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Galería de mapas mentales Membrana celular y transporte de sustancias a través de membranas.
Membrana celular y transporte de sustancias a través de membranas.
La membrana celular está compuesta principalmente de lípidos y proteínas, de los cuales los lípidos son principalmente fosfolípidos, que forman el esqueleto básico de la membrana celular. Las proteínas están incrustadas o penetran en la bicapa de fosfolípidos y realizan una variedad de funciones.
Editado a las 2024-10-31 08:47:18,
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- Resumen
Fisiología Sección 1 Estructura básica y función de transporte de materiales de la membrana celular.
Membrana celular y transporte de sustancias a través de membranas.
La membrana celular (membrana plasmática) es una película delgada que cubre la superficie del citoplasma.
Los sistemas de membrana plasmática y biopelículas se denominan colectivamente biopelículas.
Sistema de membrana intracelular: término general para estructuras modelo dentro de las células que tienen ciertas conexiones.
Sección 1 Composición química y características biológicas de la membrana celular.
lípidos de membrana
Fosfolípidos
Glicerofosfolípidos
Fosfatidilcolina (lecitina)
Fosfatidiletanolamina. cefalina
fosfatidilserina
El fosfatidilinositol, situado en la capa interna de la membrana plasmática, es menos abundante en la estructura de la membrana pero desempeña un papel importante en la señalización celular.
Con el glicerol como esqueleto, los grupos hidroxilo en las posiciones 1 y 2 de la molécula de glicerol forman enlaces éster con ácidos grasos, y el grupo hidroxilo en la posición 3 forma enlaces éster con el grupo fosfato. Las moléculas de fosfolípidos se denominan moléculas anfipáticas o moléculas anfóteras porque tienen una cabeza hidrófila y una cola hidrófoba.
El grupo hidrófilo pequeño y el grupo fosfato son muy polares y se denominan grupo cabeza hidrófilo.
Las cadenas de ácidos grasos son hidrofóbicas y no polares, llamadas colas hidrofóbicas.
Esfingomielina
El único fosfolípido en la membrana celular que no utiliza glicerol como columna vertebral, el contenido de la membrana es menor y el contenido de la membrana celular de las neuronas es mayor.
Se utiliza esfingosina en lugar de glicerol. El ácido graso insaturado de cadena larga está unido al grupo amino. Un grupo hidroxilo en el extremo de la molécula está unido al fosfato de colina y el otro grupo hidroxilo libre forma hidrógeno con la cabeza polar del adyacente. Moléculas de lípidos, moléculas de agua y proteínas de membrana.
colesterol
molécula anfipática
La cabeza polar es un grupo hidroxilo y el medio es un anillo de esterol, conectado a una cola corta de cadena de hidrocarburo hidrófobo.
El grupo hidroxilo está cerca de la cabeza polar de la molécula de fosfolípido, el anillo de esterol está fijado en la cadena de hidrocarburos cerca de la cabeza y la cola de la cadena de hidrocarburos está enterrada en el centro de la bicapa lipídica.
El colesterol tiende a distribuirse uniformemente entre las bicapas lipídicas.
Glicolípidos
Compuestas de lípidos y oligosacáridos, las células bacterianas y vegetales son derivados de glicerofosfolípidos (principalmente fosfolípidos colina), y las membranas de las células animales son casi todas derivadas de la esfingosina, llamadas glicoesfingolípidos.
鞘糖脂特点：糖基取代了磷脂酰胆碱作为极性的头部。
Cerebrósido, el glicolípido principal y más simple de la mielina.
Gangliósidos, más abundantes en la membrana plasmática de las neuronas.
Todos están ubicados en el lado no citoplásmico de la membrana plasmática y los grupos de azúcar están expuestos en la superficie celular.
lípidos de membrana
Forma de existencia en experimento.
1. Cúmulo molecular globular
2. bicapa
Características como estructura ideal para biopelículas.
1. Formar una barrera que separa dos ambientes solubles en agua.
2. Continuo, con tendencia a fusionarse consigo mismo para formar una cavidad cerrada.
3. Suave y deformable
proteína de membrana
Proteína de membrana intrínseca, también conocida como proteína transmembrana, molécula anfipática
En un solo cruce de membrana, la conformación alfa helicoidal cruza la región hidrofóbica de la bicapa lipídica. Generalmente, el segmento N de la cadena peptídica se encuentra en el exterior de la membrana celular.
múltiples perforaciones de membrana
proteína transmembrana de múltiples subunidades
una conformación de hélice
Los tubos beta atraviesan las membranas y se encuentran principalmente en las mitocondrias, las membranas externas de los cloroplastos y las membranas plasmáticas bacterianas.
