MEMBRANA PLASMÁTICA Y TRANSPORTE - Teoría

Membrana Plasmatica
i
Las membranas celulares son cruciales para la vida célula. La membrana plasmática envuelve la célula, definiendo
sus límites y manteniendo las diferencias esenciales entre su contenido y el entorno. Dentro de la célula eucariota,
las membranas del retículo endoplasmático, del complejo de Golgi, de las mitocondrias y de otros orgánulos
delimitados por membrana mantienen las diferencias características entre el contenido de cada organulo y el citosol.
Los gradientes iónicos se establecen a través de las membranas, generados por la actividad de proteínas de
membranas especializadas, pueden utilizarse para sintetizar ATP, dirigir el movimiento transmembrana de
determinados solutos o, en células nerviosas y musculares, producir y transmitir señales eléctricas. En todas las
células la membrana plasmática contiene también proteínas que actúan como sensores de señales externas,
permitiendo que la célula cambie su comportamiento en respuesta a indicaciones ambientales; estas proteínas
sensoras, o receptores, no transfieren iones ni moléculas sino información a través de la membrana.
A pesar de que tienes diferentes funciones, todas las membranas biológicas comparten una estructura básica común:
una finísima capa de moléculas lipídicas y proteicas, que se mantienen unidas fundamentalmente por interacciones
no covalentes. Las membranas celulares son estructuras dinámicas, fluidas, y la mayoría de sus moléculas son
capaces de desplazarse en el plano de la membrana.
Las moléculas lipídicas están dispuestas en forma de una doble capa continua de aproximadamente 5nm de grosor.
Esta bicapa lipídica constituye la estructura básica de la membrana y actúa de barrera relativamente impermeable al
paso de la mayoría de moléculas hidrosolubles. Las moléculas proteicas que atraviesan la bicapa lipídica son las
responsables de la mayoría de las demás funciones de la membrana.
La membrana plasmática limita la extensión de la célula y permite establecer compartimentos con

composiciones químicas diferentes.
Los lípidos de las membranas son moléculas anfipáticas que forman bicapas espontáneamente.
Las moléculas lipídicas –es decir, las grasas– constituyen aproximadamente el 50% de la masa de la mayoría de las
membranas de las células animales, y casi todo el resto es proteína. Todas las moléculas lipídicas de las membranas
celulares son anfipáticas, es decir, tienen un extremo hidrofílico o polar y un extremo hidrofóbico o no polar.
Los lípidos de membrana más abundantes son los fosfolípidos. Tienen una cabeza polar y dos colas
hidrocarbonadas hidrofóbicas. Las colas suelen ser ácidos grasos y pueden tener diferente longitud (normalmente
contienen 14-24 átomos de carbono). En general, una de las colas presenta uno o más dobles enlaces cis (es decir,
es insaturada) mientras que la otra normalmente no tiene dobles enlaces (es decir, es saturada). Cada doble enlace
cis genera una suave curvatura en la cadena. Las diferencias de longitud y de grado de saturación entre las colas
hidrocarbonadas son importantes porque afectan a la capacidad de las moléculas de fosfolípidos de empaquetarse
unas con otras, determinando por tanto la fluidez de la membrana.
Debido a su forma cilíndrica y su naturaleza anfipática, en un entorno acuoso la mayoría de los fosfolípidos de
membrana forman espontáneamente bicapas lipídicas, de manera que sus colas hidrifóbicas se esconden en el
interior de la bicapa y sus cabezas hidrofílicas quedas expuestas al agua.
Polar/hidrofílico
No polar/hidrofóbico
Polar/hidrofílico
Apoyo para biología 221 6822889

Las membranas celulares son estructuras en forma de bicapas donde las proteínas se insertan en la misma.
Las moléculas lipídicas se agregan espontáneamente (autoensamblaje)de manera que sus colas hidrofóbicas se
esconden en el interior del agregado y sus cabezas hidrofílicas quedan expuestas al agua. Dependiendo de cuál sea
su forma, pueden conseguir esta disposición de una de estas dos maneras: pueden formar micelas esféricas, con las
colas hacia el interior, o pueden formar láminas bimoleculares, o bicapas, con las colas hidrofóbicas entre dos capas
de cabezas hidrofílicas.
Las mismas fuerzas que impulsan a los fosfolípidos a formar bicapas les confieren propiedades de autosellado.
Los ácidos grasos forman micelas
: Core hidrofóbico
Los fosfolípidos forman bicapas que

se autosellan formando liposomas
Cavidad acuosa
Esfera: estructura tridimensional con menor energía

libre. Si aislamos a la célula de interacciones con otras
células y con la matriz, tomará forma de esfera.

Cadenas de oligosacárido
de glucoproteína
Glucolípido
Exterior
Bicapa
lipídica
Cabezas polares
Max
de fosfolípidos
Esterol Interior
Proteína periférica Proteína integral

Proteína periférica unida covalentemente (hélices
Proteína integral (hélice
transmembrana única) a lípido transmembrana
múltiples)
Los fosfolípidos forman una bicapa, en la que las regiones apolares de las moléculas lipídicas de cada capa están
encaradas hacia el centro de la bicapa y sus grupos de cabezas polares están encarados hacia el exterior
interaccionando con la fase acuosa de cada lado.
Las proteínas integrales flotan en este mar de lípidos, sostenidas por interacciones hidrofóbicas con sus cadenas
laterales de aminoácidos apolares. Tanto las proteínas como los lípidos pueden desplazarse libremente en el plano
de la bicapa, pero el movimiento de una cara de la bicapa a la otra está restringido. La orientación de las proteínas
en la bicapa es asimétrica, confiriendo “lateralidad” a la membrana; los dominios proteicos expuestos a un lado de
la bicapa son diferentes a los expuestos al otro lado, lo que refleja una asimetría funcional.
Las porciones de glúcido unidas a algunas proteínas y lípidos de la membrana plasmática están expuestas en la
cara extracelular de la membrana.

En las membranas plasmática de muchas células
de mamiferos predominan cuatro grupos de
fosfolípidos: fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina,
fosfatodilserina y esfingomielina.
Solo la fosfatidilserina tiene una carga neta

negativa, el resto son neutros a ph 7.
En conjunto estos cuatro fosfolípidos constituyen
más de la mitad de la masa de lípidos de la
mayoría de las membranas. Otros fosfolípidos
tales como fosfatidilinositol, son funcionalmente
importantes pero se hallan en cantidades
relativamente pequeñas.
Las membranas plasmáticas de células eucariotas contienen cantidades especialmente elevadas de colesterol. Las
moléculas de colesterol refuerzan el carácter de barrera permeable de la bicapa lipídica. Se orientan en la bicapa con
sus grupos hidroxilo próximos a las cabezas polares de los fosfolípidos. En esta posición, sus anillos esteroides,
planos y rígidos, interactúan con –y en parte inmovilizan– las regiones de las cadenas hidrocarbonadas que están
más próximas a los grupos polares de la cabeza.
El colesterol disminuye la movilidad de los primeros grupos CH2 de las cadenas hidrocarbonadas de la moleculas de
fosfolípidos, haciendo que la bicapa lipídica sea más rígida en esa región y se reduzca su permeabilidad a pequeñas
moléculas solubles.
El colesterol tiende a hacer menos fluidas las
bicapas lipídicas, pero a las elevadas
concentraciones a las que se presenta en la
mayoría de las membranas plasmáticas de las
células eucariotas también impide que las
cadenas hidrocarbonadas se junten y cristalicen.
Así pues, el colesterol inhibe posibles transiciones de fase
Colesterol: aporta estabilidad mecánica a la membrana

