6.1: La membrana plasmática
- Page ID
- 58358
Las células controlan de cerca el intercambio de sustancias dentro y fuera de la célula. Algunas sustancias están excluidas, otras se ingieren y otras se excretan, todas en cantidades controladas. Aunque la membrana plasmática encierra los bordes de la célula, está lejos de ser una barrera estática; es dinámica y en constante flujo. La membrana plasmática debe ser lo suficientemente flexible como para permitir que ciertas células, como los glóbulos rojos y los glóbulos blancos, cambien de forma a medida que pasan por capilares estrechos. Además de estas funciones más obvias, la superficie de la membrana plasmática lleva marcadores que permiten que las células se reconozcan entre sí. Esto es vital ya que estos marcadores juegan un papel en la distinción “yo” versus “no yo” de la respuesta inmune.
Modelo de mosaico de fluidos
En 1972, S. J. Singer y Garth L. Nicolson propusieron un nuevo modelo de la membrana plasmática. Esta teoría, comparada con teorías anteriores, explica mejor tanto las observaciones microscópicas como la función de la membrana plasmática. Esta teoría se llama el modelo de mosaico de fluidos. El modelo ha evolucionado algo con el tiempo, pero aún así da cuenta mejor de la estructura y funciones de la membrana plasmática tal como ahora las entendemos. El modelo de mosaico de fluidos describe la estructura de la membrana plasmática compuesta por diversos componentes, incluidos fosfolípidos, colesterol, proteínas y carbohidratos, que son capaces de fluir y cambiar de posición, manteniendo la integridad básica de la membrana. Tanto las moléculas de fosfolípidos como las proteínas incrustadas son capaces de moverse lateralmente en la membrana. La fluidez de la membrana plasmática es necesaria para las actividades de ciertas enzimas y moléculas de transporte dentro de la membrana.
Las membranas plasmáticas varían de 5—10 nm de espesor. Como comparación, los glóbulos rojos humanos, visibles mediante microscopía óptica, tienen aproximadamente 8 μm de grosor, o aproximadamente 1,000 veces más gruesos que una membrana plasmática.
Componentes de la Membrana Plasma
La membrana plasmática está compuesta principalmente por una bicapa de fosfolípidos con proteínas incrustadas, carbohidratos, glicolípidos y glicoproteínas y, en células animales, colesterol (Figura\(\PageIndex{1}\)).
Fosfolípidos
El tejido principal de la membrana está compuesto por dos capas de moléculas de fosfolípidos, y los extremos polares de estas moléculas (que parecen una colección de bolas en una interpretación artística del modelo) (Figura\(\PageIndex{2}\)) están en contacto con fluido acuoso tanto dentro como fuera de la célula. Así, ambas superficies de la membrana plasmática son hidrófilas (“amantes del agua”). En contraste, el interior de la membrana, entre sus dos superficies, es una región hidrófoba (“temerosa del agua”) o no polar debido a las colas de ácidos grasos. Esta región no tiene atracción por el agua u otras moléculas polares.
Una molécula de fosfolípido (Figura\(\PageIndex{3}\)) consiste en una cadena principal de glicerol de tres carbonos con dos moléculas de ácido graso unidas a los carbonos 1 y 2, y un grupo que contiene fosfato unido al tercer carbono. Esta disposición le da a la molécula global un área descrita como su cabeza (el grupo que contiene fosfato), que tiene un carácter polar o carga negativa, y un área llamada cola (los ácidos grasos), que no tiene carga. La cabeza puede formar enlaces de hidrógeno, pero la cola no.
Proteínas
Las proteínas constituyen el segundo componente químico principal de las membranas plasmáticas (ver Figura\(\PageIndex{1}\)). Las proteínas integrales están incrustadas en la membrana plasmática y pueden abarcar toda o parte de la membrana (Figura\(\PageIndex{1}\)). Las proteínas integrales pueden servir como canales o bombas para mover materiales dentro o fuera de la célula. Las proteínas periféricas se encuentran en las superficies exteriores o interiores de las membranas, unidas ya sea a proteínas integrales o a moléculas de fosfolípidos (Figura\(\PageIndex{1}\)). Tanto las proteínas integrales como las periféricas pueden servir como enzimas, como uniones estructurales para las fibras del citoesqueleto, o como parte de los sitios de reconocimiento de la célula.
Los sitios de reconocimiento en la membrana plasmática se denominan receptores, que son sitios de unión para sustancias que interactúan con la célula. Cada receptor está estructurado para unirse con una sustancia específica. La unión de una sustancia específica a su receptor en la membrana plasmática puede activar procesos dentro del interior de la célula, como la activación de enzimas involucradas en las vías metabólicas. Estas vías metabólicas pueden ser vitales para proporcionar energía a la célula, producir sustancias para la célula o descomponer los desechos celulares o toxinas para su eliminación. Asimismo, las hormonas extracelulares y los neurotransmisores se unen a receptores de membrana plasmática que transmiten una señal a la célula a moléculas intracelulares. Algunos sitios de reconocimiento son utilizados por los virus como puntos de unión. Aunque son altamente específicos, patógenos como los virus pueden evolucionar para explotar receptores para ganar entrada a una célula imitando la sustancia específica a la que se pretende unir el receptor. Esta especificidad ayuda a explicar por qué el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) o cualquiera de los cinco tipos de virus de hepatitis invaden solo células específicas.
Fibrosis Quística
La fibrosis quística es causada por un defecto en una proteína integral en la membrana celular que actúa como canal. La proteína CFTR mueve iones de un lado de la membrana a otro. Cuando no está funcionando correctamente, esto hace que se acumule moco muy espeso en los pulmones y el tracto digestivo.
Carbohidratos
Los carbohidratos son el tercer componente principal de las membranas plasmáticas. Siempre se encuentran en la superficie exterior de las células y se unen ya sea a proteínas (formando glicoproteínas) o a lípidos (formando glicolípidos). Estas cadenas de carbohidratos pueden consistir en 2-60 unidades de monosacáridos y pueden ser rectas o ramificadas. Junto con las proteínas periféricas, los carbohidratos forman sitios especializados en la superficie celular que permiten que las células se reconozcan entre sí. Estos sitios tienen patrones únicos que permiten que la célula sea reconocida, mucho de la manera en que los rasgos faciales únicos de cada persona le permiten ser reconocido. Esta función de reconocimiento es muy importante para las células, ya que permite que el sistema inmunitario se diferencie entre las células del cuerpo (llamadas “self”) y las células o tejidos extraños (llamados “no-self”). Tipos similares de glicoproteínas y glicolípidos se encuentran en las superficies de los virus y pueden cambiar con frecuencia, evitando que las células inmunes los reconozcan y ataquen.
Tipos de sangre
Los carbohidratos que componen las glicoproteínas son los encargados de determinar los tipos de sangre A, B, O humanos. Estas glicoproteínas son reconocidas por el sistema inmune, lo que lleva a la incompatibilidad en los tipos sanguíneos.
Fluidez de Membrana
El mosaico característico de la membrana, descrito en el modelo de mosaico fluido, ayuda a ilustrar su naturaleza. Las proteínas y otros componentes que existen en la membrana pueden moverse unos con respecto a otros, más bien como barcos que flotan en un lago. La membrana no es como un globo, sin embargo, que pueda expandirse y contraerse; más bien, es bastante rígida y puede estallar si se penetra o si una célula toma demasiada agua. Sin embargo, debido a su naturaleza de mosaico, una aguja muy fina puede penetrar fácilmente una membrana plasmática sin provocar que se rompa, y la membrana fluirá y se autosellará cuando se extraiga la aguja.
Las características del mosaico de la membrana explican parte pero no toda su fluidez. Hay otros dos factores que ayudan a mantener esta característica fluida. Un factor es la naturaleza de los propios fosfolípidos. La estructura de las colas de ácidos grasos en cada fosfolípido puede hacer que la membrana sea más densa y rígida, o menos densa y flexible. La fluidez relativa de la membrana es particularmente importante en un ambiente frío. Un ambiente frío tiende a hacer que las membranas sean menos fluidas y más susceptibles a la rotura. Muchos organismos (los peces son un ejemplo) son capaces de adaptarse a ambientes fríos cambiando la proporción de diferentes tipos de ácidos grasos en sus membranas en respuesta al descenso de la temperatura.
Los animales tienen un constituyente de membrana adicional que ayuda a mantener la fluidez. El colesterol, que se encuentra junto a los fosfolípidos en la membrana, tiende a amortiguar los efectos de la temperatura en la membrana. Por lo tanto, este lípido funciona como un tampón, evitando que las temperaturas más bajas inhiban la fluidez y evitando que las temperaturas aumenten demasiado la fluidez. Así, el colesterol extiende, en ambas direcciones, el rango de temperatura en el que la membrana es apropiadamente fluida y consecuentemente funcional. El colesterol también cumple otras funciones, como organizar grupos de proteínas transmembrana en balsas lipídicas.
Consulta\(\PageIndex{1}\)
Referencias
A menos que se indique lo contrario, las imágenes de esta página están bajo licencia CC-BY 4.0 de OpenStax.
Texto adaptado de: OpenStax, Conceptos de Biología. OpenStax CNX. mayo 18, 2016 http://cnx.org/contents/b3c1e1d2-839...9a8aafbdd@9.10