Hay al menos 8 y hasta 22 cadenas beta rodeando el tubo y están unidas por enlaces de hidrógeno.
Las proteínas extrínsecas de membrana, también conocidas como proteínas periféricas, son proteínas que están unidas débilmente a la membrana celular y no se insertan en la doble capa lipídica. Se distribuyen en el lado citoplasmático o extracelular de la membrana plasmática.
Algunos utilizan enlaces no covalentes (como interacciones electrostáticas débiles) en la región polar de la cabeza de las moléculas lipídicas o en el lado hidrófilo de las proteínas que penetran la membrana.
Algunas proteínas periféricas se encuentran en el lado citoplasmático de la membrana y se unen a la membrana interactuando con la monocapa del lado citoplasmático de la bicapa lipídica a través de la cara hidrófoba de la hélice α expuesta en la superficie de la proteína.
Las proteínas ancladas a lípidos, las adiponectinas, pueden ubicarse en ambos lados de la membrana y unirse covalentemente a moléculas lipídicas en la bicapa lipídica.
Ubicado en el lado citoplasmático de la membrana plasmática, se ancla directamente formando enlaces covalentes con ciertas cadenas amilo o grupos isoprenilo en la bicapa lipídica.
Las proteínas ubicadas fuera de la membrana plasmática están ancladas a la membrana plasmática mediante enlaces covalentes a cadenas de oligosacáridos conectadas a moléculas de fosfatidilinositol en la capa externa de la bicapa lipídica. También se denominan proteínas ancladas a glicosilfosfatidilinositol.
Detergente
Tipo de ion SDS
La región hidrofóbica de la molécula de detergente reemplaza a la molécula de fosfolípido y se une a la región hidrofóbica de la proteína que penetra la membrana. También se une a la cola hidrofóbica de la molécula de fosfolípido, separando así la proteína que penetra la membrana de la molécula de fosfolípido.
Detergente no iónico TritonX-100
Su segmento polar no tiene carga y actúa de manera similar al SDS, pero es más suave.
azúcar de membrana
El 93% de los azúcares se combinan con proteínas de membrana en forma de cadenas de oligosacáridos o polisacáridos para formar glicoproteínas. La glicosilación se produce principalmente en la asparagina, seguida de los residuos de serina y treonina y, a menudo, la glicosilación se produce simultáneamente.
La mayoría de las proteínas de membrana llevan múltiples cadenas de oligosacáridos.
El 7% de los azúcares de la membrana están unidos covalentemente a los lípidos de la membrana como cadenas de oligosacáridos para formar glicolípidos.
Cada molécula de glicolípido lleva sólo una cadena de oligosacáridos.
Cubierta celular o glicocalix
Una zona periférica rica en carbohidratos en la superficie de la mayoría de las células eucariotas.
Hoy en día, la capa extracelular se usa generalmente para referirse a las sustancias carbohidratos conectadas a la membrana plasmática, es decir, la porción de la cadena de oligosacáridos que se extiende desde las glicoproteínas y glicolípidos en la membrana plasmática hasta la superficie exterior. parte de la membrana plasmática. La cubierta extracelular que no está conectada a la membrana plasmática se llama material extracelular o estructura extracelular.
La función básica es proteger las células de diversos daños físicos y químicos. También puede establecer un microambiente equilibrado entre agua y sal alrededor de las células y participar en el reconocimiento, la adhesión y la migración de las células.
Las propiedades biológicas de las membranas celulares son la asimetría y la fluidez.
(1) La asimetría de la membrana determina la direccionalidad de la función de la membrana.
Asimetría de lípidos de membrana
Distribuido en bicapa lipídica.
capa exterior
Esfingomielina y fosfatidilcolina
capa interna
Fosfatidiletanolamina
fosfatidilserina
fosfatidilinositol
Asimetría de proteínas de membrana
Asimetría del azúcar de membrana
Los glicolípidos de la membrana celular y las cadenas de oligosacáridos de glicoproteínas solo se distribuyen en la superficie exterior de la membrana plasmática. En el sistema de membrana interna, las cadenas de oligosacáridos se distribuyen en la superficie interna de la cavidad de la membrana.
