La membrana celular

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Ilustración de un eucariota membrana celular

La membrana celular es una membrana biológica que separa el interior de todas las células del ambiente exterior . [1] La membrana celular es selectivamente permeable a los iones y moléculas orgánicas y controla el movimiento de sustancias dentro y fuera de las células. [2] El básico la función de la membrana celular es proteger a la célula de su entorno. Se compone de la bicapa de lípido con incrustados proteínas . Las membranas celulares están involucrados en una variedad de procesos celulares, tales como la adhesión celular , la conductividad iónica y la señalización celular y servir como la superficie de unión para varias estructuras extracelulares, incluyendo la pared celular , glicocálix , y intracelular citoesqueleto . Las membranas celulares se pueden volver a montar artificialmente . [3] [4] [5]

Contenido

[ editar ] Función

Un diagrama detallado de la membrana de la célula

La membrana celular o membrana plasmática rodea el citoplasma de las células vivas, la separación física de las intracelulares componentes de la extracelular medio ambiente. hongos , bacterias y plantas también tienen la pared celular que proporciona un soporte mecánico para la célula e impide el paso de moléculas más grandes . La membrana celular también desempeña un papel en el anclaje del citoesqueleto para proporcionar la forma de la célula, y en la fijación a la matriz extracelular y otras células para ayudar a las células se agrupan para formar tejidos .

La membrana es selectivamente permeable y capaz de regular lo que entra y sale de la célula, lo que facilita el transporte de los materiales necesarios para la supervivencia. El movimiento de sustancias a través de la membrana pueden ser "pasiva", que se producen sin la aportación de la energía celular, o activo, requiriendo la célula a gastar energía en su transporte. La membrana también mantiene el potencial de la célula . La membrana celular por lo tanto funciona como un filtro selectivo que permite que las cosas sólo determinadas a entrar o salir de la célula. La célula emplea un número de mecanismos de transporte que implican membranas biológicas:

1. Pasiva difusión y ósmosis : Algunas sustancias (moléculas pequeñas, iones), tales como dióxido de carbono (CO 2), oxígeno (O 2), y agua, puede moverse a través de la membrana plasmática por difusión, que es un proceso de transporte pasivo. Debido a que la membrana actúa como una barrera para ciertas moléculas e iones, que puede ocurrir en diferentes concentraciones sobre los dos lados de la membrana. Tal gradiente de concentración a través de una membrana semipermeable establece un flujo osmótico para el agua.

2. canales transmembrana de proteínas y transportistas : Los nutrientes, tales como azúcares o aminoácidos, debe entrar en la célula, y determinados productos de metabolismo debe salir de la celda. Tales moléculas se bombea a través de la membrana por transportadores transmembrana o difundir a través de los canales de proteínas. Estas proteínas, también denominadas permeasas, son generalmente bastante específicos, reconocer y transportar sólo un grupo limitado de alimentos de sustancias químicas, a menudo incluso sólo una única sustancia.

3. Endocitosis : La endocitosis es el proceso en el que las células absorben moléculas por absorbiéndolos. La membrana de plasma crea una pequeña deformación hacia el interior, llamado una invaginación, en el que se captura la sustancia a transportar. La deformación entonces aprieta fuera de la membrana en el interior de la célula, creando una vesícula que contiene la sustancia capturada. La endocitosis es una vía para la internalización de partículas sólidas (célula que ingiere o fagocitosis), pequeñas moléculas e iones (potable célula o pinocitosis), y macromoléculas. Endocitosis requiere energía y es así una forma de transporte activo.

. 4 exocitosis : Tal como material puede ser llevado a la célula por invaginación y la formación de una vesícula, la membrana de una vesícula puede fusionarse con la membrana plasmática, la extrusión de su contenido hacia el medio circundante. Este es el proceso de exocitosis. La exocitosis se produce en diversas células para eliminar los residuos no digeridos de sustancias traídos por endocitosis, para secretar sustancias como las hormonas y las enzimas, y para el transporte de una sustancia completamente a través de una barrera celular. En el proceso de exocitosis, el no digerido residuos que contienen vacuola alimentaria o la vesícula secretora reverdeció desde el aparato de Golgi, primero se mueve por citoesqueleto desde el interior de la célula a la superficie. La membrana de la vesícula entra en contacto con la membrana plasmática. Las moléculas de lípidos de las dos bicapas se cambian y son las dos membranas, por lo tanto, fusionado. Un pasaje se forma en la membrana fundida y las vesículas descarga sus contenidos fuera de la célula.

