Membrana Plasmática
Organización molecular de la membrana
Todas las membranas biológicas están constituidas básicamente por lípidos y proteínas. La mayor parte de ellas también poseen hidratos de carbono unidos a las proteínas y a los lípidos mencionados. Si bien, cada uno de estos componentes, es característico de las membranas biológicas las proporciones en que están presentes varían enormemente.
Debemos recordar que la membrana plasmática No es observable mediante la utilización del microscopio óptico, por lo cual, las teorías de su estructura estuvieron basadas en un principio en evidencias indirectas. En 1855, Naegeli denomina “membrana plasmática” a una película invisible que envolvería a las células y sería responsable de los fenómenos osmóticos que observó en las células vivas. No fue hasta la invención del microscopio electrónico que la membrana plasmática pudo ser verdaderamente observada.
Hoy en día se considera al modelo de “Mosaico Fluido”, descrito por Singer hace más de veinte años, como la estructura básica de la totalidad de las membranas. En este modelo, los lípidos se disponen formando una verdadera bicapa, donde las proteínas integrales se insertan tomando contacto con la superficie extra e intracelular. Uno de los conceptos básicos de este modelo es que la bicapa permite desplazamientos considerables de sus componentes, he ahí la fluidez propuesta por Singer. Por lo tanto, la doble capa no es estática, sino que es capaz de permitir y propiciar un movimiento a lo largo del plano estructural de la membrana.
Lípidos y fluidez de membrana
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. Los fosfolípidos son moléculas anfipáticas. Vale decir que, ante la presencia de un medio acuoso, adquieren una doble sensibilidad. Sus “cabezas” se caracterizan por presentar afinidad por el agua, por lo cual se dice que son hidrofílicas, mientras que sus “colas” son netamente no polares, por lo cual presentan fobia por el agua (son hidrofóbicas). Debido a esta naturaleza anfipática, en un medio acuoso tienden espontáneamente a formar agrupaciones denominadas micelas o bicapas similares a las celulares.
La mayor parte de las membranas biológicas de origen eucariota poseen colesterol como componente importante. En el caso de la membrana plasmática, la misma presenta una composición similar entre el colesterol y los fosfolípidos que la componen. En las células de origen procariota el colesterol está ausente en la mayor parte de las mismas y, el bajo contenido de este lípido en las membranas mitocondriales tal vez refleje una importante prueba a favor de la teoría endosimbiótica. El colesterol aumenta la impermeabilidad de la capa bilipídica y le da mayor estabilidad a la misma.
Proteínas de membrana
Las proteínas de membrana 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 poseen función enzimática, receptores para diversas señales (como las hormonales), que producen la adhesión celular y proteínas con una variedad enorme de funciones que iremos estudiando a lo largo de este espacio curricular.
Las proteínas de membrana pueden clasificarse, utilizando como criterio el grado de asociación a esta, en “integrales” y “periféricas”. Es así como, las proteínas integrales toman contacto tanto con el lado exterior, como con el interior de la membrana. Por lo tanto se dice también que estas proteínas son de transmembrana. Las proteínas periféricas de la membrana no penetran en el interior hidrofóbico de la bicapa fosfolipídica, asociándose con la bicapa mediante interacciones débiles (generalmente lo hacen mediante uniones del tipo iónicas).
Asimetría del plasmalema
Los fosfolípidos de la mitad externa de la membrana se componen casi con exclusividad de fosfatidilcolina y esfingomielina, mientras que la mitad interna tiene una proporción mayor de fosfatidiletanolamina y fosfatidilserina.
La composición asimétrica del plasmalema se refuerza aun mas por la presencia de glucolípidos que en lugar de grupos fosfato tienen cortas cadenas hidrocarbonadas, u oligosacáridos, unidos a los lípidos. Allí intervienen en el denominado glucocáliz y cumplen importantes funciones en los procesos de señalamiento y de reconocimiento entre las células.
