MEMBRANA CELULAR
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  • Una estructura fina que rodea completamente la célula.
  • Estructura vital de 8 nm de espesor y la cual constituye la barrera que separa el interior del exterior, ademas de estar formada por lipidos y proteinas que recubre a las celulas.
ESTRUCTURA - COMPOSICIÓN QUÍMICA:
La membrana está constituída de lípidos y proteínas.La parte lipídica de la membrana está formada por una película bimolecular que le da estructura y constituye una barrera que impide el paso de substancias hidrosolubles (bicapa lipidica) cuando los fosfolipidos se agregan en soluciones acuosas tienden a formar bicapas de manera espontanea.
Las proteínas de la membrana están suspendidas en forma individual o en grupos dentro de la estructura lipídica, formando los canales por los cuales entran a las células, en forma selectiva; las principales proteinas de membrana poseen una region altamente hidrofobica que interacciona con las zonas apolares de los acidos grasos.

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Según su localización en la membrana, y su grado de unión con la porción lipídica, se distingue entre:
Proteínas integrales de membrana (endoproteínas): son proteínas estrechamente unidas a la membrana, por lo general atravesadas en plena bicapa lipídica. Son difíciles de extraer, teniéndose que recurrir a detergentes y/o disolventes orgánicos para separarlas respecto de los lípidos. Las proteínas integrales pueden desplazarse lateralmente en la bicapa lipídica, pero no son capaces de rotar, por lo que siempre presentan una determinada orientación o polaridad. Algunas presentan hidratos de carbono que sobresalen hacia la superficie externa (glucoproteínas).
Proteínas periféricas (epiproteínas): unidas a la superficie de la membrana, de forma más débil, por lo que son más fáciles de extraer y purificar. Incluso algunas establecen contactos sólo transitorios con la membrana.
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Fig.1 Diagrama de la estructura de la membrana Celular en Bacterias.
La estructura global de la membrana citoplasmatica se estabiliza mediante puentes de hidrogeno e interacciones hidrofobicas.
OTRAS CARACTERÍSTICAS:
La cara externa de la membrana se orienta al exterior y en algunas bacterias, se contacta con una variedad de proteinas implicadas en la union de sustratos y el procesamiento de grandes moleculas para su transporte al interior de la celula.La cara interna se orienta hacia el citoplasma interacciona con proteinas involucradas en reacciones de obtencion de energia; algunas de estas proteinas perifericas de membrana son lipoproteinas y contienen una cola lipidica en el extremo aminoterminal que permite el anclaje a la membrana.


Video explicando la estructura de la membrana celular.
AGENTES QUE REFUERZAN LAS MEMBRANAS - ESTEROLES Y HOPANOIDES:
Las membranas de eucariotas de procariotas se diferencian en que las primeras poseen esteroles en su estructura; los esteroles estan ausentes en la mayoria de los procariotas.Los esteroles son moleculas rigidas y planas, mientras que los acidos grasos son flexibles, la asociacion con las membranas favorece su estabilizacion, pero las hace m enos flexibles debido a su estructura.
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Estructura de un esterol
Los hopanoides similares a los esteroles estan presentes en muchas especies del dominio Bacteria. membrana bacteria



FUNCIONES DE LA MEMBRANA CELULAR O CITOPLASMÁTICA:
  • Funciona como una barrera de permeabilidad selectiva, evitando la perdida pasiva de componentes del citoplasma y la entrada indiscriminada de constituyentes:Esto quiere decir que las caracteristicas hidrofobicas le permiten a la membrana funcionar como una barrera estricta, solo las moleculas de agua son capaces de atravesar la membrana debido a que son moleculas muy pequeñas, pero el transporte del agua puede acelerarse mediante proteinas llamadas aquaporinas.Nota: aquaporinas son proteinas transmembranales que transportan el agua al interior y al exterior del citoplasma

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  • La necesidad de proteinas transportadoras:Las proteinas ademas de transportar sustancias realizan otra funcion son capaces de acumular solutos dentro de una celula en contra de un gradiente de concentracion. Por lo tanto la celula debe poseer mecanismos para acumular nutrientes a concentraciones superiores a las que se encuentran en la naturaleza, y esta es basicamente la funcion de los transportadores; ademas, a diferencia del transporte por difusion simple, el transporte mediado por transportadores muestra un efecto de saturacion: si la concentracion de sustrato es lo suficientemente alta como para saturar el transportador disponible.