Las moléculas lipídicas que presentan mayor asimetría en No tienen grupo fosfato
cuanto a su distribución en las membranas celulares sin y su grupo polar son
las que contienen azúcares, denominadas glucolípidos, azúcares
que se encuentran exclusivamente en la monocapa no
citosólica de la bicapa lipídica. Es decir que los azúcares
quedan expuestos a la superficie celular, donde tienen
funciones importantes en las interacciones de la célula con
su entorno.
Los glucolípidos se auto asocian, mediante la formación

de puentes de hidrógeno entre sus azúcares y de fuerzas
de Van der Waals entre sus largas y principalmente
saturadas cadenas hidrocarbonadas.
Los indicios acerca de cuales son las funciones de los glucolípidos proceden de su localización. Así, en la membrana
plasmática de las células epiteliales los glucolípidos están confinados en la superficie apical, donde podrían ayudar a
proteger a la membrana frente a las condiciones adversas que suele haber allí (como pH bajo y enzimas
degradativas). Los glucolípidos con carga, como los gangliosidos, pueden tener importancia debido a sus efectos
electricos: su presencia alteraría el campo eléctrico a través de la membrana y la concentración de iones en la
superficie de esta.
Parece que los glucolípidos participan en los procesos de reconocimiento celular, en los que las proteínas de
membrana de unión a carbohidratos (lectinas) se unen a los azúcares tanto de glucolípidos como de glucoproteínas
en el proceso de adhesión célula-célula.
Si bien todas las membranas de la célula se construyen sobre las mismas

bases moleculares, la constitución de cada una de ellas es particular.
La especialización funcional de cada tipo de membrana se refleja en su

composición lipídica característica. El colesterol es prominente en
membranas plasmáticas pero es apenas detectable en membranas
mitocondriales.
La cardiolipina es un componente mayoritario de la membrana mitocondrial
interna pero no de la membrana plasmática.
La fosfatidilserina, el fosfatidilinositol y el fosfatidilglicerol son componentes
relativamente minoritarios (amarillo) de la mayoría de las membranas, pero
desempeñan funciones críticas; el fosfatidilinositol y sus derivados, por
ejemplo, son imokeranres en la transducción de señales desencadenadas
por hormonas.
Los esfingolípidos, la fosfatidilcolina y la fosfatidiletanolamina están
presentes en la materia de las membranas, pero en proporciones variables. Composición lipídica de la membrana
plasmática y de las membranas de los
orgánulos de un hepatocito de rata

Los lípidos que constituyen las membranas no son idénticos de una monocapa
a la otra y son un elemento que contribuye a la asimetría de la misma.
ESPACIO EXTRACELULAR
• • ••• • •• • vio Eko vio • • • • • • • • roto • • •

' "' " " " ' " ""' " '""" ' " '"' " '"' " " " "
UN INN V WWW VV INV V N V
or or or or or or or or or or or or or or or or or or or or or or or or
CITOSOL
Distribución asimétrica de
fosfolípidos entre las monocapas
interna y externa de la membrana
plasmática de eritrocito.
ao
Glucolípido
g. Fosfatidilserina ya
La asimetría de la bicapa lipídica es importante para su función.
La asimetría de los lípidos es importante desde el punto de vista funcional.

Muchas proteínas citosólicas se unen a un grupo de cabeza de un lípido determinado en la monocapa citosólica de
la bicapa lipídica.
En otros casos, el grupo de cabeza lipídica ha de ser modificado de forma que en ciertos momentos y lugares de la
membrana aparecen lugares de unión a proteínas.
Los fosfolípidos de membrana plasmática también actúan de otra manera en la respuesta a señales extracelulares.
Los animales aprovechan la asimetría de los fosfolípidos de sus membranas para distinguir entre células vivas y
muertas.
Proteínas citosólica se unen

específicamente a determinados
grupos polares en la monocapa
citosólica: señalización celular.
Lo vamos a ver al final de la cursada, no le den bola

Los esfingolípidos, que contiene mayoritariamente ácidos grasos
saturados de cadena larga, forman agrupaciones transitorias en la
hoja externa que excluyen prácticamente a los glicerofosfolípidos,
los cuales contienen habitualmente un ácido graso insaturado y un
ácido graso saturado de cadena más corta. Los ácidos grasos
saturados de cadena larga de los esfingolípidos pueden formar
asociaciones más compactas y estables con el largo sistema anular
del colesterol que las cadenas más cortas y a menudo insaturadas
de los fosfolípidos.
Los microdominios de colesterol-esfingolípidos de la hoja externa

de la membrana plasmática, visibles por microscopía de fuerza
atómica, son ligeramente más gruesos y más ordenados (menos
fluidos) que los microdominios vecinos ricos en fosfolípidos; se
comportan como balsas de esfingolípidos de estructura líquida
ordenada a la deriva en un océano de fosfolípidos de estructura
líquida desordenada. En estos dominios se anclan ciertas proteínas
de membrana.
Estudios sobre el movimiento de las moléculas lipídicas en las membranas

demuestran que las moléculas de fosfolípidos de las bicapas artificiales raramente
migran de un lado a otro de la monocapa. Este proceso, denominado flip-flop se
produce menos de una ves al mes en cualquier molécula lipídica (hay que pasar la
cabeza polar a través del espesor de la membrana que es hidrofóbico). Por el
contrario, las moléculas lipídicas intercambian fácilmente su lugar con el de las
moléculas vecinas dentro de cada monocapa. Ello da lugar a una rápida difusión
lateral, una molécula lipídica promedio difunde la longitud de una célula bacteriana
(~2 μm) en alrededor de 1 segundo. Además, estos estudios indican que las
moléculas lipídicas giran con gran rapidez alrededor de sus ejes longitudinales y
que sus cadenas hidrocarbonadas son flexibles.
Difusión lateral sin catalizar Difusión transversal sin catalizar “flip-flop” Difusión transversal catalizada por una
flipasa
Los lípidos de membrana pueden

El pasaje de los lípidos de una monocapa Sin embargo, catalizado enzimáticamente
difundir lateralmente a una muy elevada
a la otra es un movimiento que debiera por enzimas específicas o flipasas, puede
velocidad de forma espontánea (no
ocurrir mucho más lentamente. ocurrir en forma rápida
necesita ser catalizado)

Los lípidos de la hoja exterior de la membrana plasmática se marcan mediante una reacción con una sonda
fluorescente impermeable a la me,brama (rojo), de manera que la superficie queda marcada uniforme, cuando se
observa al microscopio de fluorescencia. Se decolora una pequeña área por irradiación con un haz láser intenso, con
lo que esta área deja de ser fluorescente. Con el paso del tiempo, las moléculas de lípido marcadas difunden hacia la
región decolorada, con lo que vuelve a ser fluorescente. A partir de la recuperación de la fluorescencia en función del
tiempo puede determinarse el coeficiente de difusión del lípido marcado. Las velocidades son normalmente elevadas;
un lípido que se desplace a esta velocidad podría circunnavegar E. coli en 1 segundo (el método FRAP también se
puede utilizar para medir la difusión lateral de proteínas de membrana).

Medición de la velocidad de difusión lateral de una proteína de membrana mediante la técnica de
fotoblanqueamiento.
Una determinada proteína de interés puede ser marcada con un anticuerpo fluorescente (como se muestra) o puede
ser expresada como una proteína de fusión con la proteína verde (GFP), que es fluorescente intrínsecamente.
En la técnica FRAP, las moléculas Las moléculas fluorescentes son blanqueadas en un área pequeña mediante un
haz de láser. Se sigue la intensidad de fluorescencia a medida que las moléculas blanqueadas difunden fuera del
área blanqueada y las moléculas no blanqueadas difunden al interior del área irradiada (se muestra aquí en vista
superior y lateral). El coeficiente de difusión se calcula a partir de una gráfica de la tasa de recuperación; a mayor
coeficiente de difusión, más rápida será la recuperación.
En la técnica FLIP, un área de la membrana es irradiada continuamente y se mide la florescencia de otra área
diferente. La florescencia de la segunda área se reduce progresivamente a medida que las moléculas fluorescentes
difunden hacia fuera y las moléculas blanqueadas difunden hacia dentro; al final, todas las moléculas proteicas
fluorescentes se blanquearán siempre que sean móviles y que no se encuentren permanentemente ancladas al
citoesqueleto o a la matriz extracelular