Está estrechamente relacionado con la direccionalidad y asimetría de la función de la membrana, asegurando su alto grado de orden.
(2) La fluidez de la membrana es la garantía de las actividades funcionales de la membrana.
La bicapa lipídica es un fluido líquido cristalino bidimensional.
cambio de fase
temperatura de cambio de fase
Cómo se mueven las moléculas de lípidos de membrana
Difusión lateral, principal modo de movimiento.
movimiento de volteo
movimiento rotacional
movimiento de flexión
Factores que afectan la fluidez de la membrana.
Grado de saturación de la cadena de ácidos grasos.
El insaturado se llama tipo lineal y tiene la mayor tendencia a la agregación y está dispuesto estrechamente en un estado de gel.
La insaturación se dobla en el doble enlace y está dispuesta de forma laxa, lo que aumenta la fluidez.
A mayor insaturación, menor será la temperatura de transición de fase.
La longitud de la cadena de ácidos grasos.
Cuanto más corta es la longitud, mayor es la fluidez y menor es la temperatura de transición de fase.
Efectos reguladores duales del colesterol.
No sólo estabiliza la membrana plasmática, sino que también previene la disminución repentina de la fluidez.
Proporción de lecitina a esfingomielina
El alto contenido de esfingomielina reduce la fluidez
Efecto de las proteínas de membrana.
grasa de interfaz
zona rica en grasas
Motilidad de las proteínas de membrana
difusión lateral
movimiento rotacional
3. Modelo estructural multimolecular de membrana celular.
1) estructura de la hoja
Dos capas de moléculas de fosfolípidos, con las superficies interna y externa cubiertas por una capa de moléculas de proteínas globulares, formando una estructura de madera contrachapada triple proteína-fosfolípido-proteína.
2) Modelo de membrana unitaria
Se cree que las proteínas en ambos lados de la capa molecular de la bicapa lipídica no son esféricas sino que son proteínas de cadena peptídica única en forma de láminas B que se unen a los extremos polares de los fosfolípidos mediante interacciones electrostáticas.
3) modelo de mosaico de flujo
La bicapa lipídica de la membrana constituye el cuerpo principal coherente de la membrana, que tiene el orden de la disposición molecular cristalina y la fluidez de un líquido. Las proteínas de la membrana se asocian con la bicapa lipídica de diferentes maneras. Es una estructura dinámica, asimétrica y fluida.
modelo de teselación de celosía
La proteína del mosaico y las moléculas de lípidos circundantes forman una parte cristalina de la membrana que es fluida.
modelo de mosaico de placa
En la bicapa lipídica que fluye, existen placas lipídicas de diferentes tamaños y mayor rigidez que pueden moverse de forma independiente.
4) modelo de balsa lipídica
La bicapa membranosa contiene microdominios compuestos por lípidos y proteínas especializados, ricos en colesterol y esfingolípidos, y se denominan balsas lipídicas.
Las balsas de lípidos forman una plataforma eficaz con dos características: muchas proteínas se reúnen en balsas de lípidos para facilitar las interacciones; proporcionan un entorno propicio para la alosteria de proteínas y forman conformaciones efectivas.
Funciones implicadas en la señalización, la endocitosis mediada por receptores y el transporte metabólico del colesterol.
Sección 2 Transporte de pequeñas moléculas e iones a través de membranas.
1. La difusión simple de sustancias depende de la selectividad de la permeabilidad de la membrana.
Cuanto menor es el peso molecular, mayor es la solubilidad lipídica y más rápido pasa a través de la bicapa lipídica.
subtema
Una pequeña molécula polar sin carga que rápidamente
Una pequeña molécula polar sin carga que rápidamente
Es altamente impermeable a las cargas.
Moléculas pequeñas no polares, como el oxígeno y otros gases. rápido
Moléculas más grandes, como el glicerol. Glucosa lenta y apenas suficiente
Difusión simple, también llamada difusión pasiva.
2. Las proteínas transportadoras de membrana median el transporte de sustancias a través de las membranas.
proteína de transporte de membrana
proteína portadora
Puede mediar tanto en el transporte pasivo como en el activo.
proteína del canal
Transporte pasivo
A lo largo del gradiente de concentración
a lo largo del gradiente electroquímico
1) La difusión facilitada es un transporte pasivo mediado por proteínas transportadoras.