[ editar ] Los procariotas

Bacterias Gram-negativas tienen una membrana plasmática y una membrana externa separadas por un espacio periplásmico . Otros procariotas sólo tienen una membrana plasmática. Las células procarióticas también están rodeados por una pared celular compuesta de peptidoglicano (aminoácidos y azúcares). Algunas células eucariotas también tienen paredes de las células, pero ninguno que están hechas de peptidoglicano.

[ editar ] Estructura

[ editar ] El modelo de mosaico fluido

De acuerdo con el modelo de mosaico fluido de SJ Singer y Nicolson GL (1972), que sustituye el anterior modelo de Davson y Danielli , membranas biológicas puede ser considerado como un líquido de dos dimensiones en el que las moléculas de lípidos y de proteínas se difunden más o menos fácilmente. [ 6] A pesar de las bicapas de lípidos que forman la base de las membranas de hecho forma bidimensional líquidos por sí mismos, la membrana plasmática también contiene una gran cantidad de proteínas, que proporcionan más estructura. Ejemplos de tales estructuras son complejos de proteína-proteína, piquetes y vallas formadas por la actina basada citoesqueleto , y potencialmente las balsas de lípidos .

[ edit ] bicapa lipídica

Diagrama de la disposición de las moléculas de lípidos anfipáticos para formar una bicapa lipídica . Los amarillos polares grupos de cabeza separar las colas hidrófobas grises de los ambientes acuosos citosólicas y extracelular.

Bicapas lipídicas se forman a través del proceso de auto-ensamblaje . La membrana celular se compone principalmente de una capa delgada de anfipáticas fosfolípidos que espontáneamente se organizan de modo que los hidrófobos "cola" regiones están aisladas del fluido circundante polar, causando que los más hidrófilos "cabeza" regiones de asociarse con las caras intracelular (citosólico) y extracelular de la bicapa resultante. Esto forma un continuo, esféricas bicapa lipídica . Fuerzas tales como van der Waals , electrostáticas, enlaces de hidrógeno e interacciones no covalentes contribuyen a la formación de la bicapa lipídica. En general, las interacciones hidrofóbicas son la fuerza motriz fundamental en la formación de bicapas lipídicas.

Bicapas lipídicas son generalmente impermeable a los iones y moléculas polares. La disposición de las cabezas hidrofílicas y las colas hidrófobas de la bicapa de lípido prevenir solutos polares (por ejemplo, aminoácidos, ácidos nucleicos, carbohidratos, proteínas, y los iones) se difunda a través de la membrana, pero generalmente permite la difusión pasiva de moléculas hidrófobas. Esto proporciona a la célula la capacidad de controlar el movimiento de estas sustancias a través de la proteína transmembrana complejos tales como poros, canales y compuertas.

Flippases y scramblases concentrar fosfatidil serina , que lleva una carga negativa, en la membrana interna. Junto con NANA , esto crea una barrera adicional a cargadas restos que se desplazan a través de la membrana.

Las membranas tienen funciones diversas en eucariotas y procariotas células. Una función importante es la de regular el movimiento de materiales dentro y fuera de las células. La estructura de bicapa de fosfolípidos (modelo de mosaico fluido) con proteínas de membrana específicas representa la permeabilidad selectiva de la membrana y los mecanismos de transporte pasivos y activos. Además, las membranas en procariotas y en la mitocondria y los cloroplastos eucariotas de facilitar la síntesis de ATP a través de quimiosmosis.