Movilidad de los componentes de las membranas
En general, las membranas pueden ser: permeables, impermeables y semipermeables. Las membranas permeables permiten el paso del soluto y del disolvente, las impermeables impiden el paso de ambos y las semipermeables permiten pasar el disolvente pero impiden el paso de determinados solutos. Esto último puede ser debido a diferentes causas. Así, por ejemplo, muchas membranas tienen pequeños poros que permiten el paso de las pequeñas moléculas y no de las que son mayores; otras, debido a su composición, permiten el paso de las sustancias hidrófilas y no de las lipófilas, o a la inversa.
Transporte pasivo
Difusión simple
Las pequeñas moléculas no polares tienen la capacidad de difundir fácilmente a través de las membranas. En general, su pasaje se ve favorecido cuanto menor sea la molécula y mayor su liposolubilidad. Pasan por difusión simple a través de la membrana los gases como el O2, el CO2, CO y otras moléculas liposolubles y pequeñas como el benceno. Las moléculas hidrofílicas pequeñas pueden difundir de esta manera siempre y cuando no presenten carga. De esta manera pasan el metanol, el etanol y el glicerol.
Difusión Facilitada
Este tipo de pasaje, como señaláramos en un principio, se realiza siempre a favor del gradiente electroquímico. A diferencia de la difusión simple, en la difusión facilitada intervendrán proteínas de membrana que mediatizarán el pasaje. Estas proteínas transportadoras pueden clasificarse en dos: los canales iónicos y las permeasas. Debe de tenerse en cuenta que la velocidad con que una molécula atraviese la membrana plasmática por difusión facilitada, se verá directamente relacionada con la cantidad de transportadores que se encuentren en ella. Cuando todos los transportadores estén funcionando al máximo, se alcanzará una velocidad tope, conocida como Velocidad Máxima de Difusión, donde el sistema se verá saturado.
Difusión Facilitada a por medio de canales iónicos
Transporte activo
Las proteínas de membrana, en ciertas circunstancias, deben realizar el pasaje de moléculas en contra de su gradiente de concentración. En estos casos, en los cuales la molécula transportada debe de transportarse desde donde está menos concentrada hacia donde está más concentrada, se requiere el uso de energía, por lo cual afirmaremos que el transporte es activo.
Existen dos tipos principales de transporte activo: el primario (mediado por ATP asas) y el secundario (mediado por co-transportadores).
Transporte activo primario
Las proteínas de membrana que intervienen en este tipo de transporte utilizan directamente ATP como fuente de energía. A estas proteínas se las suele llamar Bombas o ATPasas. Si bien existe una gran diversidad de bombas, todas ellas transportan un determinado tipo de Ion en contra de su gradiente de concentración, por lo cual les es necesario el aporte energético, el cual es obtenido de la degradación de las moléculas de ATP.
Las ATPasas más importantes a nivel celular son: las bombas de protones, las bombas de calcio y la bomba de Sodio y Potasio. A modo de introducción a este tipo de transporte, explicaremos la última bomba citada.
Bomba de Sodio Potasio ATPasa
Esta bomba es de vital importancia en el metabolismo celular. Es un tetrámero constituido por dos sub-unidades transmembranosas denominadas F y dos G. La concentración de Sodio y Potasio a ambos lados de la membrana plasmática es desigual. El Sodio está 15 veces más concentrado en el lado extracelular que dentro de la célula, mientras que el Potasio presenta una situación inversa. Es por esto que el Sodio es considerado el principal catión extracelular y el Potasio el principal catión intracelular.
Esta diferencia de concentración no es azarosa, sino que está mantenida por0 medio de la actividad de la bomba de Sodio - Potasio ATPasa, quien cotransporta ambos iones en contra de su gradiente de concentración. Por cada tres Sodios que se extraen son introducidos dos Potasios y, como ambos son transportados en contra de su gradiente, es necesaria la degradación concomitante de una molécula de ATP como fuente de energía.
Transporte Activo secundario
En este tipo de transporte se utiliza la energía contenida en el gradiente favorable de la sustancia que es cotransportada. El elemento más importante que posibilita el cotransporte es el Sodio. Así, en algunas ocasiones la molécula cotransportada es introducida en contra de su gradiente de concentración junto con el Sodio, proceso denominado Simporte. En otras circunstancias, el ingreso de Sodio a la célula es utilizado para extraer al otro elemento, lo cual se denomina Antiporte.
