El medio interno celular

1. El medio interno celular Marta Gutiérrez del Campo

2. Matriz extracelular Aunque la frontera entre la célula y su entorno marca la membrana plasmática, hay que destacar la matriz extracelular, que se encuentra por fuera de dicha membrana. En los animales, la matriz extracelular es el medio m donde se encuentran las células que forman los tejidos. Esta constituida por : Proteínas fibrosas Proteoglucanos Glucoproteinas estructurales

3. Matriz extracelular • Proteínas fibrosas • El colágeno. • La elastina. • Proteoglucanos: Moléculas complejas formadas por una cadena polipeptídica central a la que se unen los gluosaminoglucanos [GAG] que son polímeros de un disacárido. Entre los glucosaminoglucanos destaca por su importancia el ácido hialurónico. • Glucoproteínas estructurales: Forman una red de elementos que ínteractúan con los otros componentes de la matriz extracelular y con los de la superficie celular • Fibronectina. • Laminina. • http://webs.uvigo.es/mmegias/5-celulas/2-matriz_extracelular.php Funciones Mantener unidas entre sí las células que forman los tejidos. A los que también confiere elasticidad y resistencia ante los esfuerzos mecánicos. Interviene en la organización tridimensional de los tejidos y árganos que aparecen durante el desarrollo embrionario. Estructura que proporciona una continuidad entre tejidos de diferente naturaleza Sirve como “vía de comunicación». Se ha comprobado también que participa en el crecimiento y diferenciación celulares.

4. Paredes celulares Es una forma especializada de matriz extracelular que se encuentra adosada a la membrana plasmática de las células vegetales, esta formada por la superposición de capas de celulosa unidas por un cemento formado por hemicelulosa y pectina Se distinguen tres capas que de fuera a dentro son: Lamina media: es delgada y flexible y esta compartida por células vecinas formada básicamente por pectina que al ser permeable permite la entrada y salida de sustancias. Pared primaria: delgada y semírrigida, esta formada por microfibrillas de celulosa orientada en diversas direcciones y con gran cantidad de pectina. Se distinguen tres capas de celulosa aunque en ocasiones hay más. Pared secundaria: formada por múltiples capas de microfibrillas dispuestas paralelamente, lo que da gran resistencia a la pared aunque la célula pierde la capacidad de estirarse y posee muy poco cemento. La pared celular se puede impregnar de varias sustancias, entre ellas de lignina al proceso se le llama lignificacion por ejemplo en los vasos conductores en el xilema.

5. . Pared celular Diferenciaciones de la pared celular A pesar de su resistencia y grosor la pared celular es permeable esto se consigue mediante la punteaduras y los plasmodesmos. Las punteaduras son zonas delgadas de la pared donde desaparece la pared secundaria y la pared primaria es muy fina. Las punteduras se sitúan al mismo nivel ente células vecinas. Los plasmodesmos son conductos citoplasmáticos muy finos que comunican células vecinas, desaparece la pared celular y la membrana plasmática de una célula se continúa con la de la célula vecina.

6. . Células eucarioticas Compartimentación de las células eucarióticas • El citoplasma que esta limitado por la membrana plasmática y al membrana nuclear • Ocupa la mayor parte de la masa celular. • Se encuentra el retículo endoplasmatico, la mitocondria, el aparato de golgi, los cloroplastos, lisosomas, peroxisomas y el núcleo. • Ventajas: • Porque en el interior de cada estructura se acumula los enzimas responsables de un conjunto de reacciones del metabolismo con lo que se evita la difusión y se incrementa la velocidad de las reacciones. • Es que al estar aislados los compartimentos determinados reacciones metabólicas que son químicamente incompatibles se realizan simultáneamente. • Esta compartimentación necesita un complejo sistema de distribución que transporte las sustancias de un compartimiento a otro

7. . Membranas biológicas Orgánulos y otras estructuras formadas por membranas unitarias Membrana plasmática Retículo endoplasmático granular y liso Aparato de Golgi Lisosomas Peroxisomas Mitocondrias Plastos Vacuolas Envoltura nuclear • Membranas unitarias: • Constituyen fronteras que permiten no sólo separar • Poner en comunicación diferentes compartimentos en el interior de la célula y a la propia célula con el exterior. • La estructura es muy parecida. • Las diferencias se establecen más bien al nivel de la función particular tienen los distintos orgánulos formados por membranas. • Este tipo de membranas se denomina, debido a esto, unidad de membrana o membrana unitaria. La membrana plasmática de la célula y la de los orgánulos celulares está formada por membranas unitarias.