SISTEMAS DE TRANSPORTE DE MEMBRANA:

El intercambio de nutrientes en la celula es una de las funciones mas importantes de la membrana citoplasmatica, ya que de esta dependera el equilibrio y la supervivencia de la celula. Las membranas celulares están formadas por una bicapa lipídica, en cuyo interior confluyen las colas hidrofóbicas de las moléculas de lípidos.
Este mar lipídico interior es una barrera formidable para los iones y la mayoría de las moléculas hidrofílicas, pero permite el pasaje fácil de moléculas hidrofóbicas, tales como las hormonas esteroides. Las moléculas no polares pequeñas atraviesan libremente una bicapa lipídica.
Las moléculas polares relativamente grandes sin carga, o los pequeños iones (con carga) no pueden atravesar el interior hidrofóbico. El agua y otras moléculas polares pequeñas y sin carga difunden a través de la bicapa.
La mayoría de las moléculas orgánicas son hidrofílicas y no pueden atravesar libremente la barrera lipídica por difusión simple. De modo similar, los iones que son de importancia crucial en la vida de la célula no pueden difundir a través de la membrana. Los iones sodio (Na+) y cloruro (Cl-), en solución acuosa se encuentran rodeados por moléculas de agua y, tanto el tamaño como las cargas de los agregados resultantes impiden que los iones se deslicen a través de las aberturas momentáneas.
El transporte de estos agregados y de todas las moléculas hidrofílicas, depende de proteínas integrales de membrana que actúan como transportadores, transfiriendo a las moléculas hacia uno y otro lado de la membrana sin que entren en contacto con su interior hidrofóbico. (Curtis & Barnes)
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Permeabilidad de la membrana citoplasmática.
Para entender como se da este proceso primero debemos conocer la estructura de estas proteina y asi comprender su función.

ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LAS PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS DE MEMBRANA:
Los sistemas de transporte pueden ser de tres clases, todos ellos dependientes de energia como ATP, fuerza motriz de protones o a partir de compuestos de alta energia.
Los primeros sistemas aquellos que solo necesitan de una proteina transmembrana, otros que necesitan la proteina transmembrana y un componente periplasmatico y los ultimos que necesitan de varias proteinas para producir el transporte.
Transporte Simple, Traslocación de Grupo, Sistema ABC.
Transporte Simple, Traslocación de Grupo, Sistema ABC.

Este gráfico nos muestra las tres clases de sistema de transporte de membrana, el transporte simple dirigido por la energia derivada de la fuerza motriz de protones, la traslocacion de grupo en la cual se da la modificaciónn química de la sustancia transportada a partir del fosfoenolpiruvato y el sistema ABC en el que existe participacíon de proteínas periplásmaticas y energía derivada del ATP.
Estas proteinas transportadoras estructuralmente se constituyen por helices tipo alfa plegadas hacia atrás y adelante para formar un canal.
Los mecanismos de transporte pueden ser de tres tipos el sistema de transporte más simple, conocido como uniporte, un soluto en particular se mueve directamente a través de la membrana en una dirección, el tipo simporte dos solutos diferentes se mueven a través de la membrana, simultáneamente y en el mismo sentido. Frecuentemente, un gradiente de concentración, que involucra a uno de los solutos transportados, impulsa el transporte del otro; por ejemplo, un gradiente de concentración de iones Na+ frecuentemente impulsa el cotransporte de moléculas de glucosa. El ultimo mecanismo de cotransporte, conocido como antiporte, dos solutos diferentes se mueven a través de la membrana, simultánea o secuencialmente en sentidos opuestos. La bomba Na+ - K+ es un ejemplo de sistema de cotransporte que implica un antiporte.
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Mecanismos de transporte transmembrana.
TRANSPORTE SIMPLE:
Este sistema de transporte se caracteriza por la entrada de un solo tipo de molécula y en una sola dirección, y esta dirigido por fuerza motriz de protones.
El mecanismo de este sistema consiste en que por cada molécula que se transporta al interior de la célula, la energía de la fuerza motriz de protones disminuye debido al flujo de protones al interior. Esta fuerza disminuida se restablece gracias a las reacciones bioenergéticas intercelulares.
El resultado de este mecanismo es la acumulación de moléculas hasta concentraciones lo suficientemente altas como para producir energía necesaria para el metabolismo.Un ejemplo de este tipo de transporte es la permeasa Lac en la Escerichia coli.
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Función de la permeasa Lac de Escherichia coli y otros transportadores simples.
TRASLOCACIÓN DE GRUPO:
Es un sistema de transporte en el cual la sustancia transportada es modificada químicamente durante el paso por la membrana citoplasmatica, y este sistema se utiliza principalmente en el transporte de azúcares que son fosforilados por el sistema de fosfotransferasa.Este sistema funciona como una cadena de transportadores del grupo fosfato de alta energía del fosfoenolpirúvico (PEP) hasta el azúcar a transportar.
  • Enzima-I (EI)
  • HPr
  • Enzima II (EII) puede contener de una a cuatro proteínas.

