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Membrana

Composición química de la membrana plasmática

La membrana plasmática, en general, está formada por lípidos, proteínas y en menor cantidad glúcidos.

1. Lípidos

Forman la estructura de la bicapa lipídica. Incluyen a:

• Fosfolípidos. Función estructural. Son los componentes fundamentales de la membrana plasmática. Aportan una gran fluidez a la membrana. Están dispuestos en una bicapa. Por su carácter anfipático, hacia ambos lados presentan una zona hidrófila, las cabezas polares (glicerina o glicerol en los fosfoglicéridos), y una zona hidrófoba (ácidos grasos), que forman la cola apolar, que queda orientada hacia el interior de la capa.
• Glucolípidos. Tienen carácter anfipático. Intervienen en procesos de reconocimiento y señales entre células. Son muy parecidos a los fosfolípidos, pero contienen oligosacáridos. En las células animales suelen ser derivados de esfingolípidos, mientras que en las células vegetales y procariotas, los glucolípidos derivan de los fosfoglicéridos. Sólo aparecen en el lado externo de la membrana plasmática.
• Esteroles (entre los que se encuentra el colesterol). Hace que la membrana pierda flexibilidad y permeabilidad, haciendo más estable la bicapa. Los esteroles están presentes en la membrana plasmática de las células eucariotas, siendo más abundantes en las células animales que en las vegetales.

Los lípidos no están dispuestos del mismo modo en cada una de las dos capas, por lo que tiene una disposición asimética.

Como ya hemos dicho, la membrana no es una estructura estática, sino que los fosfolípidos tienen cierto movimiento, lo que da fluidez a la membrana.

Los movimientos que pueden realizar los lípidos son:

• De rotación: el fosfolípido gira en torno a su eje mayor. Es muy frecuente y el responsable en gran medida de los otros dos movimientos.
• De difusión lateral: es el movimiento más frecuente, los fosfolípidos pueden desplazarse lateralmente dentro de la bicapa.
• De flip-flop: las enzimas flipasas permiten que una molécula lipídica se desplace a la otra monocapa. Es el movimiento menos frecuente, por ser muy desfavorable energéticamente.

La fluidez que tiene la membrana por tener estos movimientos le permite autorrepararse (si sufre una rotura), fusionarse con cualquier otra membrana, o por endocitosis, formar una vesícula a partir de la membrana.

2. Proteínas

Aportan a la membrana sus funciones específicas y son características de cada especie. Como los lípidos, también tienen movimientos de difusión lateral lo que da mayor fluidez de la membrana. La mayoría de las proteínas tienen estructura globular. Hay dos tipos:

• Periféricas o extrínsecas. Se encuentran a un lado u otro de la bicapa lipídica, unidas débilmente por enlaces no covalentes. Son solubles.
• Integrales o intrínsecas. Embebidas en la bicapa lipídica, atraviesan la membrana una o varias veces, asomando por una o las dos caras (proteínas transmembrana); o bien mediante enlaces covalentes con un lípido o a un glúcido de la membrana. El aislamiento de ella requiere la ruptura de la bicapa.

Las proteínas de la membrana intervienen en el intercambio de sustancias.

3. Glúcidos

Situados en el lado exterior de la membrana, intervienen en funciones de reconocimiento celular. Están unidos a lípidos o a proteínas formando glucolípidos y glucoproteínas.

Los glúcidos constituyen el glucocálix, una membrana de secreción en las células animales formada por dos capas: una, junto a la membrana plasmática de textura amorfa, y otra, externa, de aspecto fibroso y espesor variable.

Cada cara de la membrana plasmática tiene distinta composición química, por lo que se dice que las membranas son asimétricas, pudiéndose distinguir la cara interna y externa de la membrana por su composición.

La estructura de la membrana plasmática

Singer y Nicholson (1972), propusieron el modelo de mosaico fluido. Este modelo considera que:

La membrana plasmática es como un mosaico fluido, donde los lípidos se disponen formando una bicapa de fosfolípidos, situados con sus cabezas hidrofílicas hacia el medio externo o hacia el citosol, y sus colas hidrofóbicas dispuestas en empalizada. Las proteínas se intercalan en esa bicapa de lípidos dependiendo de las interacciones con las regiones de la zona lipídica. Existen tres tipos de proteínas según su disposición en la bicapa:

• Proteínas integrales o intrínsecas.
• Glucoproteínas.
• Proteínas periféricas o extrínsecas.

Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución de todos sus componentes químicos: lípidos, proteínas y glúcidos.