8. . Membranas biológicas Membrana unitaria CARÁCTER ANFIPÁTICO DE LOS LÍPIDOS Los fosfolípidos tienen: Una parte de la molécula que es polar: hidrófila Otra (la correspondiente a las cadenas hidrocarbonadas de los ácidos grasos) que es no polar: hidrófoba. Las moléculas que presentan estas características reciben el nombre de anfipáticas FORMACIÓN DE BICAPAS LIPÍDICAS Si se dispersa superficie acuosa una cantidad de un anfipático, se puede formar una capa de una molécula de espesor: monocapa Pueden también formarse bicapas, en particular entre dos compartimentos acuosos. Entonces, las partes hidrófobas se disponen enfrentadas y las partes hidrófilas se colocan hacia la solución acuosa.

9. . Membranas biológicas Composición química Todas las membranas biológicas están constituidas básicamente por: Lípidos: los fosfolípidos son los principales lípidos constituyentes de las membranas plasmáticas. Sin embargo, no son los únicos representantes de este grupo, puesto que la mayoría de las membranas plasmáticas poseen también colesterol. Proteínas: representan su principal componente funcional,desempeñando un papel fundamental en la regulación y control de su permeabilidad.Entre las proteínas de membrana, podemos distinguir también polipéptidos que poseenfunción enzimática, receptores para diversas señales (como las hormonales), queproducen la adhesión celular y proteínas con una variedad enorme de funciones. Las proteínas de membrana pueden clasificarse, utilizando como criterio el grado deasociación a esta, en “integrales” y “periféricas. Hidratos de carbono: Los glúcidos de la membrana se presentan en forma de oligosacáridos o, con menor frecuencia, como monosacáridos. En todos los casos se encuentran unidos en forma covalente a lípidos, constituyendo glucolípidos, o a proteínas, constituyendo las famosas glucoproteínas. La ubicación de los glúcidos en las membranas plasmáticas se realiza, en forma casi exclusiva, en la capa superficial o externa de la bicapafosfolipídica. La relación existente entre los lípidos y las proteínas de membrana suele variar dependiendo del tipo celular estudiado.

10. . Membranas biológicas Características de las membranas • Las moléculas que constituyen las membranas se encuentran libres entre sí pudiendo desplazarse en el seno de ella, girar o incluso rotar, aunque esto último más raramente. • La membrana mantiene su estructura por uniones muy débiles: Fuerzas de Van der Waals e interacciones hidrofóbicas. • Esto le da a la membrana su característica fluidez. • Todos estos movimientos se realizan sin consumo de energía. • Una mayor cantidad de ácidos grasos insaturados o de cadena corta hace que la membrana sea más fluida y sus componentes tengan una mayor movilidad • Una mayor temperatura hace también que la membrana sea más fluida. • El colesterol endurece la membrana y le da una mayor estabilidad y por lo tanto una menor fluidez. • Otra característica de las membranas biológicas es su asimetría, debida a la presencia de proteínas distintas en ambas caras. • Las dos caras de la membrana realizarán funciones diferentes.

