La membrana plasmática

De Wikillerato

Todas las células están rodeadas y separadas de su ambiente exterior por una membrana con una permeabilidad selectiva llamada membrana plasmática, que define los límites de la célula, su perímetro celular, actuando como una barrera que separa su contenido interno (el citoplasma y núcleo) del medio externo.

El modelo de mosaico fluido es el que describe la estructura de capas de la membrana plasmática.

Definición

La Tarea de la Kats:

El modelo actual que describe la organización estructural de la membrana plasmática fue propuesto en 1972 por los científicos Garth Nicholson y S. Jonathan Singer ¹. Este modelo describe la membrana plasmática como un mosaico fluido que contiene diversas proteínas embebidas en una matriz de fosfolípidos.

Los fosfolípidos en la membrana forman una bicapa lipídica con las cabezas polares dirigidas hacia el exterior y las colas hidrofóbicas hacia el interior de la bicapa. Esta tiene un grosor aproximado de 75 Å (ángstrom) o 7.5 nanómetros (nm), por ello no es posible visualizarla al microscopio óptico pero sí con el microscopio electrónico, ya que éste ofrece imágenes de la membrana plasmática en la que se pueden observar dos líneas oscuras laterales y una central más clara, imagen que recuerda a las vías del tren.

Estructura

La membrana plasmática es un mosaico de diferentes tipos de proteínas (generalmente glicoproteínas) embebidas en una bicapa de fosfolípidos. El conjunto se mueve en el plano de la membrana como si fuera un fluido, de ahí el nombre que recibe este modelo de estructura: mosaico fluido.

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, proteínas, fosfolípidos y esteroides. Cuatro fosfolípidos, tres fosfoglicéridos principales fosfatidilcolina, fosfatidiletalonamina, y fosfatidilserina y la esfingomielina constituyen más del 50 % de los fosfolípidos de la mayoría de las biomembranas.

Los esteroides, como el colesterol, tienen un importante papel en la regulación de las propiedades físico-químicas de la membrana biológicas regulando su resistencia y fluidez. La cantidad relativa de estos componentes varían de membrana en membrana, y los tipos de lípidos en la membrana también pueden variar.

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 específicas con las proteínas integrales o lípidos de membrana. Las cadenas de oligosacáridos se encuentran unidos covalentemente a muchas proteínas extracelulares y al dominio exoplasmático de muchas proteínas transmembrana.

Función de la membrana plasmática

Artículo principal: Funciones de la membrana plasmática

La membrana plasmática, tiene un doble papel fisiológico en la célula, por una parte aísla y por lo tanto diferencia el medio interno celular del ambiente exterior pero a su vez media la interacción entre la célula y su entorno al permitir intercambio selectivo de materia y energía e información (diferentes tipos de señales físicas y químicas) entre ambos, intercambio que es necesario para mantener una adecuada homeostasis del medio interno, clave en el mantenimiento de la vida celular. Esta doble función de la membrana plasmática es posible por una parte gracias a la naturaleza aislante que en medio acuoso proporciona la bicapa lipídica y por otra en las funciones de transporte que desempeñan las proteínas embebidas en la membrana. Es la actividad específica transportadora de dichas proteínas la que determina permeabilidad selectiva de las biomembranas y de ese modo desempeñan un papel crucial en la función de la membrana.

La membrana plasmática es una barrera selectivamente permeable que permite el paso de unas sustancias pero no de otras. Determina pues qué sustancias entran o salen de la célula. El interior hidrofóbico de la bicapa de fosfolípidos es una de las razones por las que la membrana es selectivamente permeable.

Así, la bicapa lipídica tiene un papel fisicoquímico dual, pues sirve por una parte como un solvente de las proteínas de la membrana y por otra actúa como una barrera a la permeabilidad. Mientras que las moléculas hidrofóbicas, que son solubles en lípidos (e.g. etanol) pueden pasar fácilmente la membrana, moléculas pequeñas como el oxígeno , dióxido de carbono , Nitrógeno pueden difundir entre los fosfolípidos de membrana, pero moléculas hidrofílicas pequeñas como agua, nutrientes como la glucosa e iones [,, protones , etc…] no pueden pasar directamente a través de los fosfolípidos de la membrana plasmática. Estos compuestos deben pasar a través de proteínas de transporte específico situadas en la membrana.

Permeabilidad de una bicapa de fosfolípidos a varias tipos de moléculas

Las proteínas embebidas en la membrana realizan varios tipos de funciones, algunas de las cuales están relacionadas con el mantenimiento de la hemostasia celular (e.g. transporte, enzimas) y otras que son básicas para integrar una célula en un tejido (receptores, funciones de anclaje, de conexión y reconocimiento intercelular).

Diferentes tipos de función adscritas a distintos tipos de proteínas de membrana transmembranales: transporte, de anclaje y conexión, receptores y enzimas. Una misma proteína transmembrana puede más de una función por ejemplo ser un receptor y tener actividad enzimática.