Uniones Celulares
Las uniones celulares se dan en los puntos de contacto célula-célula y célula-matriz en todos los tejidos, pero son especialmente abundantes e importantes en el tejido epitelial. Formalmente se caracterizan por tener proteínas transmembrana que se unen al citoesqueleto a través de proteínas adapatadoras.
Los desmosomas son estructuras celulares que mantienen adheridas a células vecinas. Estructuralmente dicha unión está mediada por cadherinas (desmogleína y desmocolina), a sus filamentos intermedios (queratina). En el interior de las células actúan como lugares de anclaje para los filamentos intermedios en forma de cuerda, los cuales forman una red estructural en el citoplasma proporcionando una cierta rigidez. Mediante estas uniones los filamentos intermedios de las células adyacentes están indirectamente conectados formando una red continua que se extiende a todo el tejido. El tipo de filamentos intermedios anclados a los desmosomas depende del tipo celular: de queratina en la mayoría de las células epiteliales y de desmina en las fibras musculares cardíacas.
La estructura general de los desmosomas consta de una placa citoplasmática densa, compuesta por un complejo proteico de anclaje intracelular que es el responsable de la unión de los elementos citoesqueléticos a las proteínas de unión transmembrana.
Los desmosomas permiten además que exista cierto movimiento en común entre las células adyacentes que están unidas mediante ellos. Los desmosomas tienen mucha importancia en el sistema inmunitario innato, pues permite establecer uniones muy resistentes evitando la separación de la células epiteliales por acción mecánica o por presión. Así la piel se ha convertido en una barrera mecánica de protección.
Uniones estrechas
Las uniones estrechas, sellan el espacio entre células adyacentes de forma que impiden el paso de pequeñas moléculas entre ellas. Además, impiden la difusión de lis lípidos y proteínas entre distintos dominios de la membrana plasmática contribuyendo al establecimiento de polaridad celular. La integridad de las uniones estrechas es dependiente de calcio extracelular. Encontramos en ellas proteínas transmembrana como las ZO-1 y ZO-2 que unen estrechamente proteínas transmembrana (Claudina, octudina)de células adyacentes por su región extracelular e interaccionan por su región citoplásmatica con el citoesqueleto de actina.
Uniones Comunicantes
Unión que forma un poro por el cual logran pasar moléculas del citoplasma de una célula al citoplasma de otra sin pasar por el espacio extracelular. La componen un conexon por membrana por punto de anclaje, formadas a su vez por 6 conexinas que se unen dejando un poro central. Las uniones en hendididura de muchos tejidos pueden abrirse o cerrarse según necesidad en respuesta a señales extracelulares. Estas uniones son reguladas por factores como el pH, o la fosforilación de las conexinas, pudiendo la célula regular la permeabilidad de estas uniones. El espacio intracelular es de unos 2 a 4 nm.
Matriz extracelular
La matriz extracelular constituye un conjunto de macromoléculas, localizadas por fuera de las células, que en conjunto forman el ecosistema donde la célula realiza sus funciones vitales: multiplicación, preservación, procesos bioquímicos y fisiopatológicos indispensables para la supervivencia de los tejidos vitales de los organismos vivos de las diferentes especies. Estas moléculas son sintetizadas por las mismas células o provienen de la corriente sanguínea.
Las macromoléculas comprometidas en su formación son: Sistema colágeno, sistema elástico, glicosaminoglicanos y glicoproteínas de adhesión.
Matriz extracelular de tejidos animales
La matriz extracelular (MEC) es el conjunto de materiales extracelulares que forman parte de un tejido. La MEC es un medio de integración fisiológico, de naturaleza bioquímica compleja, en el que están "inmersas" las células. Así la MEC es la sustancia del medio intersticial (intercelular).