11. . Membranas biológicas ESTRUCTURA EN MOSAICO FLUIDO DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA. • Enunciada por Sanger y Nicholson (1972) • La membrana plasmáticaes extraordinariamente delgada: espesor medio de aproximadamente 10 nm (100 Å)  Sólo se ve con el microscopio electrónico. • Estructura de la membrana plasmática es la misma que la de cualquier membrana biológica. • Formando una estructura en mosaico fluido: • En su cara externa presenta una estructura fibrosa, que no se encuentra en las membranas de los orgánulos celulares: el glicocálix, constituido por oligosacáridos. Los oligosacáridos del glicocálix están unidos tanto a los lípidos glicolipidos, como a las proteínas, glicoproteínas. • En la cara interna las proteínas están asociadas a microtúbulos, a microfilamentos y a otras proteínas con función esquelética.

12. . Membranas biológicas Mecanismo de fusión de membranas La fluidez de los componentes de la membrana plasmática permite membranas provenientes de otros orgánulos celulares, como las llamadas vesículas de exocitosis se fusionen. Los componentes de la membrana de la vesícula se integran en la membrana plasmática haciéndola crecer.

13. . Membranas biológicas Diferenciaciones de la membrana plasmática • MICROVELLOSIDADES. Las células que por su función requieren una gran superficie, tienen una membrana con una gran cantidad de repliegues. • DESMOSOMAS. Se dan en células que necesitan estar fuertemente soldadas con sus vecinas. En ellas, el espacio intercelular se amplía en la zona de los desmosomas y por la parte interna de ambas membranas se dispone una sustancia densa asociada a finos filamentos (tonofilarnentos), lo que da a estas uniones una gran solidez. • UNIONES IMPERMEABLES. Se dan entre células que forman barreras que impiden el paso de sustancias, incluso del agua. El espacio intercelular desaparece y las membranas de ambas células se sueldan.

14. . Membranas biológicas Funciones de la membrana plasmática • INTERCAMBIOS. La membrana es, básicamente, una barrera selectiva (permeabilidad selectiva). Limita a la célula e impide el paso de sustancias. La membrana es un elemento activo que escoge lo que entrará o saldrá de la célula. • RECEPTORA. Algunas proteínas de la membrana plasmática van a tener esta función. • Al existir diferentes proteínas receptoras en la membrana celular y al tener las células diferentes receptores, la actividad de cada célula será diferente según sean las hormonas presentes en el medio celular. • RECONOCIMIENTO. Se debe a las glicoproteínas de la cara externa de la membrana. • Van a reconocer las células que son del propio organismo diferenciándolas de las extrañas a él por las glicoproteínas de la membrana. • Estas sustancias constituyen un verdadero código de identidad.

15. . Membranas biológicas Transporte de sustancias • DIFUSIÓN Fenómeno por el cual las partículas de un soluto se distribuyen uniformemente en un disolvente de tal forma que en cualquier punto de la disolución se alcanza la misma concentración. CLASES DE MEMBRANAS En los medios orgánicos la difusión está dificultada la por la existencia de membranas. En general, las membranas pueden ser: Las membranas permeables permiten el paso del soluto y del disolvente Las impermeables impiden el paso de ambos. Las semipermeables permiten pasar el disolvente pero impiden el paso de determinados solutos. Esto último puede ser debido a diferentes causas

16. Membranas biológicas Transporte de sustancias

17. . Membranas biológicas Transporte de sustancias • DIFUSIÓN LA PERMEABILIDAD SELECTIVA Las membranas biológicas se comportan en cierto modo como membranas semipermeables y van a permitir el paso de pequeñas moléculas, tanto las no polares como las polares. Las primeras se disuelven en la membrana y la atraviesan fácilmente. Las segundas, si son menores de 100 u también pueden atravesarla. La membrana plasmática es permeable al agua y a las sustancias lipídicas. No obstante, como veremos más adelante, determinados mecanismos van a permitir que atraviesen la membrana algunas moléculas

18. . Membranas biológicas Transporte de sustancias • OSMÓSIS Si a ambos lados de una membrana semipermeable se ponen dos disoluciones de concentración diferente el agua pasa desde la más diluida a la más concentrada. Al medio que tiene una mayor concentración en partículas que no pueden atravesar la membrana (soluto), se le denomina hipertónico. mientras que al menos concentrado en solutos se le llama hipotónico. Si dos disoluciones ejercen la misma presión osmótica, por tener la misma concentración de a ambos lados de la membrana semipermeable, diremos que son isotónicas.