[ edit ] polaridad de membrana

Alfa intercaladas célula

La membrana apical de una célula polarizada es la superficie de la membrana plasmática que se enfrenta hacia el interior para el lumen . Esto es particularmente evidente en epiteliales y células endoteliales , pero se describen también otras células polarizadas, tales como neuronas . La membrana basolateral de una célula polarizada es la superficie de la membrana plasmática que forma sus superficies basales y laterales. Se presenta hacia fuera, hacia el intersticio , y lejos de la luz. Membrana basolateral es una frase compuesto se refiere a los términos "basal (base) de membrana" y "lateral (lateral) de membrana", que, especialmente en las células epiteliales, son idénticos en composición y actividad. Proteínas (tales como los canales iónicos y bombas ) son libres de moverse desde la base hasta la superficie lateral de la celda o viceversa, de conformidad con el modelo de mosaico fluido . uniones estrechas de unirse a las células epiteliales cerca de su superficie apical para evitar la migración de las proteínas a partir de la membrana basolateral de la membrana apical. Las superficies basales y laterales quedan así más o menos equivalente [ aclaración necesaria ] el uno al otro, pero distinta de la superficie apical.

[ editar ] Las estructuras de membrana

Membrana celular puede formar diferentes tipos de "supramembrane" estructuras tales como caveola , densidad postsináptica , podosome , invadopodium , de adhesión focal , y diferentes tipos de uniones celulares . Estas estructuras son generalmente responsables de la adhesión celular , la comunicación, la endocitosis y exocitosis . Ellos pueden ser visualizadas por microscopía electrónica o microscopía de fluorescencia . Están compuestas de proteínas específicas, tales como integrinas y cadherinas .

[ edit ] Citoesqueleto

El citoesqueleto se encuentra debajo de la membrana celular en el citoplasma y proporciona un andamiaje para las proteínas de membrana para anclar, así como la formación de orgánulos que se extienden desde la célula. En efecto, elementos del citoesqueleto interactuar extensamente e íntimamente con la membrana celular. [7] proteínas de anclaje restringe a una superficie celular particular - por ejemplo, la superficie apical de las células epiteliales que recubren la vertebrado gut - y los límites de lo lejos que se puede difundir dentro de la bicapa. El citoesqueleto es capaz de formar apéndice similares a orgánulos, tales como los cilios , que son microtúbulos basados ​​en extensiones cubiertas por la membrana celular, y filopodios , que son actina basados ​​en extensiones. Estas extensiones se envainado en membrana y se proyectan desde la superficie de la célula con el fin de detectar el medio ambiente externo y / o hacer contacto con el sustrato o en otras células. Las superficies apicales de las células epiteliales son densos con actina basada en proyecciones similares a dedos conocidos como microvellosidades , que aumentan el área de superficie celular y por lo tanto aumentar la velocidad de absorción de los nutrientes. Desacoplamiento localizada del citoesqueleto y de los resultados de la membrana celular en la formación de una ampolla .

[ editar ] Composición

Las membranas celulares contienen una variedad de moléculas biológicas, en particular los lípidos y las proteínas. El material se incorporan en la membrana, o eliminados de la misma, por una variedad de mecanismos:

  • Fusión de intracelulares vesículas con la membrana ( exocitosis ) no sólo excreta el contenido de la vesícula, pero también incorpora los componentes de la membrana de la vesícula en la membrana celular. La membrana puede formar ampollas alrededor del material extracelular que pellizcar para convertirse en vesículas ( endocitosis ).
  • Si una membrana es continua con una estructura tubular hecho de material de la membrana, a continuación, el material del tubo se puede extraer en la membrana de forma continua.
  • Aunque la concentración de componentes de la membrana en la fase acuosa es baja (componentes estables de membrana tienen baja solubilidad en agua), se produce un intercambio de moléculas entre el lípido y las fases acuosas.

[ editar ] Lípidos

Ejemplos de los fosfolípidos de la membrana y grandes

La membrana celular se compone de tres clases de anfipáticas lípidos: fosfolípidos , glucolípidos y colesteroles . La cantidad de cada uno depende del tipo de célula, pero en la mayoría de los casos de fosfolípidos son los más abundantes. [8] En RBC estudios, 30% de la membrana plasmática es de lípidos.

Las cadenas grasas en los fosfolípidos y glicolípidos contienen generalmente un número par de átomos de carbono, típicamente entre 16 y 20. El 16 - y 18-carbono ácidos grasos son los más comunes. Los ácidos grasos pueden ser saturados o insaturados, con la configuración de los dobles enlaces casi siempre "cis". La longitud y el grado de insaturación de cadenas de ácidos grasos tienen un efecto profundo en la fluidez de membrana [9] como lípidos insaturados crear un pliegue, la prevención de los ácidos grasos de embalaje juntos tan firmemente, disminuyendo así la temperatura de fusión (aumento de la fluidez) de la membrana. La capacidad de algunos organismos para regular la fluidez de sus membranas celulares mediante la alteración de la composición de lípidos se denomina adaptación homeoviscous .

