Las membranas celulares son el conjunto de envolturas de lípidos y proteínas que encierran el contenido celular. Están conformadas básicamente por dos láminas de lípidos superpuestas, como bolsas o sacos cerrados. De esta forma, la célula se separa del medio que la rodea y puede cumplir sus funciones de supervivencia.
Tanto las células procariotas como eucariotas poseen membrana plasmática que envuelve y concentra los componentes de la célula. Además, las células eucariotas presentan organelos en su interior, que son compartimentos envueltos en membrana, como las mitocondrias, el núcleo y las vacuolas.
El modelo de las membranas biológicas reconocido actualmente como mosaico fluido fue propuesto por S. J. Singer y G. L. Nicholson.
Características de las membranas celulares
Las membranas celulares presentan las siguientes características:
- Dinámica: los componentes de la membrana no están fijos e inmóviles en su posición. Los fosfolípidos pueden pasar de un lado de la membrana al otro, además se mueven en su mismo plano.
- Fluida: la fluidez de la membrana depende de la composición y de la temperatura.
- Semipermeable: la membrana celular es permeable a ciertas moléculas, dependiendo de su afinidad por los lípidos. Pequeñas moléculas no polares como el oxígeno O2 y el dióxido de carbono CO2 se difunden fácilmente por la membrana. Iones como sodio Na+, hidrógeno H+ o calcio Ca2+ atraviesan la membrana a través de proteinas.
- Selectiva: las proteinas de la membrana permiten el paso de algunas moléculas. Por ejemplo, el transportador de glucosa no deja pasar la galactosa, que es una molécula muy parecida a la glucosa.
- Asimétrica: la monocapa externa extracelular de la bicapa lipídica es diferente a la monocapa interna intracelular. Esta asimetría es importante especialmente en el momento de convertir señales extracelulares hacia el interior de la célula.
- Diversidad: las membranas plasmáticas pueden tener de 500 a 1000 diferentes tipos de lípidos, y aproximadamente un 30 % de la proteinas de las células eucariotas se encuentran en las membranas.
- Potencial eléctrico: al producirse diferencias de concentraciones de iones de un lado y otro de la membrana, se almacena energía potencial en forma de gradientes electroquímicos.
Funciones de la membrana plasmática
La membrana celular plasmática cumple diversas funciones.
Barrera selectiva
Debido al interior hidrofóbico de la bicapa lipídica, el paso de moléculas polares a través de la membrana está restringido. Esta función como barrera le permite a la célula mantener ciertos compuestos dentro del citoplasma o de los organelos.
Sin embargo, la célula necesita permitir la entrada de moléculas e iones solubles en agua como nutrientes y la salida de los productos de desecho. Para ello se encuentran transportadores y canales de membrana. Por ejemplo, la bomba de sodio potasio es un transportador que mete dos iones de potasio K+ y saca tres iones de sodio Na+ empleando la energía del ATP.
Comunicación intercelular
En los organismos superiores, las células tienen la propiedad de comunicarse entre sí a través de receptores proteicos y moléculas de señalización. Existen cuatro mecanismos conocidos de comunicación entre células:
- Comunicación dependiente del contacto: dos células establecen contacto físico directo. Por ejemplo, las células del sistema inmunológico.
- Comunicación paracrina: una célula libera un compuesto que llega a otra célula muy cercana. Por ejemplo, la señal transmitida de una célula nerviosa a la célula muscular.
- Comunicación endocrina: en este caso, las células liberan moléculas de señalización u hormonas a través del torrente sanguíneo para actuar sobre células a larga distancia. Por ejemplo, las células beta del páncreas secretan la hormona insulina que viaja por la sangre al resto del cuerpo.
- Comunicación sináptica: cuando una neurona es estimulada, envia una señal electrica por el axón y al final de este, se produce la liberación de neurotransmisores que se unen a receptores en el terminal postsináptico de otra neurona.