Muy específico, ejemplo: glucosa.
Las dos conformaciones de la proteína transportadora cambian alternativamente para completar el proceso de penetración de la proteína de membrana varias veces.
La velocidad de difusión facilitada es proporcional a la diferencia de concentración del soluto dentro de un cierto límite. Cuando la velocidad de difusión alcanza un cierto nivel, ya no se ve afectada por la concentración. La velocidad de difusión simple es siempre proporcional a la diferencia de concentración.
2) El transporte activo es el transporte de proteínas portadoras que consume energía en contra del gradiente de concentración.
Las bombas impulsadas por ATP son todas proteínas transmembrana.
Bomba de iones tipo P
Para transportar cationes, todos tienen dos subunidades grandes (subunidades a) y la mayoría tiene dos subunidades b pequeñas. Al menos una subunidad catalítica sufre reacciones de fosforilación y desfosforilación.
1) bomba NaK
El peso molecular de la subunidad A es 120 KD. Es una proteína integral que penetra la membrana varias veces y tiene actividad ATPasa. La subunidad B tiene un peso molecular de 50 KD y es una glicoproteína específica de tejido. No participa directamente en el transporte transmembrana de iones, pero puede ayudar a que la subunidad A recién sintetizada del retículo endoplásmico se pliegue. La subunidad A pierde actividad enzimática.
Los residuos de aspartato se unen covalentemente al fosforilato.
Se liberan 3 Na y se obtienen 2 K
Inhibidor de la bomba Na-K ouabainina
2) bomba de Ca
Hidrolizar un ATP y transportar 2 Ca en él contra la concentración.
Bomba de protones tipo V
Compartimento ácido de membrana de células eucariotas.
Transporte de iones H
Requiere la función de ATP pero no forma intermediarios de fosforilación.
Bomba de protones tipo F
Membrana plasmática bacteriana, membrana interna mitocondrial, membrana del cloroplasto.
Aprenda sobre el transporte de protones y la síntesis de ATP.
transportador ABC
proteína de transporte
Excreción de toxinas, xenobióticos y metabolitos en la orina, la bilis y la luz intestinal.
2 dominios transmembrana T y 2 dominios de unión a ATP citoplasmáticos
modelo flippasa
co-transporte
transporte total
Dos moléculas de soluto son transportadas a través de la membrana en la misma dirección.
Transporte opuesto
Proceso en el que la misma proteína de membrana transporta dos iones o moléculas diferentes a través de la membrana en direcciones opuestas.
Características: 1. Las sustancias de moléculas pequeñas se transportan a través de la membrana contra la concentración o el gradiente electroquímico. 2. Requiere consumo de energía. El ATP se puede hidrolizar directamente o se utiliza la energía del gradiente electroquímico del ión. proteína transportadora específica en la membrana.
3) Los canales iónicos transportan eficientemente varios iones.
proteína de canal, también llamada canal iónico
Características: 1. Transporte pasivo, el canal es bidireccional, el flujo neto de iones depende del gradiente electroquímico y no se combina con las moléculas de soluto durante el proceso. 2. Es altamente selectivo para el tamaño y la carga de los iones transportados. 3. Alta tasa de transporte. 4. La mayoría de los canales iónicos no están continuamente abiertos.
tipo
1. Canales controlados por ligandos
receptor de acetilcolina
2. Canal controlado por voltaje
Los cambios en el potencial de membrana son el factor directo que controla la apertura y el cierre de canales dependientes de voltaje.
1) Estructura del canal de iones K
Un solo canal está compuesto por cuatro subunidades a idénticas. S4 es un segmento sensible al voltaje. El segmento N de la subunidad A forma una región esférica en el citoplasma. S5S6 está conectado al segmento polipeptídico de H5. El fragmento H5 se adhiere al centro del canal, formando un bucle de residuos suficientemente grande.
2) Mecanismo de conmutación del canal K
Modelo de bolas y cadenas.
3) Selectividad del canal K
Poro cónico invertido, filtro selectivo
Los átomos de oxígeno electronegativos interactúan para reemplazar las moléculas de agua en la capa de hidratación, lo que permite compensar la energía. Utilizando la repulsión electrostática, el K puede pasar rápidamente a través del poro a lo largo del gradiente electroquímico.