Toda la membrana se mantiene unido a través de no covalente interacción de colas hidrófobas, sin embargo, la estructura es bastante fluido y no se fija rígidamente en su lugar. Bajo condiciones fisiológicas moléculas de fosfolípidos en la membrana de la célula están en el estado líquido cristalino . Esto significa que las moléculas de lípidos tienen libertad para difundir y exponer la difusión lateral rápido a lo largo de la capa en la que están presentes. Sin embargo, el intercambio de moléculas de fosfolípidos entre valvas intracelulares y extracelulares de la bicapa es un proceso muy lento. Las balsas de lípidos y caveolae son ejemplos de colesterol enriquecido en microdominios en la membrana celular.

En animales colesterol células normalmente se encuentra dispersa en diferentes grados a lo largo de las membranas celulares, en los espacios irregulares entre las colas hidrófobas de los lípidos de membrana, cuando confiere un efecto de rigidización y refuerzo en la membrana. [2]

[ editar ] Los fosfolípidos forman vesículas lipídicas

Vesículas lipídicas o liposomas son cajas circulares que están envueltos por una bicapa lipídica. Estas estructuras se utilizan en los laboratorios para estudiar los efectos de los productos químicos en las células mediante la entrega de estos productos químicos directamente a la célula, así como conseguir más penetración en la permeabilidad de la membrana celular. Vesículas de lípidos y liposomas se forman por primera suspensión de un lípido en una solución acuosa y luego se agita la mezcla a través de sonicación , lo que resulta en una vesícula. Mediante la medición de la tasa de flujo de salida de la del interior de la vesícula a la solución a temperatura ambiente, permite investigador a entender mejor permeabilidad de la membrana. Las vesículas se pueden formar con moléculas e iones dentro de la vesícula mediante la formación de la vesícula con la molécula deseada o iones presentes en la solución. Las proteínas también puede ser embebido en la membrana a través de la solubilización de las proteínas deseadas en la presencia de detergentes y conectarlos a los fosfolípidos en las que se forma el liposoma. Estos proporcionan a los investigadores una herramienta para examinar diversas funciones de las proteínas de membrana.

[ editar ] Los hidratos de carbono

Las membranas plasmáticas también contienen hidratos de carbono , principalmente glicoproteínas , pero con algunos glicolípidos ( cerebrósidos y gangliósidos ). En su mayor parte, no glicosilación se produce en las membranas dentro de la célula, sino que generalmente glicosilación se produce en la superficie extracelular de la membrana plasmática. El glicocálix es una característica importante en todas las células, especialmente epitelios con microvellosidades. Los datos recientes sugieren que el glicocáliz participa en la adhesión celular, los linfocitos mensajeras otros, y muchos. El penúltimo azúcar es galactosa y el azúcar terminal es ácido siálico , como el esqueleto de azúcar se modifica en el aparato de Golgi . El ácido siálico lleva una carga negativa, proporcionando una barrera externa de las partículas cargadas.

[ editar ] Proteínas

Tipo Descripción Ejemplos
Las proteínas integrales
o proteínas transmembrana
Atraviesan la membrana y tienen una hidrófilo citosólica de dominio , que interacciona con las moléculas internas, un hidrófoba que abarca la membrana de dominio que la ancla en la membrana celular, y un dominio extracelular hidrófilo que interacciona con las moléculas externas. El dominio hidrófobo se compone de uno, varios, o una combinación de α-hélices y β hoja proteínas motivos . Los canales de iones, bombas de protones , acoplado a proteína G de receptores
Lípidos proteínas ancladas Unido covalentemente a moléculas de lípidos simples o múltiples; hidrófobamente insertar en la membrana celular y anclar la proteína. La proteína misma no está en contacto con la membrana. G proteínas
Las proteínas periféricas Adherido a las proteínas integrales de membrana, o asociada con las regiones periféricas de la bicapa lipídica. Estas proteínas tienden a tener sólo las interacciones temporales con las membranas biológicas, y reaccionó inmediatamente, la molécula se disocia para llevar a cabo su labor en el citoplasma. Algunas enzimas , algunas hormonas

