miércoles, 26 de agosto de 2015

Introducción a la biología celular (II): la membrana plasmática



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La membrana plasmática se define como una bicapa lipídica que rodea y da identidad a una célula. Es una estructura similar en todos los seres e incluso similar a las del interior de la célula.


- Funciones de la membrana plasmática


+ 1ª Función de la membrana plasmática: la compartimentalización


Muchas son las funciones que se han otorgado a la membrana de la célula. La más importante es la compartimentalización. Rodea a todas las células, definiendo su tamaño y, dado que las membranas internas presentan la misma estructura, también mantiene determinadas reacciones aisladas.

+ 2ª Función de la membrana plasmática: filtro selectivo (propiedad de permeabilidad selectiva)


Además, la membrana plasmática es un filtro selectivo. En todo momento, controla qué sustancias entran como nutrientes o "estímulos", y cuales salen como productos residuales o "respuestas". A esta propiedad se le da el nombre de permeabilidad selectiva.

+ 3ª Función de la membrana plasmática: elemento comunicador


Finalmente, se ha observado que la membrana plasmática está implicada en procesos de comunicación celular. Presentan en su superficie externa una serie de moléculas que les va a permitir relacionarse con el entorno y, en consecuencia, saber adaptarse a los cambios del medio. Es, por tanto, un elemento comunicador.

- Composición química de la membrana plasmática


Las membranas son, en cuanto a su composición, elementos asimétricos. Es decir, la composición lipídica y proteica de sus dos caras no es la misma. Toda bicapa lipídica está constituida por proteínas, hidratos de carbono y, lógicamente, por lípidos.

- Estructura de la membrana plasmática


Hasta aceptarse la teoría del mosaico fluido sobre cómo era la estructura de la membrana biológica, muchas han sido las hipótesis propuestas. En un primer momento, se pensaba que las membranas eran tan sólo una doble capa de lípidos sin proteína alguna. Otras apuntaban a un modelo tipo sandwich, según el cual la bicapa lipídica estaba recubierta por proteínas a ambos lados. Pero, en la actualidad, se acepta sin duda el modelo de mosaico fluido de Singer y Nicholson.

+ El modelo de mosaico fluido de Singer y Nicholson


Según el modelo de mosaico fluido de Singer y Nicholson, toda membrana biológica es una bicapa lipídica que presenta además proteínas y azúcares externas. La estructura presenta cierta fluidez, de tal forma que sus constituyentes son capaces de desplazarse por la membrana o mosaico formado.

- Transporte a través de la membrana


El intercambio de sustancias con el entorno va a depender de la propia naturaleza de la membrana. Dado que su interior presenta un carácter altamente hidrofóbico, habrá sustancias que por su carácter hidrosoluble serán incapaces de atravesarla. Al ser una membrana semipermeable (no permite la entrada de todas las moléculas), la célula ha ideado una serie de adaptaciones para permitir la entrada de moléculas necesarias para la vida y, que por su propia naturaleza, eran incapaces de atravesar la membrana directamente. Así, una serie de proteínas transmembranas especializadas a modo de intercambiadores, poros o canales, van a ser los responsables de hacer pasar esas moléculas. Pero, estas proteínas van a ser específicas para una serie de sustancias, por lo que la membrana en su conjunto sigue presentando una permeabilidad selectiva.

En función del tamaño molecular de la sustancia que se está transportando la célula eligirá el mecanismo de transporte adecuado.

Las moléculas pequeñas se transportan por difusión simple, difusión facilitada y transporte activo. Las de mayor tamaño mediante el empleo de vesículas en la exocitosis y endocitosis.

+ Difusión simple


La difusión simple es un mecanismo que permite el transporte de sustancias muy pequeñas sin gasto de energía, ya que, el paso de estas sustancias sucede a favor de gradiente químico. Es decir, del lugar donde hay mayor concentración de esa sustancia hacia el lugar donde hay menos. A cualquier transporte que sucede sin gasto de energía se le denomina transporte pasivo. Las moléculas son tan pequeñas, que sencillamente atraviesan la membrana sin ayuda de ninguna proteína. Moléculas como el O2, el N2, el benceno, el CO2, el H2O, la urea, el etanol, etc.

