Introducción
La celula debe de estar protegida frente a determinados compuestos, esta
no puede estar totalmente cerrada a su entorno, debe captar metabolitos y
eliminar productos propios del metabolismo de forma que se mantenga en
equilibrio con el medio que la rodea.
La membrana plasmática es un organelo cuyas funciones más importantes
son
- a) separar, delimitar y proteger las células de otras
- b) catalizar reacciones enzimáticas
- c) poseen receptores químicos que se combinan con moléculas específicas que permiten a la membrana recibir señales y responder de manera específica
- d) comunicion ceular
- e) permeabilidad selectiva mantener el citoesqueleteo y transportar de forma controlada sustancias.
Es importante y muy interesante conocer acerca de las distintas
funciones de la membrana y la complejidad que llevan estos procesos.
Contenido
La membrana plasmática representa el límite entre el medio extracelular
y el intracelular a través de esta se transmiten mensajes que permiten a las
células realizar numerosas funciones: delimita y protege las células, es una barrera
selectivamente permeable, ya que impide el libre intercambio de materiales de
un lado a otro, pero al mismo tiempo proporcionan el medio para comunicar un
espacio con otro, permite el paso o transporte de solutos de un lado a otro de
la célula, pues regula el intercambio de sustancias entre el interior y el
exterior de la célula siguiendo un gradiente de concentración, poseen
receptores químicos que se combinan con moléculas específicas que permiten a la
membrana recibir señales y responder de manera específica, por ejemplo,
inhibiendo o estimulando actividades internas como el inicio de la división
celular, la elaboración de más glucógeno, movimiento celular, liberación de
calcio de las reservas internas, etc.
Las membranas celulares son cruciales para la vida celular. La membrana plasmática rodea a la célula, definiendo su extensión y manteniendo las diferencias esenciales entre el contenido de la célula y su entorno.
La estructura fundamental de la membrana plasmática o celular es la bicapa lipídica que contiene lípidos (colesterol, fosfolípidos etc.), a esta capa lipídica se une un conjunto de proteínas (integrales y periféricas) y carbohidratos. Ha este conjunto de moléculas o bien a este complejo se le denomino mosaico fluido.
Bicapa lipídica
Todas las moléculas lipídicas en las membranas plasmáticas
son anfipaticas, es decir, tiene un extremo hidrofilico (que se siente atraído
por el agua o polar) y un extremo hidrofóbico (que rehúye el agua o no polar).
Las más abundantes de estas moléculas son los fosfolípidos. Los fosfolípidos
tiene una cabeza polar y dos colas hidrocarbonadas (suelen ser ácidos grasos)
hidrofóbicas.
Las membranas plasmáticas de las células animales contiene
cuatro fosfolípidos principales (fosfatidilcolina,
fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina y esfingomielina.), que juntos
constituyen más de la mitad de los lípidos en la mayoría de las membranas. Estos
fosofolipidos se distribuyen de manera asimétrica entre las dos mitades de la
bicapa de la membrana. La capa externa de
la membrana plasmática está compuesta principalmente por fosfatidilcolina y esfingomielina, mientras que la fosfatidiletanolamina y la fosfatidilserina
son los fosfolípidos predominantes en la capa interna.
Un quinto fosfolípido, el fosfatidilinositol, se encuentra
también localizado en la capa interna de la membrana plasmática. Aunque el
fosfatidilinositol es un componente cuantitativamente minoritario, desempeña un
papel importante en la señalización
celular. Los grupos de la cabeza de la fosfatidilserina
como del fosfatidilinositol están cargados negativamente, por lo que su
presencia en la capa interna da lugar a una carga negativa en la cara
citosolica de la membrana plasmática.
Además de los fosfolípidos, las membranas plasmáticas de las
células animales contiene glicolipidos (son
lípidos que contienen azucares) y colesterol.
Los glicolipidos se encuentran exclusivamente en la capa externa de la
membrana plasmática. Son componentes relativamente minoritarios, constituyendo
cerca del 2% de los lípidos de la mayoría de las membranas plasmáticas.
El colesterol, por
el contrario, es un componente mayoritario de las membranas de las células
animales, estando presente en casi las mismas cantidades que los fosfolípidos.
Dependiendo de la temperatura el colesterol tiene efectos
diferentes sobre la fluidez de la membrana. A temperaturas altas el colesterol
infiere con el movimiento de las cadenas de ácidos grasos de los fosfolípido,
lo que disminuye la fluidez de la parte externa de la membrana y reduce su
permeabilidad a las moléculas pequeñas. A bajas temperaturas, sin embargo, el
colesterol tiene el efecto opuesto: al interferir con las interacciones entre
las cadenas de los ácidos grasos el colesterol protege a las membranas de
congelarse y mantienen la fluidez de la membrana. Aunque el colesterol no esta
presente en bacterias, es un componente esencial de las membranas plasmáticas
de las células animales.
Dos características generales de las bicapas fosfolipidicas
resultan críticas para la función de la membrana. Primero, la estructura de los
fosfolípidos es la responsable de la actuación de las membranas como barreras
entre dos compartimientos acuosos (extracelular-intracelular). Debido a que el
interior de la bicapa fosfolipidica está ocupado por cadenas de ácidos grasos
hidrofóbicas, la membrana es impermeable a moléculas hidrosolubles, incluyendo
iones y la mayoría de las moléculas biológicas. Segundo, la bicapas de
fosfolípidos que se encuentran en la naturaleza son fluidos viscosos, no sólidos.
Los ácidos grasos de la mayor parte de los fosfolípidos naturales tiene uno o más
enlaces dobles, que introducen codos en las cadenas hidrocarbonadas y
dificultan su empaquetamiento. Por lo tanto, las largas cadenas hidrocarbonadas
de los ácidos grasos se mueven libremente en el interior de la membrana, por lo
que la membrana es ligera y flexible. Además, tanto los fosfolípidos como las
proteínas son libres de difundir lateralmente dentro de la membrana -una propiedad fundamental para muchas de las
funciones de la membrana.
Diferentes
representaciones de un fosofolipido.
En 1972 JONATHAN
SINGER Y GARTH NICOLSON propusieron el modelo del mosaico fluido de la estructura de la membrana, que actualmente
esta aceptado como el paradigma fundamental de la organización de todas las
membranas biológicas. En este modelo, las membranas se consideran fluidos
bidimensionales en los que las proteínas se insertan dentro de bicapas
lipídicas.
Singer y Nicolson distinguieron dos clases de proteínas
asociadas a la membrana, a las que denominaron proteínas periféricas e integrales de membrana.
Mosaico fluido
(propuesto por: Singer y Nicholson 1972).
Receptores celulares de la
membrana
RECEPTORES : proteínas o glicoproteínas presentes en la membrana plasmática,
en la membrana de los organelos o en el cito sol celular a las que se unen
específicamente moléculas señalizadores
(ligando o mensajero) Se clasifica en:
·
Receptores
acoplados a proteínas g
·
Receptores
asociados a canales iónicos
·
Receptores
ligados a tirosin cinasa
·
Receptores
con actividad enzimática intrínseca
Adhesión celular
Las propiedades funcionales de un tejido depende de manera crítica en
cómo las células individuales se ordenan entre sí. Así, pues como una
casa no puede mantener su estructura sin clavos y cemento, un tejido no puede
mantener sus características sin las apropiadas uniones celulares.
Las uniones entre células están divididas en tres categorías,
basadas en la función que cumplen:
Uniones estrechas: también llamadas uniones
oclusivas; conectan las membranas plasmáticas de células adyacentes formando
una lámina, impidiendo que pequeñas moléculas se pierdan entre el espacio
intercelular. Esto permite que la lámina de células actúe como una pared
dentro del órgano manteniendo las moléculas separadas.