19. . Membranas biológicas Transporte de sustancias • OSMÓSIS LAS CÉLULAS Y LA PRESIÓN OSMÓTICA El interior de la célula es una compleja disolución que, normalmente, difiere del medio extracelular. La membrana de la célula, membrana plasmática, se comporta como una membrana semipermeable. Si la célula se encuentra en un medio hipertónico Las células pierden agua, produciéndose la plasmolisis. Si la célula se introduce en una disolución hipotónica se producirá una penetración del disolvente y la célula se hinchará: turgencia o turgescencia.

20. . Membranas biológicas Transporte de sustancias en forma molecular • TRANSPORTE PASIVO • Transporte pasivo simple o difusión de moléculas a favor del gradiente: • Difusión a través de la bicapalipídica. • Sustancias lipidicas como las hormonas esteroideas • Los fármacos liposolubles y el anestésico, como el éter. • Sustancias apolares como el oxígeno y el nitrógeno atmosférico • Algunas moléculas polares muy pequeñas como el agua, el CO2 el etanol y la glicerina. • Difusión a través de canales protéicos. Se realiza a través de proteínas canal. • Pasan así ciertos iones, como el Na+ el K+ y el Ca++. • Transporte pasivo facilitado (difusión facilitada). • Determinadas proteínas llamadas permeasas, actúan como “barcas’ para que estas sustancias puedan salvar el obstáculo que supone la doble capa lipídica. • Las moléculas hidrófilas (glúcidos, aminoácidos...).

21. . Membranas biológicas Transporte de sustancias en forma molecular • TRANSPORTE ACTIVO • Cuando el transporte se realiza en contra de un gradiente químico (de concentración) o eléctrico. • Para este tipo de transporte se precisan transportadores específicos instalados en la membrana, siempre proteínas, que, mediante un gasto de energía en forma de ATP, transportan sustancias a través de ésta. • Con este tipo de transporte pueden transportarse, siempre en contra del gradiente de concentración o eléctrico: • Moléculas orgánicas de mayor tamaño • Pequeñas partículas • Bomba de sodio-potasio http://www.youtube.com/watch?v=w5uaZ2nV0qg

22. . Membranas biológicas Transporte citoquímico • Permite la entrada o la salida de la célula de partículas o grandes moléculas envueltas en una membrana. • Se trata de un mecanismo que sólo es utilizado por algunos tipos de células: • Amebas. • Macrófagos • Las células del epitelio intestinal.

23. . Membranas biológicas Endocitosis Las sustancias entran en la célula envueltas en formadas a partir de la membrana plasmática. Distinguiremos: Pinocitosis. Es la ingestión de sustancias disueltas en forma de pequeñas gotitas líquidas que atraviesan la membrana al invaginarse ésta. Fagocitosis: Es la ingestión de grandes partículas sólidas (bacterias, restos celulares) por medio de seudópodos. Los seudópodos grandes evaginaciones membrana plasmática que envuelven a la partícula. Ésta pasa al citoplasma de la célula en forma de vacuola fagocítica.

24. . Membranas biológicas Exocitosis Consiste en la secreción o excreción de sustancias por medio de vacuolas, vesículas de exocitosis, que se fusionan con la membrana plasmática abriéndose al exterior y expulsando su contenido. En todos los mecanismos de endocitosis hay una disminución de la membrana plasmática al introducirse ésta en el citoplasma. Esta disminución es compensada por la formación de membranas por exocitosis.

25. . Membranas biológicas Transcitosis Es el conjunto de fenómenos que permiten a una sustancia atravesar todo el citoplasma celular desde un polo al otro de la célula. Implica el doble proceso endocitosis-exocitosis.

26. . Interacción célula- célula La membrana plasmática de ciertas células diferencian en sus caras estructuras especiales que les sirven para unirse unas a otras. Los principales modos de unión entre células son: