Las membranas celulares

Las membranas celulares protegen y organizan las células. Todas las células tienen una membrana plasmática externa que regula no sólo lo que entra en la célula, sino también la cantidad que de una determinada sustancia entra. A diferencia de los procariotas, las células eucariotas también poseen membranas internas que encierran sus orgánulos y controlan el intercambio de los componentes esenciales de la célula. Ambos tipos de membranas tienen una estructura especializada que facilita su función de control del acceso.

¿De qué están hechas las membranas celulares?

Con pocas excepciones, las membranas celulares – incluyendo la membrana plasmática y las membranas internas – son de glicerofosfolípidos, moléculas compuestas de glicerol, un grupo fosfato, y dos cadenas de ácidos grasos. El glicerol es una molécula de tres carbonos que funciona como la columna vertebral de estos lípidos de membrana . Dentro de un glicerofosfolípido individual, los ácidos grasos están unidos a los átomos de carbono primero y segundo, y el grupo fosfato está unido al carbono tercero de la cadena principal de glicerol. Los grupos variables de la cabeza están unidos al fosfato. Los modelos moleculares de estas moléculas revelan su forma cilíndrica, una geometría que permite a los glicerofosfolípidos alinearse lado a lado para formar bicapas (Figura 1).

Figura 1: La bicapa lipídica y la estructura y composición de una molécula de glicerofosfolípido. A) La membrana plasmática de una célula es una bicapa de moléculas glicerofosfolípido. (B) una molécula glicerofosfolípido solo se compone de dos regiones principales: una cabeza hidrófila (verde) y las colas hidrófobas (púrpura). (C) Las subregiones de una molécula glicerofosfolípido; fosfatidilcolina se muestra como un ejemplo. La cabeza hidrofílica está compuesta de una estructura de colina (azul) y un fosfato (naranja). Esta cabeza está conectada a un glicerol (verde) con dos colas hidrofóbicas (púrpura) llamados ácidos grasos. (D) Esta vista muestra los átomos específicos dentro de las distintas subregiones de la molécula de fosfatidilcolina. Tenga en cuenta que un doble enlace entre dos de los átomos de carbono en uno de los hidrocarburos (ácido graso) colas provoca un retorcimiento ligero en esta molécula, por lo que parece doblado.© 2010 Nature Education

Los Glicerofosfolípidos son con mucho los lípidos más abundantes en las membranas celulares. Como todos los lípidos, son insolubles en agua, pero su geometría única hace que se agreguen en bicapas sin gasto de energía. Esto es debido a que son moléculas con dos caras, con cabezas de fosfato hidrófilas (amantes del agua) y las colas hidrocarbonadas de los ácidos grasos hidrófobas (huyen del agua). En el agua, estas moléculas espontáneamente se alinean con la cabeza mirando hacia el exterior y sus colas alineando en el interior de la bicapa. Por lo tanto, las cabezas hidrófilas de los glicerofosfolípidos se situan en la membrana plasmática se sitúan tanto hacia el citoplasma hidrófilo como hacia el exterior de la célula.

En total, los lípidos representan alrededor de la mitad de la masa de las membranas celulares. Las moléculas de colesterol, aunque menos abundantes que glicerofosfolípidos, representan aproximadamente el 20 por ciento de los lípidos en las membranas plasmáticas de las células animales. Sin embargo, el colesterol no sólo está presente en las membranas bacterianas o en las membranas mitocondriales. Además, el colesterol ayuda a regular la rigidez de las membranas, mientras que otros lípidos menos prominentes juegan un papel en la señalización celular y el reconocimiento de células.

Figura 2: La bicapa glicerofosfolípido con las proteínas transmembrana incrustadas

Además de los lípidos, las membranas están cargadas con proteínas. De hecho, las proteínas representan aproximadamente la mitad de la masa de la mayoría de las membranas celulares. Muchas de estas proteínas están embebidas en la membrana y sobresalen en ambos lados, se denominan proteínas de transmembrana. Las porciones de estas proteínas que están anidados en medio de las colas de hidrocarburos tienen características superficiales hidrofóbicas, y las partes que sobresalen son hidrófilas (Figura 2).

A temperaturas fisiológicas, las membranas celulares son fluidas; a temperaturas más frías, se convierten en gel. Los científicos que estudiaron los modelos de estructura de membrana describieron la dinámica de ésta como un mosaico fluido en el que las proteínas transmembrana se pueden mover lateralmente en la bicapa lipídica.Por lo tanto, la recogida de los lípidos y de las proteínas que forman una membrana celular se basa en las propiedades biofísicas naturales de su forma y función. En las células vivas, sin embargo, muchas proteínas no son libres de moverse. A menudo están ancladas en su lugar dentro de la membrana por correas a las proteínas fuera de la célula, elementos del citoesqueleto en el interior de la célula, o ambos.

¿Qué hacen las Membranas?

Las membranas celulares son barreras y sitios de paso. Son semi-permeables, lo que significa que algunas moléculas pueden difundir a través de la bicapa lipídica, pero otras no pueden. Las pequeñas moléculas hidrofóbicas y gases como oxígeno y dióxido de carbono las atraviesan rápidamente. Pequeñas moléculas polares, tales como agua y etanol, también puede pasar a través de membranas, pero lo hacen más lentamente. Por otra parte, las membranas celulares restringen la difusión de moléculas altamente cargadas, tales como iones y moléculas grandes, azúcares y aminoácidos. El paso de estas moléculas se basa en las proteínas de transporte específicas incrustadas en la membrana.

Las proteínas de membrana de transporte son específicas y selectivas para las moléculas que se mueven, y a menudo usamos la energía para catalizar su paso. Además, este transporte de algunos nutrientes en contra del gradiente de concentración requiere energía adicional. La capacidad para mantener gradientes de concentración y a veces mover los materiales contra ellos es vital para la salud celular y el mantenimiento del statu quo. Gracias a barreras de membrana y proteínas de transporte, la célula puede acumular nutrientes en concentraciones más altas que las que existen en el medio ambiente y, a la inversa, la eliminación de productos de desecho (Figura 3).

Figura 3. Proteínas especializadas en la membrana celular regular la concentración de moléculas específicas dentro de la célula. © 2010 Nature Education Todos los derechos reservados.

Otras proteínas transmembrana tienen puestos de trabajo relacionados con la comunicación. Estas proteínas unen señales, tales como hormonas o mediadores inmunes, a sus porciones extracelulares. Este encaje causa un cambio conformacional en la proteína que transmite una señal intracelular a o desde moléculas mensajeras. Al igual que las proteínas de transporte, proteínas receptoras son específicas y selectivas para las moléculas (Figura 4).

Ejemplos de la acción de las proteínas transmembrana

Figura 4: Ejemplos de la acción de las proteínas transmembrana.Transporters llevar una molécula (tal como glucosa) a partir de un lado de la membrana plasmática a la otra.Los receptores pueden unirse a una molécula extracelular (triángulo), y esto activa un proceso intracelular. Las enzimas de la membrana se puede hacer lo mismo que hacen en el citoplasma de una célula: transformar una molécula en otra forma. Proteínas de anclaje físicamente puede unir estructuras intracelulares con las estructuras extracelulares.

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