Uniones de anclaje: mecánicamente unen
los citoesqueletos de una célula con el citoesqueleto de
otras células o con la matriz extracelular. Este tipo de unión es más común en
tejidos que se encuentran sometidos a estrés mecánico, como los
músculos o la piel.
Uniones comunicantes: muchas células se comunican entre si por
medio de conexiones directas, llamadas uniones comunicantes.
En estas uniones, una señal química pasa directamente de una célula a otra
adyacente; se establece un contacto físico directo que une los citoplasmas de
dos células contiguas, permitiendo que pequeñas moléculas o iones pasen de una
a otra célula. En animales este tipo de unión recibe el nombre de uniones GAP y
en vegetales reciben el nombre de plasmodesmos.
Desmosas: Por debajo de las uniones adherentes, aunque
también en cualquier sitio de la membrana plásmica lateral. Las células se unen
por medio de proteínas transmembranales. (desmogleinas)
Hemidesmosas:
Uniones de anclaje que
ayudan a adherir a la célula con la membrana basal y el tejido conectivo.
Permeabilidad
selectiva
La
permeabilidad de las membranas es la facilidad de las moléculas para
atravesarla. Esto depende principalmente de la carga eléctrica y, en menor
medida, de la masa molar de la molécula. Pequeñas moléculas y moléculas con
carga eléctrica neutra pasan la membrana más fácilmente que elementos cargados
eléctricamente y moléculas grandes. La membrana es selectiva, lo que significa
que permite la entrada de unas moléculas y restringe la de otras. La
permeabilidad depende de los siguientes factores:
- Solubilidad en los lípidos: Las sustancias que se disuelven en los lípidos (moléculas hidrófobas, no polares) penetran con facilidad en la membrana dado que está compuesta en su mayor parte por fosfolípidos.
- Tamaño: La mayor parte de las moléculas de gran tamaño no pasan a través de la membrana. Sólo un pequeño número de moléculas no polares de pequeño tamaño pueden atravesar la capa de fosfolípidos.
- Carga: Las moléculas cargadas y los iones no pueden pasar, en condiciones normales, a través de la membrana. Algunas sustancias cargadas pueden pasar los canales proteicos o con la ayuda de una proteína transportadora.
Proteinas
Las proteínas son las responsables de muchas de las funciones que tienen
su base en las membranas celulares. Hay
dos grandes grupos de proteínas relacionadas con las membranas: las integrales
y las periféricas.
Las proteínas integrales son aquellas que
tienen tres dominios en sus secuencias de aminoácidos: uno extracelular, uno
intracelular y otro integrado en la membrana. Poseen secuencias de
aminoácidos con radicales hidrofóbicos que se sitúan entre las cadenas de
ácidos grasos de los lípidos de la membrana, mientras que los dominios intra y
extracelular poseen secuencias de aminoácidos con radicales hidrofílicos.
Estas
proteínas son mayoritariamente producidas en el retículo endoplasmático y
repartidas por otras membranas de la célula principalmente mediante el tráfico
vesicular.
Las funciones son muy variadas, pero destacan
la adhesión llevadas a cabo por las integrinas, cadherinas,
selectinas y otras, formación de bombas transportadoras de
iones, transportadores de moléculas como la glucosa y canales
iónicos que generan ATP como la ATPasa de las mitocondrias y los
cloroplastos, otras pueden afectar al potencial de membranas como los canales
calcio, sodio o potasio.
Algunas son receptores de señales
como los que reconocen los factores se crecimiento, neurotransmisores, hormonas
y otros. Su organización en dominios extracelular e intracelular permite
una comunicación entre ambos de la membrana, lo cual hace que una
información extracelular, por ejemplo una hormona reconocida por el dominio
extracelular, provoque un cambio conformacional en el dominio intracelular y
esto desencadene una cascada de señales intracelulares que alteren la
fisiología celular, incluso la expresión génica.
