Membrana plasmática - Célula


La mayoría de las células tienen muchas de las estructuras que se muestran en la primera imagen de este artículo. Para facilitar su aprendizaje vamos a dividir la célula en tres partes principales que son: la membrana plasmática, el citoplasma y el núcleo. Aunque en este artículo, se hablará principalmente sobre la estructura y funciones de la membrana plasmática.

- La membrana plasmática forma la superficie flexible externa de la célula y separa su medio interno del medio externo. Es una barrera selectiva que regula el paso de sustancias hacia el interior y el exterior celular. Esta selectividad ayuda a establecer y mantener el ambiente apropiado para las actividades celulares normales. La membrana plasmática también desempeña un papel importante en la comunicación entre las células y de las células con el medio externo.

- El citoplasma abarca los componentes de la célula que se encuentran entre la membrana plasmática y el núcleo. Este compartimiento está formado por el citosol y los orgánulos. El citosol es la porción líquida del citoplasma y contiene agua, solutos disueltos y partículas de suspensión. Rodeados por el citosol se encuentran diferentes tipos de orgánulos. Cada uno tiene una forma característica y una función específica. Algunos ejemplos son el citoesqueleto, los ribosomas, el retículo endoplasmático, el complejo de Golgi, los lisosomas, los peroxisomas y las mitocondrias.

- El núcleo es el orgánulo grande que alberga a la mayor parte del ADN de la célula. Dentro del núcleo cada cromosoma, una molécula única de ADN asociada con varias proteínas, contiene miles de unidades hereditarias denominadas genes que controlan casi todos los aspectos relacionados con la estructura y la función celulares.



La membrana plasmática



La membrana plasmática, una barrera flexible pero a la vez resistente que rodea el citoplasma de la célula, se describe mejor recurriendo a un modelo estructural denominado mosaico fluido. De acuerdo con ese concepto, el ordenamiento molecular de la membrana plasmática se asemeja a un mar de lípidos que está en constante movimiento y contiene un mosaico de proteínas diferentes. Algunas proteínas flotan libremente como si fueran un iceberg en ese mar de lípidos, mientras que otras están fijas en localizaciones específicas como las embarcaciones en un puerto.

Los lípidos de la membrana permiten el paso de diversas moléculas liposolubles, pero actúan como una barrera para la entrada o salida de sustancias con carga eléctrica o polares.

Funciones de la Membrana Plasmática



Por lo general, los lípidos de las membranas celulares no varían demasiado. Al contrario, las membranas tienen proteínas dispuestas de forma muy diferente que determinan muchas de las funciones de la membrana:

- Algunas proteínas integrales forman canales iónicos, poros u orificios a través de los cuales pueden fluir iones específicos, como iones de porasio (K+), tanto hacia el interior como hacia el exterior de la célula. Casi todos los canales iónicos son selectivos: un solo tipo de ion puede atravesarlos.

- Otras proteínas integrales actúan como transportadore, que llevan en forma selectiva una sustancia polar o ion desde un lado de la membrana al otro.

- Las proteínas integrales denominadas receptores actúan como sitios de reconocimiento celular. Cada tipo de receptor reconoce y se une a un tipo específico de molécula. Por ejemplo, los receptores de insulina se unen a la hormona llamada insulina. Una molécula específica que se une a un receptor se denomina ligando de ese receptor.

- Algunas proteínas integrales son enzimas que catalizan reacciones químicas específicas en la superficie externa o interna de la célula.

- Las proteínas integrales también pueden actuar como proteínas de fijación, que actúan uniendo entre sí a las proteínas presentes en la membrana plasmática de las células vecinas o bien con los filamentos proteicos que se encuentran dentro y fuera de la célula. Las proteínas periféricas también sirven como enzimas y proteínas de fijación.

- Las glucoproteínas y los glucolípidos actúan con frecuencia como marcadores de la identidad celular. Pueden permitirle a una célula reconocer a otras de la misma clase durante la formación de los tejidos, o reconocer y responder a células extrañas potencialmente peligrosas. Los marcadores del grupo ABO, que determinan el grupo sanguíneo, son un ejemplo de marcadores de identidad celular. Cuando un paciente recibe una transfusión, el tipo de sangre debe ser compatible con la del receptor.

Además, las proteínas periféricas ayudan a sostener la membrana plasmática, fijan las proteínas integrales y participan en actividades mecánica como el transporte de sustancias y orgánulos dentro de las células, el cambio en la forma celular que se produce en las células musculares y en las que están en división y en la adhesión de las células entre sí.

Fluidez de la membrana:



Las membranas son estructuras fluidas, es decir, la mayoría de los lípidos y muchas de las proteínas de la membrana pueden rotar y desplazarse lateralmente con gran facilidad, siempre que permanezcan en su propia mitad de la bicapa. Las moléculas lipídicas vecinas cambian de sitios casi 10 millones de veces por segundo, por lo cual pueden recorrer la superficie externa de una célula en solo algunos minutos.