La membrana de la célula tiene un contenido elevado de proteínas, típicamente alrededor de 50% del volumen de membrana [9] Estas proteínas son importantes para la célula, ya que son responsables de diversas actividades biológicas. Aproximadamente un tercio de los genes en la levadura código específicamente para ellos, y este número es aún mayor en los organismos multicelulares. [8]

La membrana celular, la exposición al ambiente exterior, es un sitio importante de la comunicación célula-célula. Como tal, una gran variedad de receptores de proteínas y proteínas de identificación, tales como antígenos , están presentes en la superficie de la membrana. Funciones de las proteínas de membrana también puede incluir contacto célula-célula, el reconocimiento superficie, contacto citoesqueleto, señalización, actividad enzimática, o sustancias que transportan a través de la membrana.

La mayoría de las proteínas de la membrana debe ser insertada de alguna manera en la membrana. Para que esto ocurra, un N-terminal "secuencia señal" de aminoácidos dirige a las proteínas de la retículo endoplásmico , que inserta las proteínas en una bicapa lipídica. Una vez insertado, las proteínas son transportadas a su destino final en vesículas, donde la vesícula se fusiona con la membrana objetivo.

[ editar ] Variación

La membrana de la célula tiene lípido diferente y composiciones de proteínas en distintos tipos de células y por lo tanto pueden tener nombres específicos para determinados tipos de células:

[ editar ] La permeabilidad

La permeabilidad de una membrana es la tasa de pasiva difusión de moléculas a través de la membrana. Estas moléculas se conocen como moléculas permeantes. La permeabilidad depende principalmente de la carga eléctrica y la polaridad de la molécula y en menor medida la masa molar de la molécula. Debido a la naturaleza hidrofóbica de la membrana celular, pequeñas moléculas eléctricamente neutras pasar a través de la membrana más fácilmente que cargadas, las grandes. La incapacidad de las moléculas cargadas a pasar a través de los resultados de la membrana celular en partición pH de sustancias a través de los compartimientos de fluidos del cuerpo.

[ editar ] Véase también

[ editar ] Referencias

  1. ^ Kimball Páginas biología , las membranas celulares
  2. ^ un b Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Biología Molecular de la Célula (4 ª ed.). Nueva York:. Garland Science ISBN 0-8153-3218-1 .  
  3. ^ Budin, Itay,. Devaraj, Neal K. (29 de diciembre de 2011) "Asamblea de membrana Impulsado por una reacción de acoplamiento Biomimetic" . Revista de la Sociedad Química Americana . 134 (2):. 751-753 doi : 10.1021/ja2076873 . Consultado el 18 de febrero 2012.  
  4. ^ Personal (25 de enero de 2012). "Los químicos Sintetizar membrana celular artificial" . ScienceDaily . Consultado el 18 de febrero 2012.  
  5. ^ Personal (26 de enero de 2012). "Los químicos crear membrana de la célula artificial" . kurzweilai.net . Consultado el 18 de febrero 2012.  
  6. ^ . Cantante SJ, GL Nicolson (Feb 1972) "El modelo de mosaico fluido de la estructura de las membranas celulares" . Ciencia 175 (4023): 720-31. doi : 10.1126/science.175.4023.720 . PMID 4333397 .  
  7. ^ GJ Doherty y HT McMahon (2008). "Mediación, modulación y consecuencias de las interacciones membrana-citoesqueleto" Revisión Anual de Biofísica 37:. 65-95. doi : 10.1146/annurev.biophys.37.032807.125912 . PMID 18573073 .  
  8. ^ un b Lodish H, Biología Berk A, Zipursky LS, et al. (2004). Celular Molecular (4 ª ed.). Nueva York: Scientific American Books. ISBN 0-7167-3136-3 .  
  9. ^ un b Jesse Gray, Shana Groeschler, Tony Le, Zara González (2002). "Estructura de membrana" (SWF). Davidson College. Consultado el 2007-01-11.  

[ editar ] Enlaces externos