3ro. B clase del 25/4 COMUNICACIÓN CELILAR

 CUESTIONARIO y RESUMEN SOBRE COMUNICACIÓN CELULAR

PARA COMENZAR....Estructura y Composición de la Membrana Plasmática

Para llevar a cabo las reacciones químicas necesarias en el mantenimiento de la vida, la célula necesita mantener un medio interno apropiado y que sea básicamente diferente del exterior. Esto es posible porque las células se encuentran separadas del mundo exterior por una estructura limitante, la membrana plasmática. La membrana plasmática es una estructura  que funciona como una cubierta celular.

Su principal función consiste en  que por medio de ella se puede regular el contenido de la célula. Puede hacer esto porque tanto los alimentos, los nutrientes, así como los desechos que la misma produce deben atravesar la membrana. La membrana, permite el paso de ciertas sustancias hacia la la célula pero impide el paso de otras.  Adicionalmente, las células eucariotas tienen membranas internas ( además de la membrana plasmática ) que forman y delimitan compartimentos.  Estos compartimentos  permiten que se llevan a cabo las actividades bioquímicas de la célula. Las restantes membranas también constituyen barreras selectivas para el pasaje de sustancias.  Estas estructuras membranosas reciben el nombre de Organelas.  Solamente las células eucariotas poseen organelas.

Para REGULAR el paso de sustancias la membrana se basa principalmente en su estructura química así como como la solubilidad de las partículas que la atraviesan en lípidos, la carga eléctrica de la partícula, principalmente.

Charles Ernest Overton, en 1895, descubrió que las sustancias liposolubles penetraban en las células más fácilmente que las que no lo eran. Además que la membrana presentaba gran resistencia al paso de la corriente eléctrica. Estos descubrimientos llevaron a que dedujera la existencia de una membrana formada por lípidos.   

Charles Ernest Overton (1865–1933)

En 1897, Irving Langmuir ( premio noble de química 1932 ) estudio el comportamiento de los fosfolípidos en agua y observó que los grupos polares se disponen perpendicularmente a ella.

Irving Langmuir ( 1881 – 1957 )

En el 1925, E. Gorter y F. Grendel extrajeron  los lípidos de la membrana del eritrocito, y al extenderlos sobre agua notaron que estos ocupaban una superficie dos veces mayor a la superficie del eritrocito, deduciendo de esta forma que la membrana estaba formada por una bicapa lipídica.

Kenneth Stewart Cole, en 1932, estudio la tensión superficial de las membranas de óvulos de erizo de mar y notó que era más pequeña que la tensión superficial teórica de la capa lipídica. En realidad es mayor pero se confundieron al hacer los cálculos, aunque su interpretación fue correcta concluyeron que la membrana plasmática tenía que estar formada por otros componentes además de los lípidos.

Kenneth Stewart Cole ( 1900 – 1984)

Para el año 1935,  Hugh Davson (1909 – 1996)  y James Frederic Danielli (1911 - 1984) , propusieron una estructura de la membrana en forma de emparedado en la que los fosfolípidos estarían en el centro formando una bicapa y estarían rodeados por proteínas y para que había habido intercambio propusieron poros en la membrana plasmática. Años después ( en 1959 ) Jammes David Robertson, formuló el concepto de unidad de membrana, que sugiere que todas las membranas son iguales, tanto las plasmáticas como las internas. Sin embargo hay componentes singulares en las diferentes membranas.

Jammes David Robertson ( 1923 - 1995)

Seymour Jonathan Singer & Garth Nicolson,  en 1972 propusieron el modelo de mosaico fluido de membrana, en  este modelo las proteínas, lípidos e hidratos de carbono se sitúan en una configuración estable. Los lípidos forman la bicapa lipídica y las proteínas adoptan una configuración en la membrana según la interacción de sus partes con las moléculas que las rodea.

Nicholson & Singer

Composición Química de la Membrana

La membrana plasmática se encuentra constituida principalmente por dos capas de Fosfolípidos, moléculas de Colesterol y diversos tipos de proteínas ( tanto proteínas simples como proteínas conjugadas )

Cuando se observa la membrana plasmática a través de micrografías, es posible observar una estructura densa – clara - densa. Básicamente, todas las células existentes parecen mostrar esta estructura de tres capas.