La fluidez de la membrana depende tanto del número de enlaces dobles entre las colas de los ácidos grasos de los lípidos que conforman la bicapa, como de la cantidad de colesterol presente. Cada enlace doble pone un "lazo" en la cola del ácido graso, que aumenta la fluidez de la membrana ya que impide que las moléculas lipídicas se adosen firmemente.

La fluidez de la membrana le otorga equilibrio a la célula: una membrana rígida carecería de movilidad y una membrana completamente fluida no tendría organización estructural y el soporte mecánico que requiere la célula.

La fluidez de la membrana permite que se produzcan interacciones dentro de las membrana plasmática, como el ensamblado de las proteínas de membrana. También se hace posible el movimiento de componentes de la membrana que son responsables de diferentes procesos celulares, como el movimiento de la célula, su crecimiento, división y secreción y la formación de las uniones intercelulares.

La fluidez de la bicapa lipídica le permite autorrepararse en el caso de una agresión mecánica. Cuando una aguja atraviesa una membrana plasmática y luego es retirada, el sitio de punción se cierra espontáneamente y la célula no se estalla. Esta propiedad de la bicapa lipídica facilita el proceso denominado inyección intracitoplasmática de espermatozoides, por medio del cual los científicos pueden fecundar un óvulo inyectando un espermatozoide con una jeringa pequeña y así ayudar a las parejas infértiles a concebir un hijo o hija. También les permite extraer y reemplazar el núcleo celular, técnica utilizada en los experimentos de clonación.

A pesar de la gran movilidad de los lípidos y proteínas en su propia mitad de la bicapa, es muy raro que puedan pasar de una capa a otra, ya que es muy difícil para los segmentos hidrófilos de las moléculas que forman la membrana atravesar el núcleo hidrófobo de ésta. Esta dificultad acentúa la asimetría de la bicapa de la membrana.

Como consecuencia de los puentes de hidrógeno que establece con los fosfolípidos vecinos y con las cabezas de los glucolípidos, y de la forma en que rellena el espacio entre las colas de los ácidos grasos, el colesterol le otorga más resistencia a la bicapa lipídica pero le quita fluidez cuando la temperatura del cuerpo es normal. Con bajas temperaturas, el colesterol tiene el efecto opuesto: aumenta la fluidez de la membrana.

Permeabilidad de la Membrana:



Se dice que una membrana es permeable a las sustancias que pueden atravesarla e impermeable para aquellas que no lo pueden hacer. A pesar de que las membranas plasmáticas no son completamente permeables a ninguna sustancia, permiten que algunas pasen más fácilmente que otras. Esta propiedad de las membranas se denomina Permeabilidad selectiva.

La parte de la membrana formada por la bicapa lipídica es permeable a moléculas no polares, sin carga, como el oxígeno, el dióxido de carbono y los esteroides, pero es impermeable a los iones y moléculas grandes sin carga como la glucosa. También es ligeramente permeable a moléculas pequeñas polares, sin carga, como el agua y la urea, un producto residual del metabolismo de los aminoácidos.

La poca permeabilidad que presenta para el agua y la urea es una propiedad inesperada, ya que ambas son moléculas polares. Se piensa que esas dos moléculas pequeñas pasan a través de la bicapa lipídica de la siguiente manera: a medida que las colas de los ácidos grasos de los fosfolípidos y glucolípidos de la membrana se desplazan al azar, se forman pequeñas brechas transitorias en el interior hidrófobo de la membrana. Las moléculas de agua y urea son lo suficientemente pequeñas como para pasar de una de esas aberturas a otra hasta que hayan atravesado la membrana.

Las proteínas transmembrana que actúan como canales y transportadores aumentan la permeabilidad de la membrana plasmática para una variedad de iones y moléculas polares sin carga que, a diferencia de las moléculas de agua y urea, no pueden atravesar la bicapa lipídica sin asistencia. Los canales y transportadores son selectivos. Cada uno ayuda a una molécula o ion específico o atravesar la membrana. Las macromoléculas, como las proteínas, son tan grandes que no pueden transponer la membrana plasmática excepto por endocitosis y exocitosis.

Datos específicos sobre la membrana plasmática

1. La membrana plasmática rodea y contiene al citoplasma de la célula.

2. La membrana plasmática está compuesta por proteínas y lípidos que mantienen entre sí enlaces no covalentes.

3. De acuerdo con el modelo del mosaico fluido, la membrana es un mosaico de proteínas que flotan como un iceberg en un mar formado por la bicapa lipídica.

4. La bicapa lipídica consiste en dos capas de fosfolípidos, colesterol y glucolípidos orientados en dirección opuesta. Esta disposición obedece al carácter anfipático de los lípidos, que les confiere sectores polares y no polares.

5. Las proteínas integrales se extienden por la bicapada lipídica o la atraviesan; las proteínas periféricas se asocian con los lípidos de la membrana o con las proteínas integrales de su superficie interna o externa.

6. Muchas proteínas integrales son glucoproteínas, con grupos de hidratos de carbono unidos a los extremos bañados por el líquido extracelular. Junto con los glucolípidos, las glucoproteínas forman el glucocáliz en la superficie extracelular de las células.