Componente intrínseco Componente extrínseco
La fluidez de una bicapa lipídica depende tanto de su composición como de la temperatura.
Una bicapa sintética, producida a partir de un único tipo de fosfolípidos, pasa de un estado líquido (sol) a un estado
cristalino rígido (o gel) en un punto de congelación característico. Éste cambio de estado recibe el nombre de
transición de fase y la temperatura a la que se produce es más baja (es decir, la membrana resulta más difícil de
congelar) si las cadenas hidrocarbonadas son cortas o tienen dobles enlaces cis. Una menor longitud de la cadena
reduce la tendencia de las colas hidrocarbonadas a interaccionar entre sí y los dobles enlaces cis producen pliegues
en las cadenas hidrocarbonada que dificultan su empaquetamiento, de forma que las membranas permanecen
fluidas a temperaturas más bajas.
El contenido de esteroles (colesterol) de una membrana es otro determinante importante del estado lipídico. La
estructura plana rígida del núcleo esteroideo, insertado entre cadenas laterales hidrocarbonadas, reduce la libertad
de las cadenas hidrocarbonadas vecinas para moverse por rotación alrededor de los enlaces carbono-carbono,
forzando a las cadenas a adoptar su conformación totalmente extendida. La presencia de esteroles reduce, por
consiguiente, la fluidez en el centro de la bicapa, favoreciendo de este modo la fase líquida ordenada, al tiempo que
incrementa, el grosor de la hoja lipídica.
Bacterias, levaduras y otros organismos cuyas temperaturas fluctúan con la de su entorno controlan la composición
de los ácidos grasos de sus lípidos de membrana manteniendo una fluidez relativamente constante. En caso de que
la temperatura disminuya se sintetizan ácidos grasos con más dobles enlaces cis, de manera que evitan una pérdida
de fluidez de la bicapa por efecto de la disminución de la temperatura.
a) Estado paracristalino (gel)

Dos estados de los lípidos de la bicapa
a) En el estado paracristalino, o fase de gel, los grupos de cabeza polares
están ordenados uniformemente en la superficie y las cadenas hidrocarbonadas
están casi quietas y empaquetadas con una geometría regular.
b) en el estado líquido desordenado, o fluido, las cadenas hidrocarbonadas

Mmmmmm
El calor produce movimiento
térmico de las cadenas
b) Estado fluido laterales (transición gel-fluido) experimentan mucho movimiento térmico y no tienen una organización regular.
Entre estos dos extremos se halla el estado líquido ordenado, en el que las
moléculas de fosfolípidos individuales pueden difundir lateralmente pero las
cadenas hidrocarbonadas permanecen extendidas y ordenadas.

La composición de ácidos grasos de los
fosfolípidos de una membrana pueden variar
% ácidos grasos instaurados
Peces antárticos
|
a
en función de la temperatura ambiental.
\
/ -
Peces de aguas templadas \

- \
/
/
/
/
-
- \
\ I
-
e
Peces tropicales
Latitud
Fluidez
=
Aumento largo cadenas
Disminución % insaturaciones
Fluidez óptima
Disminución largo cadenas

Aumento % insaturaciones
Tº
Composición de ácidos grasos de las células de E. Coli cultivadas a diferentes temperaturas
Porcentaje total de ácidos grasos
10 ºC 20 ºC 30 ºC 40 ºC
Ácido mirístico (14:0) 4 4 4 8

Ácido palmítico (16:0) 18 25 29 48
Ácido palmitoleico (16:1) 26 24 23 9
Ácido oleico (18:1) 38 34 30 12
Relación insaturados/saturados 2,9 2,0 1,6 0,38

CÉLULA CULTIVADA A 22ºC CÉLULA CULTIVADA A 37ºC
Tienen membranas con IGUAL FLUIDEZ

↓
IGUAL VELOCIDAD DE TRANSPORTE de sustancia X
Para lograr tener esta fluidez óptima,

tienen DISTINTA COMPOSICIÓN
de sus fosfolípidos de membrana
↑Insaturaciones ↓Insaturaciones
↓longitud cadenas de las colas de los fosfolípidos ↑Longitud cadenas de las colas de los fosfolípidos
CÉLULA CULTIVADA A 22ºC QUE LA CAMBIO A UN CÉLULA CULTIVADA A 37ºC QUE LA CAMBIO A UN
AMBIENTE CON 37ºC AMBIENTE CON 22ºC
No le doy tiempo para que se adapte, por lo tanto No le doy tiempo para que se adapte, por lo tanto
tiene IGUAL COMPOSICIÓN de su membrana que tiene IGUAL COMPOSICIÓN de su membrana que
cuando estaba a 22ºC cuando estaba a 37ºC
↑FLUIDEZ ↓FLUIDEZ
↑VELOCIDAD de transporte de sust x ↓VELOCIDAD de transporte de sust x
CÉLULA QUE FUE CULTIVADA A 22ºC → LA CULTIVO 15 DÍAS A 37ºC
FLUIDEZ = FLUIDEZ
La fluidez de la membrana luego de cierto período de tiempo es la misma. Ambas membranas tiene
IGUAL FLUIDEZ. Luego de un tiempo en la nueva temperatura, la célula recupera la fluidez óptima a
expensas de MODIFICAR la COMPOSICIÓN de su membrana.
nº de insaturaciones > nº de insaturaciones
Longitud de la cadena < Longitud de la cadena
DISTINTA COMPOSICIÓN

Proteinas de membrana
•
pa
La estructura básica de las membranas biológicas está

determinada por la bicapa lipídica, pero la mayoría de sus
a
funciones están desempeñadas por proteínas. Así pues, son éstas

las que confieren a las membranas sus propiedades funcionales.
Por tanto, la cantidad y el tipo de proteínas de una membrana son r es
muy variables. Jana

.
•
&
En la vaina de mielina, cuya función principal es aislar los axones y /a
nerviosos, la proteína es menos de un 25% de la masa de la membrana.

Por el contrario, en las membranas implicadas en la producción de ATP (como las membranas internas de
mitocondrias) en torno a un 75% de su masa es proteína. Una membrana plasmática normal está situada entre
ambos extremos, siendo las proteínas un 50% de su masa.
Debido a que las moléculas lipídicas son pequeñas en comparación con las proteicas, en todos los casos hay más
moléculas lipídicas –una membrana que contenga un 50% de proteína en masa tiene unas 50 moléculas de lípidos
por cada molécula de proteína–. Como ocurre con los lípidos de membrana, es habitual que las proteínas lleven
adosadas cadenas de oligosacáridos que quedan expuestas hacia el exterior celular (ver más adelante).
El contenido de proteínas de una membrana es indicador de la funcionalidad de la misma
Componentes mayoritarios de las membranas plasmáticas de varios organismos:
Componentes (% en peso)
Proteína Fosfolípido Esterol Tipo de esterol Otros lípidos
Vaina de mielina humana 30 30 19 Colesterol Galactolípidos, plasmalógenos

Hígado de ratón 45 27 25 Colesterol —
Hoja de maíz 47 26 7 Sitosterol Galactolípidos
Levadura 52 7 4 Ergosterol Triacilgliceroles, ésteres esterólicos
Paramecium (Protista ciliado) 56 40 4 Estigmasterol —
E. Coli 75 25 0 — —
No tienen endomembranas, todo sucede en la membrana plasmática

Las proteínas de la membrana se pueden dividir en dos grupos:
Las proteínas integrales están firmemente unidas a la membrana y solo se

pueden liberar por la acción de agentes que interfieren en las interacciones
hidrofóbicas con la bicapa lipídica y forman agrupaciones parecidas a micelas
alrededor de las moléculas proteicas individuales, tales como detergentes,
disolventes orgánicos o desnaturalizantes. Las proteínas integrales unidas
covalentemente a un lípido de membrana, tal como el glucosil fosfatidilinositol,
pueden ser liberadas mediante el tratamiento con fosfolipasa C (enzima).
Las proteínas periféricas se asocian con la membrana a través de

interacciones electrostáticas y enlaces de hidrógeno con los dominios
hidrofílicos de las proteínas integrales y de los grupos de las cabezas
polares de los lípidos de membrana. Pueden liberarse con tratamientos
relativamente suaves que interfieren en las interacciones electrostáticas
o rompen los puentes de hidrógeno; un agente utilizado habitualmente
es el carbonato a pH elevado. Las proteínas periféricas pueden servir como reguladores de enzimas unidos a
membrana o pueden limitar la movilidad de las proteínas integrales formando ligaduras intramoleculares.
Muchas proteínas de membrana atraviesan la bicapa lipídica, de forma que parte de su masa se sitúa a cada lado de
la membrana, se denominan proteínas transmembrana, y son anfipaticas, es decir, tienen regiones hidrofóbicas e
hidrofílicas (unipaso, multipaso).
Proteínas periféricas
7 y 8) unidas mediante
interacciones no
6) a través de una unión covalentes con otras
con un oligosacárido, a proteínas de membrana.
un fosfatidilinositol
(siempre cara extrac)
1, 2, 3, 4, 5 y 6: proteínas integrales
1) Hélice alfa única 4) hélice alfa unida a la

monocapa citosólica
3) Barril beta
por interacciones
hidrofóbicas
Si existiera enlaces
covalentes entre las proteínas
2) múltiples hélices alfa 5) unida covalentemente sería en realidad integral
a un lípido de membrana
(siempre cara citosólica)

Las proteínas, del mismo modo que los lípidos, tiene una distribución asimétrica.
La unión firme de las proteínas integrales a las membranas es el resultado de

interacciones hidrofóbicas entre los lípidos de membrana y los dominios
hidrofóbicos de la proteína. En algunas proteínas existe una sola secuencia
hidrofóbica en el centro de la proteína, o en el extremo amino o carboxilo. Otras
tienen múltiples secuencias hidrofóbicas, cada una de las cuales, cuando adoptan
conformación de hélice alfa, tienen longitud suficiente para abarcar la bicapa
lipídica.
Tipo I: solo una hélice transmembrana con el dominio amino-terminal en el exterior

de la célula.
Tipo II: solo una hélice transmembrana con el dominio amino-terminal en el interior
de la célula.
Tipo III: múltiples hélices transmembrana en un único polipéptido.
Tipo IV: los dominios transmembrana de varios polipéptidos diferentes se unen
para formar un canal a través de la membrana.
Tipo V: están unidas a la bicapa principalmente por lípidos unidos covalentemente.
Tipo VI: tienen tanto hélices transmembrana como anclajes lipídicos.
Proteínas integrales
Una proteína transmembrana se orienta siempre en un único sentido

dentro de la membrana. Este hecho refleja tanto la asimetría del
sistema mediante el cual la proteína se ha sintetizado e insertado en
la bicapa lipídica en el RE como la diferencia entre las funciones que
desempeñan los dominios citoplasmático y no citoplasmático de la
proteína.
Recuerden que la alfa hélice no está hueca
Predominan los
aa hidrofóbicos
Los dominios citosólico y no citosólico de la proteína están separados por
segmentos de la cadena polipeptídica que atraviesan la membrana, se hallan en
contacto con el ambiente hidrofóbico de la bicapa lipídica y están formados, en
gran parte, por residuos de aminoácidos de cadena lateral no polar. Como las
uniones peptídicas son polares y de hecho el agua no está presente en este
ambiente, todas las uniones peptidicas de la porción de la cadena embebida en la
bicapa tienden a formar puentes de hidrógeno entre sí. El número de este tipo de
uniones se maximiza si la cadena polipeptidica forma una hélice alfa regular al
cruzar la bicapa. Efectivamente, parece que esta es la forma de la mayoría de los
segmentos transmembrana. En las proteínas transmembrana de paso único, la
cadena polipeptídica cruza una sola vez, mientras que en las proteínas
transmembrana de paso múltiple la cadena polipeptídica cruza múltiples veces
la bicapa.

En las regiones transmembrana de una proteína predomina los aminoácidos no polares, mientras en los
segmentos extra e intracelulares predominan los hidrofílicos
Básicamente se puede calcular algo llamado “índice hidropático”, que no nos interesa saber cómo se calcula
exactamente pero sí que va de la mano con el carácter hidrofóbico o hidrofílico de los aminoácidos de la cadena
polipeptidica. Cuando el índice es positivo significa que ese segmento de la cadena es hidrofóbico, y en base a esto
podremos inferir cómo se dispondrá la cadena polipeptidica en la bicapa, teniendo en cuenta que los segmentos
hidrofóbicos estarán en el espesor y los hidrofílicos estarán por fuera de la bicapa, en interacción con el agua
circundante.
Gráfico hidropático
Índice hidropático
Hidrofóbico
Hidrofílico
Número de residuo
(a) Glicoforina Unipaso
Índice hidropático
Número de residuo
Multipaso
(b) Bacteriorrodopsina

Otro motivo estructural también común en las proteínas de membrana es
el barril β, en el que los segmentos transmembrana se organizan en
forma de hojas β que recubren el interior de un cilindro.
Las proteínas de barril β son abundantes en la membrana mitocondrial
externa, en cloroplastos y en muchas bacterias.
Algunas forman canales acuosos que permiten el paso específico de
solutos a través de la bicapa lipídica. Ejemplo: las porinas.
El barril de las porinas está constituido por 16 cadenas en lámina β antiparalela y es suficientemente grande como
para organizarse como una estructura cilíndrica. Las cadenas polares laterales se alinean en el interior del canal
acuoso, las apolares se sitúan en el exterior, interactuando con el núcleo hidrofóbico de la bicapa lipídica. A menudo,
algunos bucles de la cadena polipeptídica se proyectan hacia el lumen del canal, estrechándolo de forma que sólo
algunos solutos pueden atravesarlo. Así pues, algunas porinas son muy selectivas: la maltoporina permite el paso
preferentemente de maltosa a través de la me,brama de E. Coli.
No todas las proteínas en barril β son de transporte. Algunas forman pequeños barriles que están llenos de cadenas
laterales de aminoácidos que se proyectan hacia el centro del barril. Actúan como receptores o enzimas;
Ejemplos 1 y 2 de la imagen: en este caso el barril a actúa sobre todo como un anclaje rígido que sujeta la proteína
en la membrana y orienta los bucles citosólicos que forman las regiones de unión espeficias para moléculas
intracelulares.
Aunque los barriles β pueden cumplir diferentes funciones, en su mayor parte están restringidos a las membranas
exteriores de bacterias, cloroplastos y mitocondrias. La gran mayoría de las proteínas transmembrana de paso
múltiple de las células eucariotas y de la membrana plasmática bacteriana presentan hélices α transmembrana.
Estas hélices α pueden deslizarse unas sobre otras, permitiendo cambios confirmacionales de la proteína que
pueden abrir y cerrar canales iónicos, transportar solutos o transducir señales extracelulares a señales
intracelulares. En cambio, en las proteínas en barril β las hebras β está unidas a las vecinas mediante enlaces de
hidrógeno, haciendo improbable los cambios conformacionales.

Algunas proteínas de membrana contienen uno o más lípidos unidos
covalentemente de varios tipos: ácidos grasos de cadena larga, isopreoides,
esteroles o derivados glucosilados del fosfatidilinositol, GPI. El lípido unido
proporciona un anclaje hidrofóbico que se inserta en la bicapa lipídica y
mantiene la proteína en la superficie de la membrana. La fuerza de
interacción hidrofóbica entre una bicapa y una cadena hidrocarbonada
simple unida a una proteína es suficiente para anclar la proteína de forma
segura, si bien muchas proteínas tienen más de una porción unida. Otras
interacciones tales como atracciones iónicas entre residuos de Lys de la
proteína cargados positivamente y los grupos de cabezas polares de los
lípidos cargados negativamente, contribuyen probablemente a estabilizar la
unión.

Muchas células tiene sistemas que les permiten confinar sus proteínas de membrana en dominios específicos de la
bicapa lipídica continua. Por ejemplo, en células epiteliales como las que revisten el intestino o los túbulos del riñón,
ciertas enzimas de la membrana plasmática y algunas proteínas de transporte únicamente se encuentran en la cara
apical de la célula, mientras que otras proteínas se hallan confinadas en las caras basal y lateral. A menudo esta
distribución asimétrica de las proteínas es esencial para la función del epitelial. La composición lipídica de estos dos
dominios de membrana también es diferente, lo cual demuestra que las células epiteliales pueden evitar la difusión
de las moléculas lipídicas y proteicas entre los dominios.
En este esquema de una célula epitelial la proteína A (en la

membrana apical) y la proteína B (en la membrana basal y
lateral) pueden difundir lateralmente en sus dominios
respectivos, pero no pueden entrar en el otro dominio, en
parte debido a una unión celular especial, denominada unión
estrecha. De la misma forma, las moléculas lipídicas de la
monocapa exterior (no citosólica) de la membrana plasmática
tampoco pueden difundir entre ambos dominios, pero los
lípidos de la monocapa interior (citosol) sí que pueden hacerlo
(no se muestra).
Algunas proteínas de membrana se asocian formando grandes

agregados (“parches”) en la superficie de la célula u orgánulo,
donde las proteínas no se mueven una con respecto a las otras;
por ejemplo, los receptores de acetilcolina.
Otras proteínas de membrana están ancladas a estructuras

internas (citoesqueleto) que evitan su libre difusión
Tres dominios de la membrana plasmática de un espermatozoide.
Diferentes anticuerpos monoclonales marcan selectivamente moléculas de la

superficie celular de la parte anterior de la cabeza (B), la parte posterior de la
cabeza (C) y la cola (D).
Participación de proteínas de membrana en el anclaje a matriz

extracelular y citoesqueleto

Lípido o Glc Gal GlcNAc Gal GalNAc Antígeno A
proteína
Fuc
GalNac transferasa
Lípido o Glc Gal GlcNAc Gal Antígeno 0

proteína
Fuc
Gal transferasa
Lípido o Glc Gal GlcNAc Gal Gal Antígeno B

proteína
Fuc
Generalmente, las proteínas de membrana no sobresalen al exterior de la célula, desnudas. Están decoradas con
carbohidratos, que recubren la superficie de todas las células eucariotas. Estos carbohidratos se encuentran en
forma de cadenas de olgosacáridos unidos covalentemente a las proteínas de membrana (glucoproteínas) y a lípidos
(glucolípidos). También se encuentran como cadenas de polisacaridos de moléculas de proteoglucanos integrales de
membrana. Los proteoglucanos, que consisten en largas cadenas de polisacaridos unidas covalentemente a un
núcleo proteico, se encuentran principalmente en el exterior celular como parte de la matriz extracelular. Sin
embargo, para algunos proteoglucanos, el núcleo proteico se extiende a través de la bicapa lipídica o está anclado a
la bicapa mediante un anclaje glucosilfosfatidilinositol (GPI)
El término cubierta celular o glucocalix se utiliza a menudo para describir la zona de la superficie celular rica en
carbohidratos.
Una de las funciones probables de la cubierta celular es proteger las células frente a agresiones químicas y
mecánicas, y mantener objetos extraños y otras células a distancia, evitando interacciones proteína-proteína
indeseables.
Pueden mediar procesos de adhesión célula-célula.
Además, la diversidad y la posición expuesta de los oligosacáridos en la superficie celular los hace especialmente
indicados para participar en procesos de reconocimiento celular.

Muchas proteínas de membrana difunden en el plano de la
membrana .
Como ocurre con los lípidos de membrana, las proteínas no

saltan (flip-flop) a través de la bicapa lipídica, sino que giran
alrededor de un eje más o menos perpendicular al plano de la
bicapa (difusión rotacional). Además, muchas proteínas de
membrana pueden desplazarse lateralmente por ella (difusión
lateral).
La primera prueba de que algunas proteínas de la membrana

plasmática son móviles en el plano de la membrana se obtuvo
en un experimento donde se fusionaron células de ratón con
células humanas, produciendo células híbridas
(heterocariontes). Para distinguir algunas de las proteínas de
membrana plasmática de ratón de otras humanas se usaron dos
anticuerpos con distinto marcaje. Aunque al principio las
proteínas de ratón y las humanas estaba confinadas a su propia
mitad del heterocarionte recién formado, las dos clases de
proteínas difundieron y se mezclaron, ocupando, hacia la media
hora toda la superficie del heterocarionte.

Transporte a traves de Membranas No
Debido a su interior hidrofóbico, la bicapa lipídica de una célula

constituye una barrera altamente impermeable a la mayoría de las
moléculas polares.
Esta función de barrera le permite a la célula mantener en el citosol
ciertos solutos a concentraciones diferentes a las que están en el
fluido extracelular y en cada uno de los compartimientos
intracelulares delimitados por una membrana.
Sin embargo, para poder utilizar esta barrera las células han tenido
que desarrollar sistemas para transportar moléculas hidrosolubles a
través de sus membranas de forma específica y así poder incorporar
los nutrientes esenciales, excretar los productos residuales del
metabolismo y regular las concentraciones intracelulares de iones.
El transporte de iones inorgánicos y de pequeñas moléculas

orgánicas hidrosolubles a través de la bicapa se consigue mediante
proteínas transmembrana especializadas, cada una de las cuales es
responsable de la transferencia de una molécula o un ion especificos
o de un grupo de moléculas o iones afines.
Célula: sistema abierto que intercambia materia y energía

con el entorno a través de la membrana plasmática
Las bicapas lipídicas libres de proteínas son altamente impermeables a los iones
En genera, cuanto menor es la molécula y más liposoluble (hidrofóbica o no polar) más rápidamente difunde a
través de una bicapa. Las moléculas pequeñas no polares, como el O2 y el CO2, se disuelven fácilmente en las
bicapas lipídicas y difunden libremente a través de ellas. Las moléculas pequeñas polares pero no cargadas, como
el agua o la urea, también difunden.
Por el contrario, las bicapas lipídicas son muy impermeables a todas las moléculas cargadas (iones): su carga y
elevado grado de hidratación les impiden penetrar en la fase hidrocarbonada de la bicapa.
La distribución de iones a ambos lados de la membrana plasmática es diferente

€
Las proteínas de transporte a través de membranas se presentan en muchas formas y en todos los tipos de
membranas biológicas. Cada proteína está destinada al transporte de una clase particular de moléculas (tales como
iones, azúcares o aminoácidos) y con frecuencia únicamente a una cierta especie molecular de esta clase. Todas
son proteínas transmembrana multipaso. Estas proteínas forman una vía continua de proteína a través de la
membrana, permitiendo así el transporte de solutos hidrofílicos específicos a través de la membrana sin que lleguen
a entrar en contacto directo con el interior hidrofóbico de la bicapa lipídica.
Existen dos clases mayoritarias de proteínas de transporte de membrana: los transportadores y los canales.
Los transportadores (llamados también proteínas transportadoras o permeasas) se unen al soluto que va a ser
transportado específicamente y sufren una serie de cambios conformacionales que permiten su transferencia.
Los canales no se unen al soluto sino que forman poros hidrofílico que atraviesan la bicapa lipídica; cuando estos
poros están abiertos, permiten que determinados solutos (habitualmente, iones inorgánicos de tamaño y carga
apropiados) puedan pasar a través de ellos. El transporte a través de los canales se produce a una velocidad
mucho mayor que a través de los transportadores.
Un ejemplo de canales son las uniones comunicantes o de tipo gap, entre células adyacentes. Otro ejemplo son
las porinas, proteínas formadoras de canales de las membranas de bacterias, mitocondrias y cloroplastos. Tanto
las uniones comunicantes como las porinas forman unos poros relativamente grandes y permisivos, que resultarían
desastrosos si conectarán directamente el interior de una célula con el espacio extracelular. De hecho, muchas
toxinas bacterianas hacen exactamente eso mismo para matar otras células.
Por el contrario, la mayoría de los canales de la membrana plasmática de las células animales y vegetales que
conectan el citosol con el exterior de la célula han de constituir necesariamente poros estrechos y muy selectivos
que se puedan abrir y cerrar. Éstas proteínas están relacionadas específicamente con el transporte de iones
inorgánicos, por lo que se denominan canales iónicos.
En las proteínas transportadoras nunca se forman poros acuosos

El transporte que medían los canales ionicos es siempre pasivo, la función de los canales iónicos es la de permitir
que algunos iones inorgánicos determinados, fundamentalmente Na+, K+ Ca+2 o Cl-, puedan difundir rápidamente a
favor de sus gradientes electroquímicos a través de la bicapa lipídica.
Los canales iónicos son selectivos para el ion transportado y fluctúan entre estados abiertos y cerrados.
Dos propiedades importantes diferencian los canales iónicos de los simples poros acuosos.
Primero, presentan selectividad iónica, permitiendo que algunos iones inorgánicos puedan pasar, pero otros no.
Esto sugiere que sus poros deben ser lo bastante estrechos como para forzar a los iones a entrar en contacto íntimo
con las paredes del canal de modo que sólo los iones del tamaño y carga apropiados pueden pasar. Los iones que
han de ser transportados tienen que deshacerse de la mayoría o de todas las moléculas de agua asociadas para
pasar a través de la parte más estrecha del canal, lo que se conoce como filtro de selectividad.
En general hay canales catiónicos (+) y canales anionicos (-)
Las cargas negativas

atraen el catión
La segunda diferencia importante entre canales iónicos y poros acosos es que los canales iónicos no están abiertos
continuamente. En lugar de eso, tienen puertas, que les permiten abrirse brevemente y volver a cerrarse de nuevo.
En muchos casos, la puerta se abre en respuesta a un estímulo específico.

Los tipos principales de estímulos que se sabe que causan esta abertura de canales iónicos son cambios en el
voltaje a través de la membrana (canales relulados por voltaje), un estrés mecánico (canales regulados
mecánicamente) o la unión de un ligando (canales regulados por ligando). El ligando puede ser tanto un
mediador extracelular, específicamente un neurotransmisor (canales regulados por transmisor); o un mediador
intracelular, como un ion (canales regulados por iones) o un nucleótido (canales regulados por nucleótidos).
En respuesta a una estimulación prologada (química o eléctrica), la mayoría de los canales pasan a un estado
cerrado, “desensibilizado” o “inactivado”, en el que son reacios a volver a abrirse hasta que el estímulo haya sido
eliminado.
Repolarización
Despolarización
El estímulo persiste pero el

canal no se abre, se encuentra
en un estado refractario

Gradiente de
Gradiente eléctrico concentración
La molécula se transporta a favor de su gradiente de concentración.

Si la molécula tiene carga se mueve a favor de su gradiente electroquímico.
No requiere energía, ocurre espontáneamente (libera energía)
DIFUSIÓN SIMPLE: las moléculas atraviesan libremente la membrana, pasan a través de los fosfolípidos
compuestos hidrofóbicos (O2, N2), moléculas pequeñas polares sin carga (agua, urea)
DIFUSIÓN FACILITADA: las moléculas pasan a través de una proteína que “facilita” el transporte.
Proteínas Canal: no interactúa químicamente con la molécula que transportan
Proteínas transportadoras: se unen químicamente a la molécula que transportan
La curva de velocidad se comporta como la curva

de una enzima (tiene vmax) (cinética de saturación)
La molécula se transporta en contra de su gradiente electroquímico.

Requiere energía (de la hidrólisis del ATP o de la disipación de un gradiente)
Utiliza proteínas transportadoras.
TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO: la energía proviene de la hidrólisis del ATP.
TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO: está impulsado por la disipación de un gradiente: una sustancia que
pasa a favor de su gradiente impulsa el paso de otra sustancia en contra de su gradiente. Para funcionar
depende de un transporte primario (que crea el gradiente).
Si ambos transportes (el pasivo y el activo) se mueven:

En la misma dirección: Simporte
: En direcciones opuestas: Antiporte
Uniporte Simporte Antiporte
Cotransporte

Mientras que la velocidad de la difusión simple es siempre
proporcional a la concentración de soluto, la velocidad de la
difusión mediada por transportadores alcanza un máximo
(vmáx) cuando la proteína transportadora está saturada.
La concentración de soluto en el momento en que la

velocidad de transporte es la mitad de su valor máximo
medido se aproxima a la constancia de unión (Km) del
transportador para el soluto y es análoga a la Km de una
enzima por sus sustrato.
V0
Vmax
500
F
GLUT1 (eritrocitos)
Transportadores de glucosa
250 1/2 Vmax

GLUT2 (células hepáticas)
Difusión pasiva
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Concentración externa de glucosa (mM)
Km
INHIBIDORES: como con las enzimas, la unión del soluto puede ser bloqueada por inhibidores competitvos (que
compiten por el mismo lugar de unión y pueden ser transportados o no por el transportador) o no competitivos (que
se unen a algún otro lugar y que alteran específicamente la estructura del transportador)
Inhibidor competitivo Inhibidor no competitivo
Aumenta Km Disminuye Vmax

Velocidad de transporte
Velocidad de transporte
Vmax Vmax
Vmax
Km Km Km
Concentración de X Concentración de X

El proceso por el cual una proteína transportadora transfiere una molécula de soluto a través de la bicapa lipídica se
parece a una reacción enzima-sustrato y en muchos aspectos los transportadores se comportan como enzima. Sin
embargo, al contrario de lo que ocurre con las reacciones enzima-sustrato habituales, el soluto transportado no es
modificado covalentemente por la proteína transportadora sino que es transferido, inalterado, del otro lado de la
membrana.
Cada tipo de proteína transportadora tiene uno o más lugares de unión específicos para su soluto (sustrato). El
transportador transfiere el soluto a través de la bicapa lipídica mediante una serie de cambios conformacionales
reversibles que exponen de manera alterna el centro de unión al soluto, primero hacia un lado de la membrana, y
luego hacia el otro lado de la membrana.
TRANSPORTE PASIVO - DIFUSIÓN FACILITADA POR UNA PROTEÍNA TRANSPORTADORA
Modelo de cómo un cambio conformacional en una proteína transportadora puede mediar el TRANSPORTE
PASIVO de un soluto:
La proteína transportadora debe ejemplo puede existir en dos conformaciones: en el estado A, los centros de unión
al soluto están expuestos hacia el exterior de la bicapa lipídica; en el estado B, estos mismos centros están
expuestos hacia el otro lado de la membrana. La transición entre ambos estados puede ocurrir aleatoriamente. Es
completamente reversible y no depende de si el centro de unión al soluto está ocupado o no. Así pues, si la
concentración del soluto es mayor en el exterior de la bicapa, se unirán más moléculas de soluto a la proteína
transportadora en la condición A que en la B y habrá un transporte neto del soluto a favor de su gradiente de
concentración (o, si el soluto es un ion, a favor de su gradiente electroquímico).
TRANSPORTE ACTIVO: Si incorporamos una fuente de energía, el transportador podrá mover solutos en contra
de su gradiente electroquímico.
Las células pueden realizar este transporte activo de tres maneras principales:
1) Los transportadores acoplados acoplan el transporte en contra de su gradiente de un soluto al transporte a
favor de gradiente de otro (acoplado a la disipación del gradiente de la sustancia qué pasa a favor)
2) Las bombas impulsadas por ATP acoplan el transporte en contra de gradiente a la hidrólisis de ATP.
3) Las bombas impulsadas por la luz, descritas principalmente en bacterias, acoplan el transporte en contra de su
gradiente a la entrada de energía luminosa como en el caso de la bacteriorrodopsina.

Transporte activo primario Transporte activo secundario
La energía liberada por la hidrólisis del ATP El transporte de un soluto en contra de su gradiente está
impulsa el movimiento del soluto en contra de su acoplado al transporte de otro soluto a favor de su gradiente
gradiente electroquímico. (que ha sido bombeado originariamente en contra de su
gradiente mediante un transporte activo primario)
SISTEMAS DE TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO
En células procariotas, generalmente, se disipa el gradiente de protones (H+) para acoplar el transporte activo
secundario de algunas sustancias.
En vertebrados se disipa el gradiente de Na+.
El transportador de lactosa de E. coli constituye el prototipo bien

conocido de cotransportador impulsado por protones. El
transporte primario de H+ fuera de la célula, impulsado por la
oxidación de una multitud de combustibles, establece un
gradiente electroquímico (- en el interior) a través de la
membrana. El transporte activo secundario de lactosa al interior
de la célula precisa un cotransporte paralelo de H+ y lactosa por
el transportador de lactosa. La captación de lactosa en contra
de su gradiente de concentración depende enteramente de este
flujo de H+ hacia el interior impulsado por el gradiente
electroquímico.

Al igual que en el modelo que vimos en el transportador pasivo, el transportador oscila entre dos estados alternos, A
y B. En el estado A, la proteína está abierta hacia el espacio extracelular; en el estado B, esta abierta hacia el
citosol. Las uniones de Na+ y de glucosa son cooperativas: es decir, la unión de cualquiera de los dos ligandos
induce un cambio conformacional que incrementa notablemente la afinidad de la proteína por el otro ligando. Como
la concentración de Na+ es mucho mayor en el espacio extracelular que en el citosol, la glucosa tiene más
probabilidades de unirse a la proteína en el estado A. De esta manera, tanto el Na+ como la glucosa entrarán en la
célula (mediante una transición A—B) mucho más frecuentemente de lo que saldrán de ella (mediante una transición
B—A). El resultado global es el transporte neto tanto de Na+ como de glucosa al interior de la célula. Hay que hacer
notar que, dado que la unión es cooperativa, la ausencia de uno de los ligandos impide que el otro se pueda unir al
transportador. Así, el transportador puede sufrir el cambio conformacional entre los dos estados solo si tiene unidos
ambos solutos o ninguno.
En las células epiteliales, como las que participan en la absorción de los nutrientes del intestino, las proteínas
transportadoras se hallan distribuidas de manera asimétrica en la membrana plasmática, gracias a lo cual
contribuyen al transporte transcelular de los solutos absorbidos.
La glucosa es bombeada al interior de

la célula a través del dominio apical de
la membrana gracias a un
simportador de glucosa impulsado
por Na+ (transporte activo
secundario). La glucosa sale de la
célula (a favor de su gradiente de
concentración - difusión facilitada)
mediante un transportador de glucosa
diferente presente en los dominios
basal y lateral de la membrana.
El gradiente de Na+ que permite

impulsar el simportador de glucosa se
mantiene gracias a la bomba Na+/K+
(Na+/K+ ATPasa) que se encuentra en
los dominios basal y lateral. Esta
bomba ingresa 2 K+ a la célula y saca
3 Na+, utilizando la hidrólisis de ATP
como fuente de energía (transporte
activo primario).