Las enzimas EI y HPr son comunes en todos los sistemas PTS de carbohidratos.La enzima EII puede estar compuesta de una a cuatro proteínas, una de las cuales se encuentra siempre en la membrana citoplasmática y es la que cataliza el transporte del carbohidrato al interior de la célula.
Consiste en:
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  1. El azúcar se une al enzima EnzIIc específica, pero éste por sí mismo no puede liberar al azúcar sin modificar en el interior celular.
  2. La EnzI cataliza la transferencia del fosfato de alta energía del PEP a la HPr.
  3. La HPr fosforilada (HPr-P) transfiere el fosfato a la EnzIIa específica del azúcar; por ejemplo la glucosa (EnzIIaGlc ) o el manitol (EnzIIaMan).
  4. La EnzIIa-P rápidamente transfiere el fosfato a la EnzIIb específica con la que se asocia, y a su vez fosforila el azúcar (en el caso de la glucosa convirtiéndola en glucosa-6-P); en este momento la EnzIIc pierde su afinidad por el azúcar modificado, que de esta forma entra en el citoplasma, preparado ya para actuar como sustrato de la primera reacción del catabolismo de este azúcar.
TRANSPORTE DEPENDIENTE DE PROTEÍNAS PERIPLASMÁTICAS DE UNIÓN - SISTEMA ABC:
Las bacterias Gram-negativas entre la membrana citoplasmatica y la pared celular presentan un espacio llamado periplasma. Este espacio contiene numerosas proteínas de transporte denominadas proteínas de periplásmicas de unión.Estos sistemas de transporte ademas de utilizar las proteínas periplasmáticas tambien utilizan componentes proteicos transmembranales, los cuales realizan en transporte, y un componente que suministra la energía necesaria mediante la hidrólisis de ATP.
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Mecanismo del Sistema ABC.

Este sistema se lleva a cabo de la siguiente manera: El sustrato se acopla a la proteína periplasmática de unión, mientras que la proteína transmembranal forma el canal de transporte gracias a la energía suministrada por la hidrólisis de ATP en la ATPasa.
Curiosidad: Las proteínas periplasmáticas de unión se mueven libremente por el periplasma y pueden captar sustratos a concentraciones muy bajas.

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TRANSPORTE DE PROTEÍNAS AL EXTERIOR

En las células procarioticas la translocacion de proteinas se produce gracias a las translocasas, y una de las mas importantes de estas es la SecYEG.Esta proteína esta ampliamente distribuida en los procariotas y es la encargada de translocar diferentes proteínas.Las proteínas que tienen que ser transportadas deben ser seleccionadas ya que no todas deben salir y esta seleccion se hace por medio de la SRP (Particula que reconoce la señal). (Wade S, 2009)
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Transporte de proteínas con SRP.
El transporte de proteínas es vital en la célula ya que muchas de estas cumplen sus funciones únicamente en el exterior, como es el caso de las enzimas y de las toxinas.
Resumen de sistemas de transporte:
Sistema de Transporte
Característica
Fuente de Energía
Transporte Simple
Un transportador simple como la permeasa Lac permite la acumulación de un soluto como la lactosa hasta concentraciones altas para que el metabolismo proporcione a su vez energía a la célula.
Fuerza Motriz de Protones
Translocacion de Grupo
Tipo de transporte en el que la sustancia transportada es químicamente modificada durante el paso a través de la membrana.
Fosfoenol Piruvato
Sistema ABC
Participan las proteínas periplasmicas que son las que llevan a acabo el proceso de transporte.
ATP

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En los temas siguientes se explicara sobre:
Todos estos temas para indicar las diferencias características y sus funciones.
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BIBLIOGRAFÍA:

Curtis, H., & Barnes, S. Biología (6ta Edición ed.). Editorial Médica Panamericana.
Madigan, M., Martinko, J., & Parjer, J. Brock Biología de los Microorganismos (10ma Edición ed.). Estados Unidos: Pearson Prentice Hall.
Wade S, S. (2009, Agosto 26). Retrieved Abril 02, 2011, from https://wikispaces.psu.edu/display/Biol230WCE/Protein+Translation
Retrieved Abril 1,2011,from, ASTRAINAS,<iframe title="YouTube video player" width="640" height="390" src="http://www.youtube.com/embed/4oipoh0OiBg" frameborder="0" allowfullscreen></iframe>Retrieved Abril 2,2011,from,The University of Arizona, http://superfund.pharmacy.arizona.edu/toxamb/c1-1-2-1.html