MEMBRANA CELULAR Y TRANSPORTE DE SUSTANCIAS

Introducción.

Uno de los componentes más importantes de una célula, es la membrana celular o plasmática. Esta membrana recubre el exterior de todas las células del cuerpo y aísla de esta manera a las células del medio externo; así mismo ésta, se compone, casi totalmente por una bicapa lipídica, además, contiene moléculas proteicas unidas, ya sea a lípidos o a carbohidratos, las cuales, pueden encontrarse en la superficie externa de la membrana o atravesarla por completo, dependiendo esto de la función que realizarán.

Una característica bastante relevante de la bicapa lipídica es que ésta no es soluble con el líquido extracelular, por lo tanto, funciona como una verdadera barrera frente a las sustancias insolubles que se encuentran en el líquido extracelular e intracelular pero aún así, existen ciertas sustancias y moléculas que sí pueden pasar a través de ésta, sin embargo dichas sustancias y moléculas deben cumplir con ciertas características para que el transporte de un lado a otro de la bicapa lipídica se pueda efectuar. Las características incluyen tamaño y peso, así como su conformación, sobretodo que sean lo más liposolubles posible.

Las moléculas proteicas cuentan con propiedades totalmente diferentes unas de otras, lo que les permite transportar sustancias. Así mismo, suelen interrumpir de cierta manera la continuidad de la membrana, lo que permite que algunas sustancias las utilicen como medio alternativo de transporte, es por ello que algunas suelen recibir el nombre de proteínas transportadoras, que se unen a las moléculas e iones que se van a transportar; en cambio otras son llamadas proteínas canal, debido a que éstas cuentan con espacios en su interior, permitiendo, en consecuencia el movimiento libre de algunas sustancias como el agua, así como de iones y moléculas.

Por lo tanto es así como la membrana celular funge como una barrera semipermeable y selectiva, que debido a sus propiedades tan específicas y únicas no permite la difusión de todas las sustancias, lo que favorece en gran medida al mantenimiento de la homeostasis en los líquidos corporales.

Desarrollo.

La membrana celular, que también es llamada membrana plasmática, cubre a todos los tipos de células del organismo; ésta es una estructura flexible, fina y elástica que cuenta con un grosor de tan sólo 7.5 a 10 nm. Está formada casi en su totalidad por proteínas y lípidos, con una composición alrededor de 55% de proteínas, un 25% de fosfolípidos, un 13% de colesterol, un 4% de otros lípidos y un 3% de carbohidratos. Su estructura básica consiste en una bicapa lipídica, es decir, una película muy fina de doble capa de lípidos, en donde se encuentran intercaladas grandes moléculas proteicas globulares. También ésta se puede describir como un mosaico de diferentes tipos de proteínas fijas a una bicapa de fosfolípidos. Todo el conjunto se mueve en el plano de la membrana, siendo capaz de cambiar su disposición y conformación, comportándose así, como un fluido, de ahí que recibe la denominación de Mosaico Fluido, modelo que fue propuesto en 1972 por los científicos Garth Nicholson y S. Jonathan Singer, y que, aún en la actualidad es el modelo que mejor describe la organización estructural de la membrana plasmática.

Así pues, todas las membranas biológicas son entidades dinámicas, estructuras fluidas, pues la mayoría de sus lípidos y proteínas son capaces de moverse en el plano de la membrana, además de sufrir un continuo recambio de componentes. Al igual que un mosaico, la membrana plasmática es una estructura compleja construida de diferentes elementos; la cantidad de estos componentes (proteínas, hidratos de carbono, lípidos, colesterol, etc.) varían de membrana en membrana.

Las proteínas integrales (llamadas también proteínas transmembrana) cruzan completamente la bicapa lipídica. Las proteínas periféricas se asocian con la membrana principalmente a través de interacciones no covalentes, es decir, mediante enlaces débiles que fácilmente se pueden romper, éstas son específicas con las proteínas integrales o lípidos de membrana; en cambio las cadenas de oligosacáridos se encuentran unidas mediante enlaces fuertes o covalentemente a muchas proteínas extracelulares y proteínas transmembrana.

Componentes.

• Lípidos.

Los fosfolípidos son los principales lípidos que constituyen a las membranas plasmáticas. Sin embargo, no son los únicos representantes de este grupo, debido a que la mayoría de las membranas plasmáticas poseen colesterol.