La matriz extracelular (MEC) es un componente biológico importante. Los animales pluricelulares se dintinguen por su capacidad para la pluricelularidad con una morfogénesis compleja que implica asociaciones celulares cooperativas para formar tejidos. Ahí es donde es importante y distintiva la matriz extracelular (MEC) como componente cohesivo y medio logístico de integración de las diferentes unidades funcionales celulares.
La matriz extracelular (MEC) es un componente biológico importante. Los animales pluricelulares se dintinguen por su capacidad para la pluricelularidad con una morfogénesis compleja que implica asociaciones celulares cooperativas para formar tejidos. Ahí es donde es importante y distintiva la matriz extracelular (MEC) como componente cohesivo y medio logístico de integración de las diferentes unidades funcionales celulares.
Biosíntesis de colágena
Los colágenos forman una gran familia de proteínas que tienen por características agruparse formando una estructura supramolecular. De modo general, las moléculas resultan de la asociación de tres cadenas polipeptídicas en con una formación característica de triple hélice. Además de la triple hélice, los colágenos poseen dominios globulares, que le confieren flexibilidad y especificidad a las moléculas que los poseen.
Actualmente se conocen aproximadamente 27 tipos de colágenos con diferentes localizaciones y desempeñan diferentes funciones. Los colágenos han sido clasificados teniendo en cuenta la forma en que se agregan: colágenos fibrilares I, II, III, V y XI y colágenos no fibrilares VI, VII, VIII, X.
Los no fibrilares a su vez se clasifican teniendo en cuenta la constitución y presentación de las fibrillas:
a) Colágenos que forman membrana; son tipo IV, VI y VIII.
b) Colágenos con interrupción de la triple hélice (grupo de FACITS = Fibrila associated collagen whit interrupted triple hélice); son tipo IX, XII, XIV.
c) Colágenos que forman microfibrillas en cuenta de rosario; son tipo VI.
d) Colágeno que forman fibras de anclaje; son tipo VII.
Glucosaminglicanos y proteoglicanos
Los proteoglicanos son complejos de macromoléculas formados por la asociación covalente entre cadenas polipeptídicas y glicosaminoglicanos. Estas últimas se forman de polímeros de unidades de disacáridos repetidas (hexosamina más ácido hexaúronico y en gran parte presentan diferentes niveles de sulfatación, como el condroitin-sulfato, dermatan-sulfato, queratan sulfato y heparan-sulfato. El núcleo proteico de los diferentes proteoglicanos varía de peso molecular, de 19 a 500 Kd. El número de cadenas de glicosaminoglicanos varía de 1 a 100; la estructura primaria está formada por un proteoglicano pequeño: serina-glicina, que presenta un núcleo proteico y 14 cadenas de glicosaminoglicanos.
El ácido hialurónico es el único glucosaminoglicano que no se une a la cadena peptídica; tiene un papel muy importante en la migración celular. Facilita la hidratación de los tejidos, debido a la gran cantidad de radicales libres, que se ligan a las moléculas de agua. Por lo tanto, la hidratación de los tejidos depende de la concentración y el estado fisiológico del ácido hialurónico.
Estudios recientes han demostrado que el ácido hialurónico al unirse a la proteína B forma el complejo ácido hialurónico proteína B. Este complejo ha sido asociado al estímulo de la actividad de proteína quinasa, que sirve como señal de traducción a nivel celular, y tiene un papel importante en la interacción de la superficie celular con el citoesqueleto.
La función de los proteoglicanos es contribuir a la adhesividad celular mediante su interacción con la superficie celular y con otros componentes matriciales. El sindecan, por ejemplo, proteoglicano de la membrana celular, transmite señales a proteínas transmembranales, como las integrinas, que a su vez interactúan con el citoesqueleto, el cual facilita la interacción de los filamentos de actina. La unión sindecan a la fibronectina es mediada por el heparan sulfato. Los proteoglicanos pueden regular la diferenciación y proliferación celular en algunos tejidos, incluidos el cartílago, donde se observó aumento en la adhesión celular a medida que el condroblasto se diferencia en condorcito. Además de la interacción con fibronectina, el heparan sulfato de los fibroblastos y de las células epiteliales sirve como mediador de interacción con colágenos, siendo esta unión más fuerte con el colágeno V.