+ Difusión facilitada


La difusión facilitada es también un mecanismo de transporte pasivo, pero que requiere de proteínas de membrana para que tenga lugar. Hay dos tipos de proteínas implicadas, las proteínas transportadoras y las de canal. Las primeras van a unir la molécula a un lado de la membrana y, tras sufrir un cambio conformacional, lo van a soltar al otro lado. Mientras que los canales forman poros que atraviesan la bicapa y su apertura se encuentra regulada. Las moléculas atraviesan el poro. Los iones y moléculas solubles como la glucosa utilizan la difusión facilitada.

+ Transporte activo


El transporte activo es aquel que sólo van a llevar a cabo proteínas transportadoras, pero con gasto de energía. La molécula que se transporta viaja en contra de gradiente y, por tanto, requiere de una fuente de energía para poder ser transportada. Normalmente, es la hidrólisis de ATP.

El ejemplo más representativo de transporte activo es la bomba Na+ - K+. Es una proteína transportadora que bombea hacia el interior de la célula dos iones de K+ y hacia el exterior tres de Na+. Como en el exterior de la célula hay más iones de Na y menos de K que en el interior celular, el transporte de los dos iones sucede en contra del gradiente celular establecido. Por eso la célula acopla este transporte a una fuente de energía, la hidrólisis de ATP proporciona la energía necesaria para este movimiento de iones. Y esta hidrólisis la lleva a cabo la misma bomba Na+ - K+., que tiene actividad ATPasa, es decir, rompe el enlace energético de la molécula de ATP.

Las células consumen un alto porcentaje de su energía en mantener el funcionamiento de esta bomba. Dado que interviene en muchos procesos, fundamentalmente en el de conservar las diferencias de gradientes a distintos lados de la membrana.

+ Uniporte, cotransporte, simporte y antiporte


También el transporte de moléculas pequeñas se puede clasificar en función del número de moléculas que se están transportando y su sentido. Así, se habla de uniporte cuando sólo se transporta una molécula de un lado a otro, mientras que cotransporte si son dos o más. En este último caso, las moléculas pueden ser transportadas en el mismo sentido (simporte) o en sentidos contrarios (antiporte).

+ Exocitosis


La exocitosis es la vía que utiliza la célula para transportar macromoléculas y partículas de gran tamaño hacia el exterior celular. Esas sustancias se encuentran incluidas en vesículas citoplasmáticas que se fusionan a la membrana plasmática como paso previo a la liberación de su contenido. La exocitosis se utiliza para liberar hormonas, neurotransmisores, enzimas digestivas, o cualquier otra molécula compleja, como respuesta última ante una señal externa.

+ Endocitosis


La endocitosis es el proceso de entrada. La célula "ingiere" sustancias complejas al rodearlas progresivamente de membrana plasmática. En un primer momento, la membrana se invagina, para finalmente estrangularse, ya con la sustancia en el interior. Se forma así una vesícula intracelular. Existe un tipo especial de endocitosis, la fagocitosis. Es la ingestión de estructuras muy complejas, como el caso de bacterias. Estas vesículas se unirán, posteriormente, a los lisosomas.

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- Artículos de la serie sobre biología celular


+ Introducción a la biología celular (I): la organización celular

+ Introducción a la biología celular (III): el citoplasma y los ribosomas

+ Introducción a la biología celular (IV): el retículo endoplasmático

+ Introducción a la biología celular (V): el complejo o aparato de Golgi

+ Introducción a la biología celular (VI): lisosomas y peroxisomas

+ Introducción a la biología celular (VII): las mitocondrias

+ Introducción a la biología celular (VIII): el citoesqueleto

+ Introducción a la biología celular (IX): el núcleo celular

+ Introducción a la biología celular (X): la célula vegetal

+ Introducción a la biología celular (XI): el ciclo celular