3 canales con compuerta mecánica
La proteína del canal detecta fuerzas externas que actúan sobre la membrana externa de la célula y sufre cambios conformacionales.
Transporte de iones a través de membranas y potencial de membrana.
1) potencial de reposo
polarización
Determinantes del potencial de reposo
Uno es el potencial de difusión causado por el fenómeno de electroósmosis de los iones a lo largo del gradiente de concentración.
La otra es la diferencia de potencial de membrana causada por la bomba Na-K.
2) Mediación del potencial de acción
Dado que la disminución del potencial de membrana da como resultado una disminución de la polaridad en ambos lados de la membrana, este fenómeno se denomina despolarización.
excede el umbral
potencial de acción
hiperpolarización
4) Canal de Agua (AQP)
1. Clasificación de canales de agua
Sólo puede cruzar el agua 1, 2, 4, 5, 6, 8
Agua, glicerol y urea, etc. - canal de agua y glicerol 3, 7, 9, 10
11, 12 El tercer tipo de subfamilia AQP
2. Estructura de la acuaporina
Un tetrámero rodeado por cuatro subunidades cilíndricas dispuestas simétricamente. En el centro de cada subunidad hay un poro central que solo permite el paso de moléculas de agua. 6 hélices A largas, 2 hélices cortas, motivo NPA.
3. El mecanismo de detección de moléculas de agua por canales de agua.
1. El diámetro del canal de poro central de AQP 1 limita el paso de moléculas más grandes que las de agua.
2. Control de los sitios de unión de solutos en el poro central de AQP1. Se compensa la energía en el proceso de deshidratación.
Generalmente se cree que los canales de agua son proteínas que se encuentran en un estado continuamente abierto.
Sección 3 Transporte de macromoléculas y sustancias a través de membranas.
1. Endocitosis
1) La fagocitosis es el proceso de ingestión de partículas por parte de los fagocitos.
Las vesículas de membrana formadas por fagocitosis se llaman fagosomas o fagosomas.
2) La pinocitosis es el proceso por el cual las células fagocitan líquidos y sustancias solubles.
El proceso de absorción no específica de líquido extracelular por parte de las células. Cuando una determinada sustancia soluble alrededor de las células alcanza un cierto nivel, puede producirse pinocitosis.
pinocitosoma
La fase líquida se traga entre sí.
endocitosis intrínseca inespecífica
endocitosis de adsorción
Las moléculas grandes o las partículas pequeñas son primero adsorbidas de alguna manera en la superficie celular.
Después de ingresar a la célula, se fusiona con endosomas o lisosomas y se degrada.
3) La endocitosis mediada por receptores mejora la eficiencia de la absorción de sustancias específicas.
Captación específica de componentes con muy bajo contenido extracelular.
1. La formación de células tegumentarias y vesículas.
Los receptores se concentran en áreas específicas de la membrana plasmática, llamadas vesículas. Hay folículos que actúan como receptores selectivos. La superficie interna de la membrana plasmática en la depresión está cubierta con una capa puntiaguda de material denso en electrones, que incluye clatrina y proteínas adaptadoras.
Los solutos extracelulares (ligandos) se unen a receptores en las fosas recubiertas, y la clatrina se acumula en el lado citoplasmático de las fosas recubiertas, se invagina aún más, se separa de la membrana plasmática y forma vesículas recubiertas para ingresar a la célula. La superficie exterior está cubierta de vesículas y se compone de una estructura de cestería en forma de jaula ensamblada a partir de clatrina.
La clatrina consta de 3 cadenas pesadas y 3 cadenas ligeras. ——Complejo proteico Trileg.
La función principal es tirar de la membrana plasmática hacia adentro y sangrarla.
proteína adaptadora
Participa en la formación del sobre y sirve de enlace. Puede unirse específicamente a diferentes tipos de receptores.
La clatrina no tiene especificidad y su especificidad está regulada por proteínas adaptadoras.
2. No se forman vesículas ni se fusionan con endosomas.
Clathrin juega un papel en la formación de hoyos.
Participación de la pequeña molécula proteína de unión a GTP dinamina.
Se caen y no quedan vesículas.
Se une a los primeros endosomas.
El endosoma es un orgánulo rodeado de membrana formado en el citoplasma animal mediante endocitosis. Su función es transportar sustancias recién ingeridas mediante endocitosis para su degradación lisosomal.