Propiedades de los componentes de membrana

Los fosfilópidos se disponen en una bicapa, la separación de la bicapa produce una capa externa capa E y una capa interna capa P, en principio ambas capas están formadas por los mismos tipos de fosfolípidos sin embargo la abundancia de los mismos varía según la capa

Los fosolípidos son moléculas que poseen la cualidad de poseer dos regiones distintas respecto a sus propiedades, la cabeza del fosfolípido es de naturaleza Hidrófila ( afin al agua ) y se encuentra formada por una molécula de glicerol, un grupo fosfato y una sustancia nitrogenada.  Esta estructura es de naturaleza polar  por lo que resulta soluble en agua.  

La otra región del fosfolípido se encuentra formada por dos cadenas de ácidos grasos y se representan como las “ patas “ de los fosfolípidos, esta región es más de naturaleza lipídica por lo que resulta insoluble en agua.  Por tanto los fosfolípidos presentan la capacidad de tener dos regiuones distintas en cuanto a su solubilidad.  Característica que les permite al disponerse en una bicapa, representar una barrera química para el agua ( y las sustancias solubles en ella ).

El colesterol

El nombre de «colesterol» procede del griego kole (bilis) y stereos (sólido), por haberse identificado por primera vez en los cálculos de la vesícula biliar por Chevreul quien le dio el nombre de «colesterina», término que solamente se conservó en el alemán (Cholesterin).   Es un lípido esteroide, constituida por cuatro anillos de carbono denominados A, B, C y D.  En la molécula de colesterol se puede distinguir una cabeza polar constituida por el grupo hidroxilo y una cola o porción no polar formada por los anillos y los sustituyentes alifáticos unidos a estos.

En las membranas 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.

Proteínas de membrana

Las proteínas que se pueden encontrar en la membrana son principalmente de dos tipos:

1. Proteínas integrales: son aquellas que cruzan la membrana y aparecen a ambos lados de la bicapa. La mayor parte de estas proteínas son glicoproteinas ( unidas a carbohidratos ), en donde este carbohidrato de la molécula está siempre de cada al exterior de la célula

2. Proteínas periféricas: están no se extienden a lo ancho de la bicapa sino que están unidas a las superficies interna o externa de la misma y se separan fácilmente de la misma

La naturaleza de las proteínas de membrana determina su función:

Canales: proteínas integrales (generalmente glicoproteínas) que actúan como poros por los que determinadas sustancias pueden entrar o salir de la célula

Transportadoras: son proteínas que cambian de forma para dar paso a determinados productos (

Receptores: Son proteínas integrales que reconocen determinadas moléculas a las que se unen o fijan. Estas proteínas pueden identificar una hormona, un neurotransmisor o un nutriente que sea importante para la función celular. La molécula que se une al receptor se llama ligando.

Enzimas: pueden ser integrales o periféricas y sirven para catalizar reacciones a en la superficie de la membrana

Anclajes del citolesqueleto: son proteínas periféricas que se encuentran en la parte del citosol de la membrana y que sirven para fijar los filamentos del citoesqueleto.

Marcadores de la identidad de la célula: son glicoproteínas y glicolípidos características de cada individuo y que permiten identificar las células provenientes de otro organismo. Por ejemplo, las células sanguíneas tienen unos marcadores ABO que hacen que en una transfusión sólo sean compatibles sangres del mismo tipo. Al estar hacia el exterior las cadenas de carbohidratos de glicoproteínas y glicolípidos forma una especie de cubierta denominada glicocalix

CUESTIONARIO PARA RESOLVER EN CLASE.

I.            Contesta brevemente

1.- ¿Qué tipo de proteínas contiene la membrana y cuál es su función?

Canales

Transportadoras:

Receptores:

Enzimas:

Anclajes del citolesqueleto: 

Marcadores de la identidad de la célula: 

2.- Esquematiza o dibuja el modelo mosaico fluido.

3.- ¿Qué tipo de moléculas no difunden por la membrana plasmática?


4.- ¿En que consiste el transporte activo?


5.- Explica brevemente en que consiste la osmosis


6.- ¿Qué tipo de movimientos realizan los fosfolípidos?

rotación: 

difusión lateral

flip-flop: 

flexión:  

7.- Explicar dos propiedades fisicoquímicas del agua.