La membrana no es una estructura rígida, sino fluida, y permite el movimiento de las proteínas dentro de la bicapa lipídica.

Como los lípidos, las proteínas integrales también son anfipáticas, ya que presentan zonas hidrófilas e hidrófobas, por lo que pueden estar parcialmente embebidas en la bicapa.

El que la membrana tenga mayor o menor fluidez depende de varios factores:

• Grado de saturación de los ácidos grasos en los lípidos de membrana. A mayor grado de saturación de los ácidos grasos, la fluidez es menor.
• Longitud de las cadenas de los ácidos grasos en los lípidos de membrana. La fluidez disminuye al aumentar la longitud de las cadenas.
• Temperatura. La fluidez disminuye según baja la temperatura.
• Proporción de colesterol. El colesterol es una molécula situada entre los fosfolípidos que estabiliza las membranas, es decir, haciéndolas menos flexibles y fluidas. El colesterol está presente en casi todas las membranas plasmáticas de las células eucariotas y en algunas procariotas desprovistas de pared celular.

Funciones de los componentes de la membrana plasmática

• Funciones de los lípidos de la membrana plasmática:
  • Regulan la resistencia y la fluidez. La fluidez depende de la longitud y grado de saturación de los ácidos grasos de los fosfolípidos. Cuanto más saturados y largos, menor es la fluidez. El colesterol interviene en el movimiento de los fosfolípidos, disminuyendo la fluidez.
  • Regulan la permeabilidad. Las moléculas hidrosolubles no pueden atravesar la membrana por tener su interior hidrófobo.
• Funciones de las proteínas de la membrana plasmática:
  • Transporte. Permite el paso de moléculas que no pueden atravesar la bicapa lipídica.
  • Comunicación. Reciben y transmiten señales químicas a otras células.
  • Enzimática. Intervienen en diversas reacciones químicas, como en la cadena respiratoria.

• Funciones de los oligosacáridos de la membrana plasmática:
  • Reconocimiento de células, como los que determinan los grupos sanguíneos.
  • Receptores de superficie, fijando sustancias o enzimas.

Principales funciones de la membrana plasmática

Las funciones más importantes de la membrana plasmática son:

• Limitar la célula, separando el citoplasma y los orgánulos del medio exterior.
• Mantener estable el medio interno celular, controlando el paso de sustancias entre el medio extra e intracelular, por lo que tiene una permeabilidad selectiva.
• Mantiene la forma celular, anclando los filamentos del citoesqueleto o los componentes de la matriz extracelular.
• Intercambio de señales entre el medio externo y el medio celular.
• Permite el reconocimiento y la identificación celular.
• División celular: la membrana está implicada en el control y desarrollo de la división celular o citocinesis.
• Inmunidad celular: en la membrana se localizan algunas moléculas con propiedades antigénicas, relacionadas, por ejemplo, con el rechazo en trasplantes de tejidos u órganos de otros individuos.
• Endocitosis y exocitosis: la membrana está relacionada con la captación de partículas de gran tamaño (endocitosis) y con la secreción de sustancias al exterior (exocitosis).

Transporte a través de la membrana plasmática

La membrana plasmática no aísla completamente a la célula, sino que se encarga de regular el transporte de sustancias con el medio externo. El transporte puede ser:

• Transporte de moléculas pequeñas.
  • Transporte pasivo.
    • Difusión simple.
    • Difusión facilitada.
  • Transporte activo.
    • Bomba de Na%2b/K%2b.
• Transporte de macromoléculas.
  • Endocitosis
  • Exocitosis.
  • Transcitosis.

Diferenciaciones de membrana

En algunas zonas de la membrana, las células pueden presentar adaptaciones específicas según la función desempeñada por la célula, como por ejemplo, aumentar la superficie celular. Algunas de estas diferenciaciones son:

• Las microvellosidades son prolongaciones digitiformes de la membrana de las células epiteliales del intestino, en la zona que da al interior del tubo, que les permite ampliar su superficie con la que absorben los nutrientes.
• Las invaginaciones que aparecen en las células que tapizan el túbulo contorneado de las nefronas (células del riñón). El aumento de superficie permite que una mayor cantidad de agua pueda volver a la sangre.
• Las uniones intercelulares se producen en las superficies laterales de las células y permiten el contacto entre células vecinas, haciendo que las células queden adheridas. Hay varios tipos de uniones:
  • Uniones impermeables: no dejan ningún espacio entre las células y actúan como una barrera, impidiendo el paso de sustancias. Son frecuentes entre las células epiteliales.
  • Uniones comunicantes (uniones gap:) queda un pequeño espacio intercelular. Permite una comunicación directa entre las células, facilitando su coordinación. Se encuentran entre las células musculares del corazón.
  • Uniones adherentes (desmosomas): dejan un espacio entre las células. En la parte interna de la membrana plasmática aparece un material denso, denominado placa desmosómica, hacia el que se dirigen haces de filamentos intermedios del citoesqueleto. Estas uniones aparecen en tejidos que se encuentran sometidos a esfuerzos mecánicos.