LOS TRANSPORTADORES PUEDEN CONSTRUIRSE COMO REPETICIONES INVERTIDAS
Todas median transporte activo primario impulsado por la hidrolisis de ATP.
El cambio conformacional V: vacuolar F: ubicadas en la membrana Pueden unir ATP.

está mediado por la mitocondrial interna (MMI, en
fosforilación del eucariotas), asociadas al
transportador proceso de respiración celular

3 a
t
i.
.
.
centro de unión del
Igg
.
1 K+ y la ouabaína
Jajaa
gradiente
a-
gradiente
electroquímico electroquímico
de Na+ de K+
caca Ganare
%aa.BR
y .
ya
ay centro de unión CITOSOL
•
del Na+
Tyra » s .
7 .
En casi todos los tipos de células animales, la concentración de Na+ es menor en la célula que en el medio
extracelular, mientras que la concentración de K+ es mayor dentro. Esta descompensación se mantiene gracias a un
sistema de transporte activo primero en la membrana plasmática: la Na+/K+ ATPasa, que acopla la hidrólisis del ATP
y el movimiento simultáneo de Na+ y K+ en contra de sus gradientes electroquímicos. Por cada molécula de ATP el
transportador mueve 2 K+ hacia el interior y 3 Na+ hacia el exterior.
Por cada 2 cargas + que ingresan, 3 cargas + salen, en consecuencia, queda una carga neta – en el interior
(electrogénica, contribuye al potencial de membrana).
– Este gradiente de Na+ producido por la bomba impulsa el transporte de la mayoría de los nutrientes al interior de
las células animales.
– Desempeña un papel crucial en la regulación del pH citosólico.
– Regula el volumen celular mediante sus efectos osmóticos; de hecho, evita que las células animales revienten.
– Contribuye a mantener el potencial de membrana (la diferencia de cargas entre el interior y exterior celular)
Casi una tercera parte de toda la energía que consume una célula animal típica se utiliza para impulsar esta bomba.
Modelo de funcionamiento de la bomba Na+/K+

" (1) La unión del Na+ y (2) la posterior fosforilación de la cara
Es
!abEA§
rareza citoplasmática de la bomba por ATP inducen un cambio de
. conformación en la proteína que (3) transfiere el Na+ a través
9hka ai .io
.
Espacio •
and
smmhamaayfm.su
2
extracelular
sí
Ei
de la membrana y lo libera en el exterior. (4) En esta
Em-
: 1 -
: 1 .
situación, la unión de K+ a la cara extracelular y (5) la
Stravaganza
Citosol .
1
" '
3
"
posterior de fosforilación devuelven la proteína a su
3 a conformación original; (6) transfiere el K+ A través de la
ai
membrana y lo libera en el citosol. Estos cambios
%aa a a.ES?!F& Lark Han

marca
conformacionales son análogos a las transiciones A—B que
Es] ios] Dunn
.
6
.
vimos previamente, excepto que aquí la fosforilación
4
dependiente de Na+ y la desfosforilación dependiente de K+
Thad
La
°
and
a.
hacen que las transiciones conformacionales se den de una
Moray
→ °
.
.
5
forma ordenada, lo cual permite que la proteína realice un
trabajo útil.
El derivado esteroide ouabaína es un inhibidor potente y específico de la Na+/K+ ATPasa.
La ouabaína se une preferentemente a la forma de la enzima que está abierta por el lado
extracelular; bloqueando dos iones Na+ impidiendo los otros cambios de conformación
necesarios para el transporte.

Las bombas de Ca+2 son especialmente importantes. Las células eucariotas mantienen unas concentraciones de
Ca+2 libre en su citosol muy bajas (~10^-7 M), frente a unas concentraciones de Ca+2 extracelular muy superiores
(~10^-3 M).
La entrada de Ca+2 a favor de su elevado gradiente de concentración, en respuesta a señales extracelulares, es
uno de los mecanismos de transmisión de estas señales de manera rápida a través de la membrana plasmática.
Por lo tanto, el mantenimiento de este gradiente de Ca+2 tan acusado es de gran importancia para la célula.
El gradiente de Ca+2 se mantiene mediante unos transportadores de

Ca+2 de la membrana plasmática que bombean activamente el Ca+2
fuera de la célula. Uno de estos transportadores es una ATPasa de
Ca+2 tipo P, el otro es un antiportador (llamado intercambiador de
Na+/Ca+2) impulsado por el gradiente electroquímico de Na+.
Transporte activo secundario Transporte activo primario

Las ATPasas De transporte de la membrana plasmática
bacteriana pertenecen a la mayor y más diversa familia
conocida de proteínas de transporte. Es la llamada
superfamilia de transportadores ABC ya que sus
miembros contienen dos motivos de unión al ATP (de ATP-
binding cassettes – cassettes = región) altamente
conservados. La unión del ATP conlleva la dimerización de
los dos dominios de unión al ATP y la hidrólisis del ATP
provoca su disociación. Éstos cambios estructurales en los
dominios citosólicos son transmitidos a los segmentos
transmembrana, generando ciclos de cambios
conformacionales que alternativamente exponen los centros
de unión a los sustratos a uno u otro lado de la membrana.
Así, los transportadores ABC usan la unión e hidrólisis del
ATP para transportar moléculas a través de la bicapa.
La importancia clínica de estos transportadores reside en que muchos de ellos son capaces de bombear
fármacos al exterior del citosol.
Uno de estos transportadores es la proteína de resistencia a multidroga (MDR), cuya sobreexpresión en las
células cancerosas humanas las puede volver resistentes simultáneamente a una gran variedad de fármacos
citotóxicos de naturaleza químicas muy diversas que se utilizan ampliamente en la quimioterapia del cáncer.
Otro ejemplo es lo que sucede con el protozoo Plasmodium falciparum, que causa la Malaria. El control de la
malaria se ve obstaculizado por el desarrollo de resistencia al fármaco antimalárico cloroquina; se ha demostrado
que los P. falciparum resistentes han amplificado un gen que codifica un transportador ABC que bombea la
cloroquina hacia el exterior.
V porque están en
compartimientos vacuolares
ÉN µ yo :
'
ATPasa de H+ mueve protones en contra de su gradiente

utilizando la energía de la hidrólisis de ATP
oleeeee Lee
Regulan el pH
Lisosomas
pH 5 (pH óptimo de las enzimas lisosomales)
Este pH se origina gracias a una ATPasa que

bombea protones hacia el interior del lisosoma
aaaa
(en contra de su gradiente) utilizando la energía
de la hidrólisis del ATP (transporte activo primario)

Las ATPasas tipo F catalizan el paso transmembrana a
contracorriente de protones impulsado por la hidrólisis de ATP (el
“ tipo F” del nombre proviene de la identificación de estas ATP
asas como factores de acoplamiento de energía). El complejo de
proteína integrals de membrana Fo proporciona un poro
transmembrana para protones y la proteína periférica F1 es una
máquinaria molecular que utiliza la energía del ATP para impulsar
protones en contra de su gradiente.
La reacción catalizada por las ATP asas tipo F es reversible, por lo que un
gradiente de protones puede suministrar la energía para impulsar la reacción
inversa, la síntesis de ATP. Cuando funcionan en esta dirección, las ATPasas
tipo F se llaman más apropiadamente ATP sintasas.
Bomba de ATP sintasa
protones
Las ATPasas son de importancia crucial en la producción de ATP las mitocondrias durante la fosforilación oxidativa.
El gradiente de protones necesario para impulsar la síntesis de ATP en la fosforilación oxidativa se establece por
otros tipos de bombas de protones cuyo poder proviene de la oxidación de sustratos.
ATPasas de transporte tipo F ligadas a sistemas o cadenas de óxido-reducción:

Cuando existe una diferencia de cargas eléctricas a ambos lados de una membrana, se establece un potencial de
membrana, debido a un ligero exceso de iones positivos sobre los negativos en un lado y un ligero déficit en el otro.
Las membranas plasmáticas de todas las células excitables eléctricamente (no sólo las neuronas sino también las
fibras musculares, las células endocrinas y los oocitos) contienen canales iónicos regulados por voltaje, que son
responsables de generar los potenciales de acción.
En las neuronas y otra células con propiedades eléctricas, la señalización ocurre por cambios en las corrientes
iónicas (las células se despolarizan), gracias a la apertura (o cierre) de canales iónicos.
Un potencial de acción se dispara por la despolarización de

la membrana plasmática (es decir, por una potencial de
membrana a un valor menos negativo).
En las células nerviosas y en las de la musculatura

esquelética, un estímulo capaz de provocar la suficiente
despolarización hace que se abran unos canales de Na+
regulados por voltaje, permitiendo que entre en la célula
una pequeña cantidad de Na+ a favor de su gradiente
electroquímico. La entrada de cargas positivas despolariza
las regiones vecinas de la membrana, lo que provoca la
apertura de más canales de Na+ y la entrada de más Na+,
lo que, a su vez, lleva a una mayor despolarización (como
vemos el proceso se autoamplifica). De esta forma, el
potencial de acción se extiende a modo de una onda.
Los canales de Na+ tienen un mecanismo de

inactivación automático, que hace que se
vuelvan a cerrar rápidamente incluso aunque
la membrana todavía esté despolarizada. Los
canales de Na+ permanecen en este estado
inactivado, incapaces de volverse a abrir hasta
unos cuantos milisegundos después de que el
potencial de membrana haya vuelto a su calor
negativo inicial. Así pues, el canal de Na+
puede encontrarse en tres estados diferentes:
cerrado, abierto o inactivo.
Hay que hacer notar que un potencial de

acción solo puede viajar alejándose del punto
de despolarización, ya que la inactivacion de
los canales de Na+ evita que la
despolarización se extienda hacia atrás.

Las señales neutonales se transmiten de célula a célula en unos lugares de
contacto especializados, conocidos como sinapsis. El mecanismo normal
de transmisión es indirecto. Las células están eléctricamente aisladas unas
de otras, ya que la célula presináptica se encuentra separada de la célula
postsináptica mediante una estrecha hendidura sináptica.
Un cambio en el potencial eléctrico de la célula presináptica desencadena la

liberación del unas pequeñas moléculas señal, conocidas como
neurotransmisores, que se hallan almacenadas unas vesículas sinápticas
próximas a la membrana y que pueden ser liberadas por exocitosis.
El neurotransmisor difunde rápidamente a través de la hendidura sináptica y

provoca un cambio eléctrico en la célula postsináptica mediante su unión a
canales iónicos regulados por transmisor (ligando). Una vez secretado,
el neurotransmisor es rápidamente eliminado, o bien es degradado por
enzimas específicas situadas en la hendidura sináptica, o bien es captado
por la terminal nerviosa que lo ha liberado o por células gliales vecinas.
Si nos queramos poner un poco más detallistas, lo que sucede es que el potencial
de acción, al llegar a la terminal nerviosa, provoca la apertura de canales de calcio
regulados por voltaje, el calcio ingresa a la célula y desencadena la fusión de las
vesículas sinápticas con la membrana plasmática de la célula presináptica.

El ejemplo mejor estudiado de un canal iónico regulado por transmisores (ligando) es el receptor de acetilcolina
de las fibras musculares esqueléticas.
Este canal se abre transitoriamente por unión de dos moleculas acetilcolina liberadas por la terminal nerviosa de la
unión neuromuscular (la sinapsis química especializada entre una neurona motora y una fibra muscular
esquelética). Hasta que la acetilcolina sea hidrolizada, el canal tiene una alta probabilidad de permanecer abierto. Si
la presencia de acetilcolina se mantiene, el canal se inactiva (se desensibiliza). Normalmente la acetilcolina se
hidroliza rápidamente y el canal se cierra en aproximadamente 1 milisegundo. La desensibilización tiene lugar
después de unos 20 milisegundos de presencia continua de la Ach.
Estructura del canal iónico del receptor de acetilcolina
Cada una de las cinco subunidades tiene cuatro hélices transmembrana, de M1 a M4. Las hélices M2 son
anfipáticas; las otras tienen principalmentre residuos hidrofóbicos. Las cinco subunidades están dispuestas alrededor
de un canal transmembrana central, que está recubierto por los lados polares de las hélices M2. En la parte superior
y en la inferior del canal hay anillos de residuos de aminoácidos cargados negativamente (es un canal catiónico,
quiere atraer cargas +).

Seguimiento del proceso por el cual el impulso nervioso estimula la contracción de una fibra muscular.
1) Este proceso se inicia cuando un impulso nervioso alcanza la terminal nerviosa y despolariza la membrana
plasmática de la terminal. La despolarización abre transitoriamente los canales de Ca+2 regulados por voltaje de
esta membrana. Dado que la concentración de calcio fuera de la célula es 1000 veces superior a la concentración
de calcio libre en el interior, el calcio entra en la terminal nerviosa. El aumento en la concentración de calcio del
citosol de la terminal nerviosa dispara la liberación localizada de acetilcolina a la hendidura sináptica.
2) La acetilcolina liberada se une a los receptores de acetilcolina de la membrana plasmática de la fibra muscular,
abriendo transitoriamente los canales iónicos asociados a ellos. Como resultado de ello, la entrada de Na+ causa
una despolarización local de la membrana.
3) La despolarización local de la membrana plasmática de la fibra muscular abre los canales de Na+ regulados por
voltaje de la membrana, permitiendo la entrada de más Na+ y aumentando la despolarización de la membrana.
Esto provoca la apertura de los canales de Na+ regulados por voltaje vecinos y genera una despolarización
autopropagadora (un potencial de acción) que se extiende hasta afectar a toda la membrana plasmática.
4) La despolarización generalizada de la membrana plasmática de la fibra muscular activa los canales de calcio
regulados por voltaje de algunas regiones especializadas de la membrana (los tubulos transversos [T]).
5) Esto, a su vez, induce la apertura transitoria de los canales de liberación de calcio presentes en una región
adyacente a la membrana del retículo sarcoplasmático y la liberación del calcio almacenado en el retículo hacia el
citosol. Este incremento repentino en la concentración citosolica de calcio es el responsable de la contracción de
las miofibrillas de la célula muscular.
Todavía no se sabe cuál es el mecanismo por el que la activación de los canales de calcio regulados por voltaje del
túbulo T provoca la apertura de los canales de liberación de calcio de la membrana del retículo sarcoplasmático.
Las dos membranas están muy próximas entre sí y los dos tipos de canales se disponen juntos en una estructura
especializada. Por lo tanto es posible que un cambio en la conformación del canal de calcio de la membrana
plasmática inducido por el voltaje pueda abrir directamente el canal de liberación de calcio del retículo
sarcoplasmático mediante un acoplamiento mecánico.

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Membrana Plasmatica

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a) Estado paracristalino (gel)

b) en el estado líquido desordenado, o ﬂuido, las cadenas hidrocarbonadas

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Peces de aguas templadas \

Disminución largo cadenas

Composición de ácidos grasos de las células de E. Coli cultivadas a diferentes temperaturas

Porcentaje total de ácidos grasos

Ácido mirístico (14:0) 4 4 4 8

Relación insaturados/saturados 2,9 2,0 1,6 0,38

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Tienen membranas con IGUAL FLUIDEZ

Para lograr tener esta fluidez óptima,

CÉLULA QUE FUE CULTIVADA A 22ºC → LA CULTIVO 15 DÍAS A 37ºC

nº de insaturaciones > nº de insaturaciones

Longitud de la cadena < Longitud de la cadena

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La estructura básica de las membranas biológicas está

funciones están desempeñadas por proteínas. Así pues, son éstas

muy variables. Jana

En la vaina de mielina, cuya función principal es aislar los axones y /a

nerviosos, la proteína es menos de un 25% de la masa de la membrana.

El contenido de proteínas de una membrana es indicador de la funcionalidad de la misma

Componentes mayoritarios de las membranas plasmáticas de varios organismos:

Proteína Fosfolípido Esterol Tipo de esterol Otros lípidos

Vaina de mielina humana 30 30 19 Colesterol Galactolípidos, plasmalógenos

No tienen endomembranas, todo sucede en la membrana plasmática

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Las proteínas integrales están ﬁrmemente unidas a la membrana y solo se

Las proteínas periféricas se asocian con la membrana a través de

1) Hélice alfa única 4) hélice alfa unida a la