Fuerza de cohesión entre sus moléculas


Elevada fuerza de adhesión

II.     Subraya la respuesta correcta 

8.- Es la que ejerce el solvente para que pase de una zona de menor concentración de soluto a una de mayor.
a) presión osmótica b) membrana celular c) polaridad d)ninguna

9.- Tipo de transporte que no requiere de ATP
a) pinocitosis b) transporte facilitado c) difusión simple d) incisos b y c 

10.- Canales que participan en la despolarización
a) gap b) canales de K+ c) canal de agua d) canales de Na+  

11.- Al aplicarle un estímulo a una neurona, que empieza a generarse?
a) rompimiento celular b) potencial de acción c) transporte pasivo

MATERIAL AUDIOVISUAL DE ESTUDIO:

1- VIDEO SOBRE MEMBRANA CELULAR - CLASE-
2- TRANSPORTE CELULAR  VIDEO I - CLASE-
3- TRANSPORTE CELULAR VIDEO II - CLASE-
4- TRANSPORTE CELULAR VIDEO III - CLASE-

Comunicación celular - Resumen -

Mecanismos generales de comunicación celular

1. La comunicación celular puede establecerse de distintas formas que incluyen: a) la comunicación paracrina: la señal actúa sobre células vecinas; b) endocrina: la señal viaja por el torrente sanguíneo y alcanza células lejanas; c) autocrina: la señal llega a la misma célula de la cual salió; d) neurotransmisión: la señal es liberada por la célula emisora al espacio sináptico, donde es captada por la célula receptora; e) contactos célula-célula: la señal permanece anclada a la membrana de la célula emisora mientras interactúa con la célula receptora y f) mediante gaps: la señal se difunde desde la célula emisora a la receptora.

El reconocimiento de la señal

2. En cada organismo existen distintos tipos de señales químicas que reciben el nombre de ligandos y forman complejos con receptores específicos. Cada tipo celular es sensible a distintas señales y cada interacción ligando-receptor está asociada a una función particular. Cada célula responde a un conjunto de señales.

3. El complejo ligando-receptor transmite el mensaje al interior de la célula e inicia un camino que lleva a la ejecución de una respuesta biológica específica. Por este proceso completo se transduce la señal.

4. Ciertas moléculas pequeñas y/o hidrófobas atraviesan la membrana celular y se unen a receptores internos. Estos complejos suelen unirse al DNA y actuar como factores de transcripción.

5. Los receptores de membrana son variados. Pueden formar parte de canales iónicos, presentar actividad enzimática o estar asociados con enzimas. Existen receptores que activan una proteína adaptadora, la proteína G, que transmite el mensaje al siguiente intermediario.

Fig. 12-2. Ubicación de los receptores

Los receptores pueden encontrarse en el interior de la célula o bien anclados en la membrana plasmática. (a) Receptor intracelular; (b) receptor de membrana.

Los receptores intracelulares

6. Los glucocorticoides y los mineralocorticoides, las hormonas sexuales y las hormonas tiroideas son ejemplos de ligandos que se unen a receptores intracelulares que actúan como factores de transcripción. Todos los receptores intracelulares tienen una zona de unión al DNA y otra de reconocimiento del ligando.

7. Las proteínas chaperonas mantienen el plegamiento específico de los receptores que se encuentran libres en el citoplasma. Luego de la unión de una hormona al receptor, el complejo se transloca al núcleo, se separa de la chaperona y forma un dímero con otro complejo similar. Estos dímeros interactúan con secuencias específicas del DNA, disparando la transcripción génica.

Los receptores de membrana

8. Los receptores ionotrópicos se encuentran en la membrana celular y permiten el pasaje de iones al interior o exterior de la célula. En general, responden a neurotransmisores y controlan procesos de contracción muscular y transferencia neuronal de información.

9. Existen dos tipos de receptores de membrana asociados con enzimas: los que se activan y funcionan como enzimas y los que activan enzimas del lado interno de la membrana celular. En la gran mayoría de los casos, la actividad enzimática asociada es de proteincinasa. Estos receptores participan en cascadas de señalización, cuyas respuestas biológicas se relacionan con la regulación de la proliferación, la diferenciación, la producción de la matriz extracelular, la reparación de tejidos y la regulación inmunitaria.

10. Luego de la interacción entre el ligando y el receptor, se produce la formación de varios complejos ligando-receptor en la membrana celular. Los dominios catalíticos permiten la fosforilación recíproca en residuos de tirosina, serina o treonina (según de qué receptor se trate). Esta autofosforilación es seguida por el reclutamiento de moléculas señalizadoras citosólicas, que transmiten el mensaje al interior de la célula. Otros receptores presentan actividad guanilato ciclasa, que cataliza la producción de cGMP a partir de GTP.