Motilidad celular
La locomoción de ciertas células es una función de la membrana plasmática, ya sea por cilios, flagelos o movimiento ameboidal. Los mecanismos de endocitosis y exocitosis se producen por el movimiento de porciones de membrana para atrapar o liberar material.
Forma celular
La variedad de formas que presentan las células están acorde con la función de las mismas. La membrana celular y el citoesqueleto contribuyen a mantener la forma celular.
Señalización celular
En la membrana plasmática se encuentran elementos que permiten la retransmisión de señales extracelulares al interior de la célula. Por ejemplo, la fosfolipasa C es una enzima en la membrana que actúa sobre el fosfatidil inositol 3 fosfato. Esto produce nuevos elementos en la cadena de señalización llamados "segundos mensajeros".
Estructura de la membrana celular
Las membranas biológicas consisten de una capa doble continua de lípidos, la bicapa lipídica. Estos lípidos son los fosfolípidos, que se caracterizan por tener un extremo hidrofílico o cabeza polar y otro extremo hidrofóbico. Esta estructura mide 5 nm de ancho.
Mientras la bicapa lipídica proporciona la estructura básica para todas las membranas celulares, son las proteinas las que realizan las funciones específicas como trasporte y reconocimiento. Las proteinas pueden atravesar la membrana, o asentarse en la superficie.
Balsas lipídicas
Se conocen como balsas lipídicas a ciertas regiones de la membrana plasmática que se desplazan por ella como si fueran "balsas en el mar". Estas regiones se saben que son ricas en esfingolípidos y colesterol, y contienen unas proteinas que les dan estabilidad.
Composición de la membrana plasmática
La membrana está compuesta por lípidos y proteinas con funciones específicas. Algunos de estos lípidos y proteinas pueden tener unidos cadenas de carbohidratos en menor proporción.
Lípidos de la membrana plasmática
Los lípidos más abundantes de la membrana son los fosfolípidos. Estos tienen un extremo o cabeza polar, con afinidad por el agua, y un extremo apolar, compuesto por dos colas de ácidos grasos hidrofóbicos. Entre los principales fosfolípidos tenemos los fosfoglicéridos (fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina y fosfatidilinositol) y la esfingomielina.
Además de fosfolípidos, el otro lípido de las membranas es el colesterol, que se encuentra principalmente en las células eucariotas animales. En las plantas no existe colesterol en las membranas; en su lugar existen otros tipos de esteroles, como estigmasterol y sitosterol. En la membrana plasmática de los hongos se consigue el ergosterol.
En las células animales, los glicolípidos se encuentran en la monocapa externa de la membrana. Estos glicolípidos son compuestos de lípidos y carbohidratos, y cumplen una función importante en el reconocimiento celular. Ejemplos de ellos son los gangliósidos y galactocerebrósidos.
Vea también Lípidos.
Proteínas de la membrana plasmática
Las proteínas de la membrana se pueden encajar en la bicapa lipídica de diferentes formas. Las proteínas transmembrana atraviesan de un lado al otro; también son llamadas proteínas integrales. Ejemplo de proteínas integrales son los receptores y transportadores.
Los canales son proteínas integrales de membrana que permiten el paso de moléculas de un lado al otro. Por ejemplo, las aquaporinas son canales de agua.
Otras proteínas se encuentran "sentadas" sobre la superficie sin atravesar la membrana; estas son conocidas como proteinas periféricas. Ejemplo de proteínas periféricas son el citocromo c de las mitocondrias y la espectrina de los eritrocitos.En la membrana también se encuentran enzimas, como por ejemplo, la fosfolipasa C, importante en la señalización intracelular.
Los receptores celulares son proteínas con la capacidad de unir moléculas o compuestos en el exterior de la célula y enviar una señal al interior de la misma. Es como un timbre que al ser tocado anuncia a la célula que algo afuera está esperando por una respuesta. Por ejemplo, la insulina al unirse a su receptor en la membrana, activa el mecanismo celular que deja entrar la glucosa a la célula.
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