA. son transportadores que se encargan de expulsar solutos tóxicos desde el citoplasma de la célula hacia el exterior. Dicho de otro modo, para lidiar con, por ejemplo, una bacteria, utilizamos antibióticos como ampicilina. Si las bacterias poseen un cassette de resistencia en su genoma, van a expresar estas proteínas y cuando se alojen en la
34:46 membrana van a bombear esa ampicina que entró la bacteria hacia el medio extracelular, nulificando el efecto de la droga. De esta manera terminamos con los conceptos relacionados a la composición, la función y los mecanismos de transporte a través de la membrana plasmática. Ahora vamos a ver unas características de la pared celular. Una diferencia clave entre eucariotas animales y vegetales es la presencia de una pared celular alrededor de la membrana de la célula vegetal. Además de servir como sostén y protección, una de sus funciones principales es regular el balance entre la presión osmótica intracelular y la tendencia del agua de entrar al citosol. Además, la pared interviene fuertemente
35:33 la diferenciación de la célula vegetal en distintos tipos celulares como células del cambium, los vasos del floema y los vasos delilema. La composición de la pared en células vegetales se basa en microfibrillas hechas de celulosa. Son cadenas rectas de polisacáridos formadas por glucosa ligadas en los enlaces beta14. Las cadenas se llaman cadenas de glucano que mediante uniones hidrógeno intra e intercelular forman las microfibrillas. Las microfibrillas se unen entre sí y forman un enrejado semicristalino que se combina con proteínas y polisacáridos no celulozoicos para formar la pared. Los polisacáridos principales fuera de la celulosa son sustancias pécticas
36:21 solubles en agua que contienen galactosa arabinosa y ácido galacturónico y hemicelulosas compuestas por glucosa, silosa, manosa y ácido glucurónico. La lignina, el componente principal de la madera, se encuentra solo en las paredes de las células maduras y está formado por un compuesto aromático derivado de la polimerización de fenoles. Algunas paredes pueden tener sustancias cuticulares y depósitos minerales y en hongos y levaduras, la matriz de la pared celular contiene quitina, un polímero de glucosamina que también se encuentra en el exoesqueleto de insectos. Los componentes principales de la placa son la pared primaria, la cual comienza
37:06 a formarse con la división celular a partir de la placa celular que aparece durante la telofase en el plano ecuatorial entre futuras células hijas. La placa se compone de vesículas del complejo de Golshi que se alinean en el plano ecuatorial de la célula y forman el primer rudimento. Esta capa solo contiene pectina. Luego, cada célula hija deposita otras capas compuestas por pectina hemicelulosa y un retículo laxo de microfibrillas celulosoicas orientadas transversalmente con respecto al eje mayor de la célula. Este conjunto constituye la citada pared primaria. Solo cuando la célula alcanza su madurez aparece la pared secundaria que
37:51 comprende materiales agregados sobre la superficie interna de la pared primaria como espesamientos localizados u homogéneos. La pared secundaria queda formada por celulosa, emicelulosa y pocas sustancias pépticas. La diferenciación delilema se produce por la infiltración del igina en los espesamientos localizados, reemplazando al agua, infiltrándose en la matriz y las microfibrillas. Por lo tanto, cuando la pared se lignifica, la célula vegetal muere. Ahora, ¿de dónde provienen los componentes? Se han descrito dos vías principales para la biogénesis de la celulosa y otros componentes. Una comprende el complejo de Golshi.
38:36 donde su intervención es evidente en ciertas algas cuyas paredes están formadas por escamas. Estas tienen un material amorfo y un retículo microfibriliar radial asociado a con otro que es espiral. Las membranas del complejo de Golshi polimerizan cadenas de glucosa para formar microfibrillas de celulosa por medio de glucosil transferazas y luego las microfibrillas se organizan en escamas y se liberan hacia la superficie. La otra vía está asociada con la membrana plasmática, la cual es el sitio más frecuente para la síntesis de celulosa. Esta vía no descarta en ninguna forma las funciones esenciales que desempeñan el retículo endoplasmático y el complejo de Golchi, ya que las glucosil transferas son sintetizadas en ribosomas asociados al
39:22 retículo, luego se dirigen al Golshi y finalmente a la membrana, donde allí es que se forman las microfibrillas celulosoicas. Para cerrar el video, antes se señaló que en los hongos y levaduras la pared posee quitina. Este polisacárido es sintetizado por la enzima quitina sintetasa en presencia de UDP, acetilglucosamina. La enzima se adctiva por proteisis y por la luz y se ha localizado en los kitisomas, unos organoides vesiculares de 40 a 70 nanm diámetro que parecen ser el medio de entrega a los sitios de síntesis en la superficie celular. Por lo tanto, en esta clase vimos la membrana plasmática bajo el modelo del mosaico fluido, analizando su
40:08 composición química simétrica y funciones biológicas. Además, profundizamos en las bases del transporte celular, diferenciando los mecanismos pasivos y activos. Finalmente, contrastamos estas propiedades con la estructura rígida y síntesis de la pared celular vegetal. Espero que el seminario les haya servido. Una vez más, por favor, revisen el resto del contenido, consulten el material recomendado y, por favor, dejen sus consultas en los foros. Hasta la próxima. M.