El heparan-sulfato perlecan es el primero de los proteoglicanos en aparecer en la lámina basal junto con la laminina y el colágeno IV estableciendo las bases estructurales de las membranas basales como se observa en las membranas basales trofoblástica, los vasos coriales y en la lámina basal de los epitelios en general.
Otras proteínas estructurales de matriz extracelular
Las glicoproteínas principales multifuncionales encontradas en la matriz extracelular son: fibronectina (FN), laminina (LN), tenascina (TN) y trombospondina (TB). Para cumplir con sus funciones estas moléculas necesitan de otras moléculas que sirven de unión entre la matriz extracelular y el citoesqueleto celular, como son: las integrinas, las caderinas, las inmunoglobulinas y las selectinas.
La fibronectina es una glicoproteína de adhesión celular, se encuentra formada por un dímero de unidades idénticas, enlazadas entre sí por puentes disulfuros. Cada unidad tiene 2.500 residuos de aminoácidos y posee una serie de dominios globulares, separadas por cadenas de polipéptidos lineales. La fibronectina presenta en su estructura la secuencia RGD, una de las moléculas de reconocimiento más estudiadas en la adhesión celular.
La laminina es una glicoproteína que posee un peso molecular de 900.000 kd tiene forma de cruz y está compuesta por tres cadenas polipeptídicas diferentes, denominadas (α1), β1 (β1) y β2(γ1). Componen una familia de siete miembros o variantes, constituidos por ocho subunidades (α, β1,β2, S, M, β2t y β1K). Las cadenas β1 y β2 tienen un peso molecular de 230 y 220 Kd, respectivamente, y la cadena α, 440 Kd. En los últimos años se encontraron algunas variantes de laminina en membrana basal del glomérulo renal y de la placenta, en que la cadena α cambia su secuencia polipeptídica y es denominada cadena M. Además de éstas también fue descrita la S- laminina a nivel de las sinapsis neuromusculares, donde la cadena β1 presenta diferencia en la secuencia de los aminoácidos, en el dominio I, III, V, formando así una nueva cadena denominada S.
Las moléculas de adhesión son un grupo de glicoproteínas que tiene como función regular las relaciones entre las células y la matriz extracelular. Son elementos fundamentales en las interacciones célula-célula y célula-matriz. Las mejor estudiada son las integrinas, caderinas y la superfamilia de las inmunoglobulinas. Las integrinas son un conjunto de glicoproteínas formadas por la asociación de dos subunidades, α y β, unidas entre sí por uniones no covalentes. Presentan peso molecular que varía de 90 a 220 Kd. Son mediadoras de las interacciones célula - célula y célula-matriz; muchas de estas acciones son mediadas por la secuencia RGD.
La subunidades β presentan ocho variantes diferentes, clasificadas de β1 a β8. La cadena α tiene 15 subunidades diferentes. Cada subunidad presenta tres dominios: uno extracelular largo, uno transmembranoso y uno intracitoplamático corto, que interactúa con los componentes del citoesqueleto, tales como la talina, vinculina, α actina, fibrilina, y sirve de mensajero al dar señales de transducción.
Las integrinas β1 tienen receptores para varios componentes matriciales, que incluyen fibronectina; colágeno II y VI interactuando en la adhesión de la células con la matriz. Pueden estimular la secreción de colagenasa y consecuentemente contribuir para reconstrucción de la matriz; esto ha sido demostrado con la α5β1 que interactúa con la fibronectina. La integrina α5β1se expresa en el epitelio endometrial, en la fase secretora, y en las células trofoblásticas. La α1β1 se une a la laminina, fibronectina y colágeno IV y tiene un papel fundamental en el desarrollo de la gestación normal.
La integrina α6β4 puede actuar como receptor para laminina y es observada en las células columnares de las vellosidades. Su función está relacionada con el desarrollo de estas células.
No hay comentarios:
Publicar un comentario