Citosol

La membrana plasmática limita el medio intracelular y el extracelular. El medio interno está compuesto por una solución líquida denominada hialoplasma o citosol y los orgánulos celulares. La parte de la célula contenida entre la membrana plasmática y la membrana nuclear, ocupada por el citosol y todos los orgánulos se denomina citoplasma.

Estructura y composición del citosol

El citosol o matriz citoplasmática es el líquido que se localiza dentro de las células. Constituye la mayoría del fluido intracelular.

En las células eucariotas, el citosol se encuentra dentro de la membrana celular y está incluido en el citoplasma, pero no está dentro de los orgánulos ni del núcleo.

En las células eucariotas, el citosol o hialoplasma ocupa la mayor parte del volumen celular.

El citosol está compuesto por entre un 70 y un 75% de agua, formando una disolución coloidal el resto de sus componentes: prótidos (aminoácidos, enzimas, proteínas estructurales, etc.), lípidos, glúcidos (polisacáridos, monosacáridos, etc.), ácidos nucleicos (nucleótidos, nucleósidos, ARNt, ARNm, ATP, etc.), productos del metabolismo y sales minerales disueltas.

El contenido de agua en el citosol es variable, ya que puede mostrar dos estados con consistencia diferente: el estado gel, de consistencia viscosa y el estado sol, de consistencia fluida. La célula puede cambiar el estado del citosol de sol a gel o viceversa, según las necesidades de la célula. Estos cambios permiten el movimiento ameboide con el que la célula puede desplazarse.

Funciones del citosol

En células procariotas, la mayoría de las reacciones químicas del metabolismo se realizan en el citosol, y otras ocurren en las membrana. En eucariotas, aunque muchas rutas metabólicas ocurren en el citosol, otras se realizan en los orgánulos.

El citosol interviene en la regulación del pH intracelular.

Las proteínas del citosol actúan como enzimas fundamentales para la vida de la célula por su intervención en procesos metabólicos:

• Glucogenogénesis, reacciones de síntesis de glucógeno.
• Glucogenolisis, procesos de degradación del glucógeno.
• Biosíntesis de los aminoácidos y síntesis de proteínas.
• Modificaciones que se aplican a las proteínas recién formadas.
• Biosíntesis de los ácidos grasos.
• Muchas de las reacciones en las que intervienen el ATP y el ARNt.

Todos estos procesos requieren la comunicación entre el nucleoplasma y el citosol, que se realiza por los poros de la membrana nuclear.

Citoesqueleto

El citoesqueleto está formado por una red de filamentos proteicos que se extiende por todo el interior de la célula hasta la parte interna de la membrana plasmática. No es una estructura permanente, sino dinámica, que se descompone y reconstruye continuamente según las necesidades celulares.

Antes se creía que era exclusivo de las células eucariotas, pero actualmente se sabe que las procariotas tienen otro citoesqueleto similar.

El citoesqueleto está formado por:

• Microfilamentos o filamentos de actina, típicos de las células musculares.
• Microtúbulos que están dispersos en el hialoplasma o formando estructuras más complejas, como el huso acromático.
• Filamentos intermedios como los filamentos de queratina típicos de las células epidérmicas.

Estos filamentos aparecen asociados con otras proteínas, originando estructuras más complejas, permitiendo los movimientos celulares, como la contracción muscular, producida por filamentos de actina, y el movimiento de cilios y flagelos, que dependen de los microtúbulos.

Créditos

Texto:

• biologia-geologia.com
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• By Science Primer (National Center for Biotechnology Information). Vectorized by Mortadelo2005. - This file has been extracted from another file: Celltypes.png, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2145991
• By LadyofHats Mariana Ruiz - Own work. Image renamed from File:Cell membrane detailed diagram.svg, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6027169
• De TimVickers - Own work by uploader, based upon simlar illustrations in Goodsell DS (June 1991). "Inside a living cell". Trends Biochem. Sci. 16 (6:) 203–6. DOI:10.1016/0968-0004(91)90083-8. PMID 1891800., Dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4762672