Los fosfolípidos son moléculas anfipáticas, es decir, ante la presencia de un medio acuoso, adquieren una doble reacción. Sus cabezas se caracterizan por presentar afinidad por el agua (polares), por lo cual se dice que son hidrofílicas, mientras que sus colas son netamente hidrófobas, es decir repelen el agua (no polares). Debido a esta naturaleza anfipática, en un medio acuoso tienden a formar agrupaciones denominadas micelas o bicapas similares a las celulares.

La mayor parte de las membranas biológicas poseen colesterol como componente importante. El colesterol aumenta la impermeabilidad de la bicapa lipídica y le da mayor estabilidad o rigidez a la misma.

• Hidratos de Carbono o Carbohidratos

Los glúcidos de la membrana se presentan en forma de oligosacáridos o, con menor frecuencia, como monosacáridos. En todos los casos se encuentran unidos en forma covalente (enlaces fuertes) a lípidos, formando glucolípidos, o a proteínas, creando esta vez, glucoproteínas.

La ubicación de los éstos en las membranas plasmáticas se realiza, casi en su totalidad en la capa superficial o externa de la capa lipídica.

Las células proyectan hacia la superficie externa el componente oligosacárido de sus glucolípidos y sus glucoproteínas. El conjunto de todas estas moléculas forma una cubierta extracelular denominada Glucocáliz. Esta capa realiza algunas funciones importantes como:

- Protección celular: La cubierta celular puede proteger a la membrana contra daños de origen químico o mecánico.

- Reconocimiento celular: Las células pueden ser reconocidas mediante otras células o moléculas, a partir de la composición que presentan los distintos grupos celulares en su glucocáliz

• Proteínas de Membrana.

Representan el principal componente funcional, desempeñando un papel fundamental en la regulación y control de la permeabilidad. Entre las proteínas de membrana podemos distinguir también polipéptidos que poseen función enzimática, receptores para diversas señales (como las hormonales), que producen la adhesión celular y proteínas con una variedad enorme de funciones.

Las proteínas de membrana pueden clasificarse, de acuerdo al grado de asociación a la membrana, en integrales y periféricas. Es así como, las proteínas integrales toman contacto tanto con el lado exterior como con el interior de la membrana. Por lo tanto se dice también que estas proteínas son transmembrana. En su mayoría, estas proteínas se encuentran asociadas a hidratos de carbono, por lo cual se las denomina como glicoproteínas, las cuales representan más de un 70% del total de las proteínas de membrana. Las proteínas pueden rotar sobre su propio eje y moverse lateralmente pero nunca cambian de posición dentro de la bicapa, por tanto no pueden rotar de manera que el lado externo de la proteína quede en sentido intracelular y viceversa.

Las proteínas periféricas de la membrana no penetran en el interior hidrofóbo de la bicapa lipídica, asociándose con la bicapa mediante interacciones débiles, como uniones de tipo iónicas.

Transportes a través de la membrana celular.

El transporte de moléculas pequeñas va a depender de si las mismas se movilizan a favor o en contra de su gradiente de concentración. Cuando lo hacen a favor del gradiente, pasan en forma pasiva, es decir que no habrá gasto de energía. Si, por el contrario, las moléculas se movilizan en contra del gradiente de concentración será necesario el aporte de energía y el transporte será activo.

La permeabilidad selectiva de las membranas determina qué tipo de sustancias pueden entrar y salir de las células, es así como, dependiendo de las características de cada molécula e ion que trate de atravesar la membrana, se establecerán diferentes mecanismos de transporte, especiales para cada caso, basándose principalmente, como ya se mencionó, si estas moléculas van a favor o en contra de su gradiente de concentración.

Transporte Pasivo.

- Difusión simple: Las pequeñas moléculas no polares tiene la capacidad de difundir fácilmente a través de la membrana. En general, su transporte se ve beneficiado cuanto menor sea el tamaño de la molécula y mayor su liposolubilidad, pasando, de esta manera, por difusión simple a través de la membrana los gases como el O2, el CO2, CO, N2 y otras moléculas liposolubles y pequeñas como el benceno.

Las moléculas hidrofílicas pequeñas pueden difundir de esta manera siempre

...