Transporte específico de moléculas hacia el interior o hacia el exterior celular

Esta función de las proteínas de membrana es de vital importancia para la toma de nutriente por la célula, la salida de productos de desecho de la célula; así como el mantenimiento de diferentes tipos de gradientes electroquímicos (e.g. potencial de membrana) y de concentración de diferentes moléculas a través de la membrana necesarios para mantener la vida celular.

Tipos de transporte: pasivo y activo.

Diferentes tipos de movimiento de las moléculas a través de las membranas biológicas. Difusión pasiva y la difusión facilitada no requieren el consumo de energía, ya que se realiza a favor de gradiente de concentración o electroquímico; cuando las sustancias están cargadas la dirección y magnitud del flujo de iones a través de una membrana depende tanto de la diferencia de concentración y de la diferencia eléctrica a través de ella, estas dos fuerzas son por ello colectivamente conocidas como gradiente electroquímico. Algunas sustancias entran directamente en la célula a través de difusión pasiva pero muchas sustancias de interés para la célula atraviesan la membrana mediante difusión facilitada. El transporte activo se realiza con consumo de energía (acoplando a la hidrólisis ATP) al realizarse enana dirección energéticamente desfavorable contra un gradiente electroquímico o de concentración.

Diferentes tipos de proteínas transportadoras de membrana

Se suelen distinguir dos clases de proteínas que intervienen en la difusión facilitada: Las proteínas canales o de canal facilitan la difusión formando poros (e.g porinas) abiertos en la membrana que permiten la libre difusión de cualquier molécula de tamaño y carga apropiados. Las proteínas transportadoras se unen específicamente en un lado de la membrana a las moléculas que van a ser transportadas, sufren entonces un cambio conformacional que permite que la molécula pase a través de la membrana y sea finalmente liberada al otro lado. Se distinguen tres tipos de transportadores, Uniportes, transportan un solo tipo de molécula a favor de gradiente de concentración y proteínas de cotransporte (simportes y antiportes), que catalizan el movimiento de una molécula en contra de su gradiente de concentración dirigido por el cotransporte (en la misma dirección o en sentidos opuestos respectivamente) de otra molécula o ión a favor de gradiente. Existen también canales iónicos (que transportan iones, moléculas cargadas) cuya apertura es regulada por la unión de un pequeño ligando (e.g. un neurotransmisor, acetilcolina) o con una apertura regulada por cambios en el voltaje eléctrico (canales iónicos regulados por voltaje para cationes , , , etc…). Las bombas potenciadas por ATP permiten a la célula el transporte activo de ciertas moléculas en contra de gradiente de concentración o electroquímico. Los triángulos señalan los gradientes con la punta indicando hacia la zona de menor concentración o de potencial eléctrico.

Ensamblaje de una membrana

La formación de una bicapa lipídica es un proceso espontáneo en el que fuerzas intermoleculares como interacciones de van der Waals, e interacciones hidrofobicas (mediada por el efecto hidrofóbico) favorecen que las colas de los lípidos se autoasocien y autoensamblen espontáneamente en una bicapa lipídica con las capaces polares orientadas hacia el agua, y las colas hidrofóbicas hacia el interior. Así, cuando los fosfolípidos se “disuelven” en agua forman espontáneamente una micela o una bicapa lipídica en forma de liposomas.

Estructura química de un fosfolípido

Estructura de la fosfatidilcolina unos de los fosfolípidos (fosfoglicerido) más comunes en las membranas biológicas. Estructura química y representación de modelos de bolas de su estructura atómica, que da una idea aproximada de la forma de la molécula.

Ensamblajes de fosfolípidos anfipáticos en soluciones acuosas

Micela

Unidades con forma de cuña (cabeza más grande que la cadena). En las micelas, las cadenas hidrofóbicas de los ácidos grasos están secuestradas en el núcleo de la esfera. No hay agua en el interior hidrofóbico.

Bicapa

Unidades con forma de cilindro (cabeza de igual tamaño que la cadena) . En una bicapa abierta todas las cadenas hidrofóbicas están protegidas del agua, excepto las situadas en los bordes. Representación abreviada típica de la estructura anfipática de los fosfolípidos, con una cabeza polar hidrofílica y una cola apolar hidrofóbica

Liposoma

Estructuras esféricas huecas con una pared en forma de bicapa lipídica y una cavidad interior acuosa

Bicapa lipídica

La imagen muestra los distintos niveles de organización membrana biológica (biomembrana) típica que se ensambla con fosfolípidos (fosfogliceridos, esfingolipidos) y esteroides (principalmente colesterol). Aunque todos los lípidos de membrana tienen su carácter antipático en común (con cabezas polares-hidrofílicas y colas apolares-hidrofóbicas) difieren en su estructura química, abundancia y funciones en las membranas biológicas.

Estructura: Mosaico Fluido

Ensamblaje de una membrana

Asimetría en la membrana

Funciónes de la membrana plasmática