Fig. 12-5. Receptores con actividad de tirosina cinasa

(a) Antes de que se una la molécula señal, los receptores existen como polipéptidos individuales. La parte intracelular de estos receptores contiene múltiples tirosinas. (b) Cuando se une la molécula señal, por ejemplo un factor de crecimiento, se produce la asociación de dos receptores, formándose un dímero. (c) La dimerización activa la región del receptor con función de enzima, la tirosina cinasa (que no estaba fosforilada y por lo tanto, inactiva). Las tirosinas de la tirosina cinasa adicionan un grupo fosfato que provienen del ATP. (d) Ahora el receptor está activado y puede fosforilar proteínas intracelulares. La fosforilación en tirosina de estas proteínas modifica su conformación. Cuando se trata de enzimas, la fosforilación les cambia la actividad. En el caso de proteínas sin actividad enzimática, la fosforilación les permite la interacción con otras proteínas. Por ambos mecanismos se transduce la señal del ligando al interior celular. Esto activa una serie de vías que conducen a la respuesta celular.

11. Algunos receptores de membrana están acoplados a proteínas G, que intermedian la interacción entre aquellos y otras proteínas de membrana. La cantidad de ligandos que se une a este tipo de receptores es enorme (entre ellos, las hormonas adrenalina, glucagón, adrenocorticotrofina, luteinizante, foliculoestimulante y angiotensina II).

Fig. 12-7. Receptores acoplados a proteínas G

(a) Este tipo de receptores consiste en un polipéptido que atraviesa la membrana plasmática siete veces. Este esquema muestra la topología del receptor b₂-adrenérgico que se ha estudiado ampliamente. (b) Una señal interactúa con el receptor que se activa y cambia de forma. La proteína G inactiva se une al receptor y se activa. Luego se desplaza hacia otra proteína de membrana que se encuentra en estado inactivo. Cuando la proteína G se une a esta proteína, altera su actividad. Esto conduce a una respuesta. (c)Estructura de una proteína G trimérica unida a GDP. Este modelo se obtuvo mediante análisis de cristalografía de rayos X.

Transmisión de la señal al interior de la célula

12. Cuando un ligando interactúa con su receptor de membrana, la señal es transmitida al interior de la célula. Entonces se dispara una cascada de eventos que incluye la síntesis de segundos mensajeros y la fosforilación de enzimas catalizada por proteincinasas.

Fig. 12-8. Fosforilación en cascada

La cascada involucra la fosforilación de enzimas por proteincinasas. Supongamos que la proteincinasa 1 activa fosforila 100 moléculas de proteincinasa 2, activándolas. Cada una de ellas fosforilará otras 100 moléculas de proteincinasa 3, activándolas. Cada una de ellas fosforilará a otras 100 moléculas de proteína blanco inactiva responsable de una respuesta celular. En suma, la activación de una molécula de proteincinasa 1 produce la fosforilación de 100 x 100 x 100 moléculas de proteína blanco inactiva. De esta manera, se amplifica la señal.

13. Los segundos mensajeros son moléculas pequeñas que se generan en gran cantidad y rápidamente en respuesta a la activación de un receptor. Llevan la señal a otras partes de la célula y la amplifican mediante la activación de cinasasy otras enzimas. Los nucleótidos cíclicos, el ion Ca²⁺ y ciertos lípidos son ejemplos de segundos mensajeros.

Fig. 12-15. Los fosfolípidos son segundos mensajeros

La hidrólisis del fosfatidilinositol difosfato libera por un lado el inositol trifosfato (IP₃) y por el otro diacilglicerol (DAG). La fosfolipasa C es la enzima que cataliza esta reacción. Esta enzima puede ser activada por proteínas Gq como se muestra en el esquema o mediante la interacción con receptores. El IP₃ liberado al citoplasma interactúa con receptores localizados en los depósitos de Ca²⁺ del retículo endoplasmático y estimula la liberación de este ion al citoplasma. Sobre el margen superior izquierdo del esquema se observa la estructura del fosfatidilinositol difosfato.

14. La fosforilación y desfosforilación de proteínas son parte de la transduccióndel mensaje. Esto significa que la mayoría de los mensajes que se transmiten al interior de las células producen la activación de cinasas que regulan su función mediante la fosforilación de diversos sustratos.

15. Los caminos de transducción pueden ser lineales, pero también pueden existir puntos potenciales de regulación y de intersección entre distintos caminos. La respuesta celular está conformada por un circuito complejo de activación que involucra más de un camino de señalización. Una molécula señal puede ser reconocida por diferentes receptores asociados a distintos mecanismos de transducción. También puede ocurrir que un mismo receptor active diferentes vías.

El final de la vía: la respuesta biológica

16. La transducción de las señales externas produce una respuesta por parte de la célula blanco. Esta respuesta es una alteración como resultado de la activación o inhibición de alguna vía metabólica, y de modificaciones en la forma o el movimiento de las células. El papel de estos procesos en el control de la diferenciación, de la proliferación y del crecimiento celular es esencial para eldesarrollo y el funcionamiento normales del organismo.