Proteínas
periféricas
Se esquematizan las principales formas de proteínas periféricas: aquellas asociadas a la superficie de la membrana y aquellas que se encuentran parcialmente integradas. De izquierda a derecha: proteínas que tienen una parte de su secuencia de aminoácidos inserta en una de las monocapas de la membrana; proteínas que interactúan con los dominios extramembrana de proteínas integrales; proteínas que interactúan eléctricamente con las cabezas de los lípidos; proteínas que están unidas covalentemente a azúcares de los glucolípidos y, por último, proteínas que tienen ácidos grasos unidos covalente, lo que les permite insertarse en la zona hidrófoba de la membrana.
Las proteínas asociadas a las membranas plasmáticas cuyas
cadenas de aminoácidos no cruzan completamente la membrana plasmática se
denominan periféricas.
Estas proteínas no se insertan en el interior hidrofóbico de
la bicapa lipídica. En vez de esto, se asocian indirectamente con las membranas
atreves de interacciones proteína-proteína. Estas interacciones frecuentemente
implican enlaces iónicos, que se ven afectados por el pH extremo o alta
salinidad.
Proteínas integrales
A diferencia de las proteínas periféricas de membrana, las proteínas
integrales de membrana solamente pueden ser liberadas mediante tratamientos que
rompan la bicapa fosfolipidica. Estas proteínas integrales de membrana tiene
partes que se insertan dentro de la bicapa lipídica, por lo que solo pueden ser
disociadas mediante agentes que alteren las interacciones hidrofóbicas. Los
agentes más comunes utilizados para la solubilizacion de las proteínas
integrales de membrana son los detergentes, que son moléculas pequeñas
anfipaticas que contienen tanto gropos hidrofóbicos como hidrofilicos. Las
porciones hidrofóbicas de los detergentes desplazan los lípidos de membrana y
se unen a las porciones hidrofóbicas de las proteínas integrales de membrana.
Debido a que el otro extremo de la molécula de detergente es hidrofilico, los
complejos detergente-proteína son solubles en soluciones acuosas. Muchas
proteínas integrales son proteínas transmembrana, que atraviesan la bicapa
lipídica con partes expuestas a ambos lados de la membrana.
Conclusiones
- En los organismos pluricelulares, la mayoría de las células se encuentran en contacto físico con otras células todo el tiempo como miembros organizados de un tejido. La naturaleza física de la conexión entre las células de un tejido en gran medida determina como es.
- Parte de las funciones de las membranas Es una estructura fluida que hace que sus moléculas tengan movilidad lateral, Es semipermeable, por lo que puede actuar como una barrera selectiva frente a determinadas moléculas, Posee la capacidad de ser abierta y fusionada de nuevo sin perder su organización, es una estructura flexible y maleable que se adapta a las necesidades de la celula.
- La permeabilidad es una barrera permeable selectiva entre la célula y el ambiente extracelular, permite la entrada de moléculas esenciales.
- Las proteínas de la membrana varían desde una docena hasta 50 tipos diferentes.
- Cada una se encuentra localizada y dirigida en una posición particular de la bicapa de lípidos. Pueden ser proteínas integrales, que penetran en la bicapa de lípidos; la mayoría atraviesan completamente la bicapa y tienen regiones que sobresalen en ambos lados de la membrana hacia
- El espacio extracelular y el citoplásmico. Otro tipo de proteínas son la periféricas, que se localizan por completo fuera de la bicapa de lípidos, pero ancladas por grupos de ácidos grasos o por otras proteínas a la superficie extracelular o citoplásmica.
Bibliografia
Alberts, B. Biología molecular de la célula (4ª ed.) Omega, 2004.
Karp Gerald, Biología celular y Molecular,
México D.F:Mc. Graw- Hill Interamericana, 2007.
Teresa y Gerald, 1996. Biología 1. Cuarta
Edición. Editorial Prentice-Hall Hispanoamericana
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