7. Las proteínas de membrana cumplen diversas funciones. Las proteínas integrales son canales y transportadores que permiten el paso de solutos específicos a través de la membrana; los receptores funcionan como sitios de reconocimiento celular; las enzimas catalizan las reacciones químicas correspondientes y las proteínas de unión fijan las proteínas de la membrana plasmática a los filamentos proteicos que se hallan en el interior y en el exterior de la célula. Las proteínas periféricas funcionan como enzimas y proteínas de unión, sostienen la membrana plasmática, fijan las proteínas integrales y participan en distintas actividades mecánicas. Las glucoproteínas de membrana actúan como marcadores de identidad celular.

8. La fluidez de membrana es mayor en los sitios donde abundan los enlaces dobles en las colas de los ácidos grasos de los lípidos que forman la bicapa. El colesterol le confiere resistencia a la bicapa, pero le resta fluidez cuando la temperatura del cuerpo es normal. Su fluidez permite que se produzca reacciones en el espesor de la membrana y hace posible el movimiento de sus componentes y la autorreparación de la bicapa lipídica cuando se daña.

9. La permeabilidad selectiva de la membrana permite que algunas sustancias pasen con mayor facilidad que otras. La bicapa lipídica es permeable a la mayoría de las moléculas no polares y sin carga eléctrica. Es impermeable a los iones y a las moléculas cargadas o polares, con excepción del agua y la urea. Los canales y transportadores aumentan la permeabilidad de la membrana plasmática a algunas sustancias polares cargadas de tamaño mediano o pequeño, como los iones, que no pueden atravesar la bicapa lipídica.

Transporte a través de la membrana plasmática

1. En los procesos pasivos, una sustancia se mueve a través de la membrana a favor de su gradiente de concentración utilizando la propia energía cinética para la locomoción. En los procesos activos, se utiliza la energía celular para transportar una sustancia en contra de su gradiente de concentración.

2. Las sustancias atraviesan la membrana plasmática empleando energía cinética, uniéndose a proteínas transportadoras específicas, o bien por medio de vesículas.

3. En la difusión, las moléculas o iones van desde un área de mayor concentración hasta que se alcanza un equilibrio.

4. La velocidad de difusión a través de la membrana plasmática se modifica según el gradiente de concentración, la temperatura, la masa de la sustancia que se difunde y la superficie y distancia disponibles para la difusión.

5. Las moléculas que se difunden a través de la bicapa lipídica son no polares e hidrófobas, como el oxígeno, el dióxido de carbono, el nitrógeno, los esteroides, las vitaminas liposolubles (A, D, E y K), los alcoholes pequeños y el amoníaco, además del agua y de la urea que son polares y sin carga.

6. Los canales iónicos selectivos para el K+, Cl-, Na+ y Ca++, permiten que estos iones inorgánicos pequeños (que son demasiado hidrófilos para pasar al interior no polar de la membrana) atraviesen la membrana plasmática.

7. Se denomina ósmosis al movimiento neto de agua a través de una membrana con permeabilidad selectiva desde un área de mayor concentración hacia un área de menor concentración de agua.

8. En una solución isotónica, los glóbulos rojos (eritrocitos) mantienen su forma normal; en un solución hipotónica sufren hemólisis; en una solución hipertónica experimentan crenación.

9. En la difusión facilitada, un soluto como la glucosa se une a un transportador específico en uno de los lados de la membrana y se libera del otro lado después de que el transportador sufra un cambio morfológico.

10. Algunas sustancias pueden atravesar la membrana en contra de su gradiente de concentración, mediante transporte activo. Estas sustancias son ciertos iones, como Na+, K+, H+, Ca++, I y Cl-, los aminoácidos y los monosacáridos.

11. En el transporte activo se utiliza dos fuentes de energía: la obtenida a partir de la hidrólisis del ATP es la principal fuente de energía en el transporte activo primario, y la energía almacenada en los gradientes de concentración de Na+ o H+ es la fuente en el transporte activo secundario.

12. El más ubicuo de los transportadores activos primarios es la bomba de sodio-potasio, también conocido como Na+/K+ ATPasa.

13. Los mecanismo de transporte activo secundario comprenden a los contransportadores y a los contratransportadores, que reciben su energía de los gradientes de concentración del Na+ o H+. Los simportadores acarrean dos sustancias a través de la membrana en la misma dirección, mientras que los antiportadores mueven dos sustancias en direcciones opuestas.

14. En la endocitosis se desprenden pequeñas vesículas de la membrana plasmática para transportar materiales a través de ésta y dentro de la célula; en la exocitosis, las vesículas se fusionan con la membrana plasmática para transportar materiales fuera de la célula.

15. La endocitosis mediada por receptor es una captación selectiva de moléculas grandes y partículas (ligandos) que se unen a sus receptores específicos en los sitios de la membrana conocidos como fositas cubiertas por clatrina.

16. La fagocitosis es la ingestión de partículas sólidas. Algunos glóbulos blancos (leucocitos) destruyen de esta forma a los microorganismos que invaden el cuerpo.

Artículos de interés

0 comentarios

Recibe actualizaciones en tu e-mail

Búsqueda personalizada

Suscríbete


Recibe nuevos artículos en tu correo

Síguenos en Facebook