La Célula: Membrana Celular

Características y Estructura

Definición

La membrana celular (también conocida como membrana plasmática o plasmalema) es una membrana biológica que separa el contenido de la célula del entorno exterior.

Funciones

• Barrera que protege el contenido de la célula del entorno extracelular
• Ancla el citoesqueleto y define la forma celular
• Se adhiere a la matriz extracelular y ayuda a la formación de tejido
• Transporta materiales dentro y fuera de la célula
• Permite la comunicación celular

Composición

La composición de la membrana celular puede cambiar en función del entorno y de la fase de desarrollo de la célula. En peso, se compone de aproximadamente un 50% de lípidos y un 50% de proteínas.

Lípidos:

• Fosfolípidos (> 50% de los lípidos de la membrana):
  • Lípidos anfipáticos con una cabeza de fosfato (polar) y 2 colas de ácidos grasos (no polares)
  • Forman una doble capa (bicapa lipídica) con las cabezas polares enfrentando al agua y los extremos no polares enfrentándose entre ellos (exclusión hidrofóbica)
  • La proporción de ácidos grasos saturados frente a los insaturados determina la fluidez de la membrana.
• Glicolípidos (aproximadamente 2%):
  • Lípido unido a un carbohidrato, orientado hacia el exterior
  • Desempeñan un papel en las interacciones célula-célula
  • Determinan el tipo de sangre ABO
  • Participan en la formación de glicocálix
  • Respuesta inflamatoria
  • Reconocimiento viral de las células huésped
• Colesterol:
  • Lípido anfipático con un anillo de esterol
  • El grupo hidroxilo interactúa con el agua
  • Anillo de esterol incrustado en la membrana
  • Disminuye la fluidez de la membrana
  • Aumenta el rango de temperatura de transición de fase
  • Mantiene la integridad de la membrana sin necesidad de una pared celular
  • También puede empaquetarse en lipoproteínas para su transporte por el torrente sanguíneo

Proteínas:

• Proteínas integrales de membrana:
  • Incrustadas en la bicapa, suelen abarcar toda la membrana (transmembrana)
  • Penetran en la membrana para transportar sustancias
  • Ejemplos:
    • Canales iónicos
    • Bombas de protones
    • Receptores acoplados a proteínas G
• Proteínas periféricas:
  • Unidas reversiblemente a la membrana o proteínas integrales
  • Penetran parcialmente la membrana
  • Señalización celular e interacciones proteína-proteína
  • Proteínas ligadas al glicosilfosfatidilinositol
  • Las proteínas del citoesqueleto, anquirina y espectrina, se unen a la actina.
• Proteínas ancladas a lípidos:
  • Se unen a los lípidos que se insertan en la membrana
  • No son una parte integral de la membrana
  • Ejemplo: Proteínas G

Propiedades

• Asimétrica: Las capas interna y externa tienen fosfolípidos diferentes.
• No uniforme: Tiene dominios (e.g., balsa de lípidos)
• Concepto de “mosaico fluido”: La bicapa lipídica permite el libre movimiento lateral de proteínas y lípidos.
• Temperatura de transición (10°C–40°C):
  • A bajas temperaturas, la membrana pasa a un estado sólido similar al de un gel.
  • La membrana pierde fluidez (se vuelve más rígida).
  • El colesterol ayuda a preservar la fluidez de la membrana a bajas temperaturas.
• Permeabilidad selectiva:
  • Permeable a:
    • Gases (e.g.,CO₂, CO, O₂)
    • Pequeñas moléculas polares sin carga (e.g., H₂O, etanol, urea)
  • No permeable a:
    • Grandes moléculas polares sin carga (e.g., glucosa)
    • Iones (e.g., Na⁺, K⁺)
    • Moléculas polares cargadas (e.g., adenosin trifosfato (ATP, por sus siglas en inglés), aminoácidos)

Transporte por Membrana

Gradientes transmembrana

• Gradiente de concentración de ciertos iones:
  • La concentración de Na⁺ es mayor fuera de la célula.
  • La concentración de K⁺ es mayor dentro de la célula.
• Potencial de membrana:
  • Gradiente eléctrico a través de la membrana
  • El interior de la célula es más negativo que el exterior.
• Gradiente electroquímico:
  • Se mantiene gracias a la bomba de Na⁺/K⁺: una estructura de proteína transmembranaque hidroliza el ATP y transporta 3 iones de Na⁺ fuera de la célula por cada 2 iones de K⁺ que se mueven hacia la célula
  • Genera una combinación de gradientes eléctricos y de concentración:
    • El Na⁺ se mueve hacia el interior de la célula basándose tanto en gradientes de concentración como en gradientes eléctricos.
    • El K⁺ entra en la célula según el gradiente eléctrico y sale de ella según el gradiente de concentración.

Proteínas de transporte

• Canales:
  • Abiertos hacia el entorno en ambos lados simultáneamente
  • Proteínas de los canales iónicos
  • Provocan un cambio considerable en la concentración de iones mediante su apertura/cierre
  • Participan en la difusión facilitada de los iones
• Proteínas transportadoras:
  • Solo se abre 1 lado (compuerta) a la vez
  • Presencia de sitios de unión que reconocen moléculas específicas
  • Reconocen moléculas específicas
  • Las proteínas transportadoras de membrana que transfieren 2 o más moléculas a través de la membrana se denominan cotransportadores:
    • Simportador: 2 solutos se mueven en la misma dirección
    • Antiportador: 2 solutos se mueven en direcciones opuestas

Transporte de membrana

• El transporte pasivo (difusión facilitada) desplaza las sustancias de una concentración alta a una concentración baja (por el gradiente de concentración):
  • No requiere aporte de energía
  • Los canales se abren y permiten que las moléculas se difundan en la célula hasta que las concentraciones se igualen.
  • Los canales iónicos son «ion específicos» (e.g., canales de Na⁺ solo permiten difusión del Na⁺)
• El transporte activo desplaza las sustancias de baja concentración a alta concentración (en contra del gradiente de concentración):
  • Requiere una proteína transportadora para la unión del sustrato
  • El transporte activo primario requiere energía (generalmente ATP).
  • Transporte activo secundario:
    • Utiliza el gradiente electroquímico generado por el transporte activo primario
    • Los cotransportadores mueven una molécula hacia un gradiente, mientras que simultáneamente mueven otra molécula en contra del gradiente.
    • Bomba de Na⁺/Ca²⁺: utiliza la entrada de Na⁺ para mover el Ca²⁺ fuera de la célula
• Endocitosis: engullido de partículas o iones mediante la formación de vesículas de membrana que se desprenden de la membrana plasmática
• Exocitosis: excreción de ciertas sustancias por fusión de vesículas de membrana con la membrana externa de la célula