Membrana Plasmática

1- ¿Qué es la membrana plasmática?

La membrana plasmática conocida como membrana celular es una cubierta que envuelve y delimita a la célula separándola del medio externo. Funciona como una barrera entre el interior de la célula y su entorno ya que permite la entrada y salida de moléculas a través de ella. Este paso de moléculas es un fenómeno llamado permeabilidad. Pero la membrana no deja pasar facilmente a todas las moléculas, por lo que es selectivamente permeable. La membrana plasmática es muy delgada, mide de 7 a 10 nanómetros (nm) de grosor, por lo que el microscópio óptico no la detecta, sólo puede ser observada con el microscópio electrónico.

Otras funciones de la célula se relacionan con el transporte, la comunicación, el reconocimiento y la adhesión celular. 

La membrana celular se caracteriza por ser una estructura dinámica, siendo la fluidez una de las características más importantes que posee.

Esta fluidez depende de la temperatura, dado que aumenta al aumentar la temperatura. También depende de la naturaleza de los lípidos que posee, dado que la presencia de lípidos insaturados y de cadena corta favorecen el aumento de la fluidez. La presencia de colesterol endurece las membranas, reduciendo su fluidez y permeabilidad.

En la composición de la membrana el 40% corresponden a lípidos, el 50% a proteínas, y el 10% a glúcidos.

- Los lípidos que constituyen la membrana son fosfolípidos, glucolípidos y colesterol, y su principal función es actuar como una barrera semipermeable.

- Las proteínas que forman la membrana son integrales o periféricas, y sus funciones se relacionan con el transporte y la comunicación.

- Los glúcidos por lo general, se encuentran unidos a lípidos, formando glucolípidos, y a proteínas, generándose las glucoproteínas. Su principal función es constituir la cubierta celular o glucocálix. Las diferentes funciones que exhiben las distintas células, se relacionan el tipo de glúcido que hay en su cubierta.

A medida que se ha obtenido información sobre la membrana plasmática, se han propuesto varios modelos que explican como está estructurada y como funciona. El modelo que se acepta actualmente es el modelo de mosaico fluidopropuesto por Singer y Nicolson en 1972. Lo de mosaico se debe a la mezcla de lípidos y proteínas que construyen la membrana y lo de fluido, a que chocan unas con otras debido a su fluidez provocada por los movimientos de los fosfolípidos. Características del modelo de mosaico fluido : La membrana está formada por dos capas (bicapa) de fosfolípidos en la que están incluidas numerosas proteínas.

Bicapa lipídica:Los lípidos que forman la membrana plasmática son, principalmente fosfolípidos. Estos se hallan formando una doble capa  en la cual dejan expuestas sus cabezas hidrofílicas y escondidas sus colas hidrofóbicas.  En cada capa de la bicapa lipídica los lípidos están en continuo movimiento lateral, confiriéndole a la membrana su calidad de fluido. Además de los fosfolípidos hay colesterol (solo en los eucariontes) y glucolípidos (solo en la cara externa de la bicapa). Estos últimos, más las glucoproteínas proveen una porción de carbohidratos que se disponen en la superficie celular externa formando el glicocálix. Se piensa que estos carbohidratos actúan en el reconocimiento intercelular. Proteínas en la membrana: En la bicapa lipídica están incrustadas las proteínas de la membrana, cuya proporción varía de célula en célula.

- Las que están en la superficie exterior o en la interior de la bicapa lipídica son proteínas periféricas.- La que penetran la bicapa son proteínas integrales. Mientras la bicapa lipídica determina la estructura básica de la membrana, las proteínas pueden desempeñar múltiples funciones como: 

- Receptores,  que captan sustancias del medio y desencadenan respuestas intracelulares.- Enzimas, aceleradores de reacciones químicas.

- Transportadores , canales y bombas, encargados de permitir y regular el paso de sustancias a través de la membrana. A veces las proteínas y los lípidos tienen carbohidratos unidos a ellas, formando glucoproteínas y glucolípidos, respectivamente.

2- Movimiento de sustancias a través de la membrana plasmática

Para poder vivir y crecer las células necesitan recibir constantemente nutrientes y eliminar las sustancias de desecho antes de que se acumulen en ella y le causen algún daño. También las células secretan sustancias producidas por ellas mismas. Todos los nutrientes, desechos y secreciones deben pasar a través de la membrana. Hay tres formas generales por medio de las cuales las sustancias atraviesan la membrana plasmática: - Transporte pasivo (no requiere energía)- Transporte activo (requiere energía)- Transporte mediado por vesícula.

a) Transporte pasivo:

Es un proceso espontáneo de difusión de sustancias a través de la membrana, en el que no se requiere energía para realizar el trabajo de transportar las sustancias por parte de la célula. Durante el tranporte pasivo, las sustancias se mueven de un medio de mayor concentración a uno de menor concentración, es decir, a favor de una gradiente de concentración. Una gradiente de concentración es una medida de la diferencia de concentración de una sustancia en dos regiones.  Son mecanismos de transporte pasivo la difusión simple, la ósmosis y la difusión facilitada.

- Difusión simple es el paso de moléculas pequeñas y sin carga eléctrica, como el oxígeno o el dióxido de carbono, a través de la membrana celular.Estas van desde el medio en que se hallan en mayor concentración hacia el medio en donde su concentración es menor, producida por la gradiente de concentración. Por ejemplo, las moléculas de oxígeno entran a la célula si su concentración en esta es menor que en el medio extracelular; en caso contrario, las moléculas de dióxido de carbono salen de la célula y, así, las concentraciones a ambos lados de la membrana tienden a igualarse.

- Ósmosis (un caso especial de difusión simple):Se trata del paso del agua a través de una membrana semipermeable; es decir, la membrana deja pasar el agua, pero no los solutos. El agua pasa desde una solución de menor concentración de solutos hacia otra de mayor concentración.El agua atraviesa la membrana de forma que las concentraciones a ambos lados tienden a igualarse.

- Difusión facilitada: Las moléculas que no pueden atravesar directa y libremente la bicapa lipídica, a pesar de que su gradiente de concentración es favorable, son transportadas a través de proteínas transmembrana.Las proteínas de transporte se encuentran en la mambrana plasmática y en la mambrana de los organelos y pueden ser de dos tipos: Proteínas de canalProteínas portadoras Las proteínas de canal forman poros permeables o canales, en la bicapa lipídica, por medio de los cuales ciertos iones pueden cruzar la membrana. Ej. el sodio (Na+), cloruro (Cl), potasio (K+)  Las proteínas portadoras tienen sitios de unión para moléculas específicas. Como resultado de la unión las proteínas portadoras cambian su forma, haciendo que la molécula pase a través de la parte central de la proteína hacia el otro lado de la mambrana. Las moléculas que utilizan este mecanismo son los aminoácidos, los monosacáridos como la glucosa y algunas proteínas pequeñas. 

b) Transporte activo:

El transporte activo es el que se produce en contra de la gradiente de concentración por ello requiere del consumo de energía proporcionada por la molécula de ATP (adenosin trifosfato).Este transporte ocurre con la ayuda de otro tipo de proteínas de transporte, las cuales poseen dos sitios activos, uno al que se van a unir a la molécula que se va a transportar y otro para que se una el ATP. Este último cede energía a la proteína, haciendo que esta cambie de forma y mueva la molécula al otro lado de la membrana. Una vez liberadala molécula, la proteína de transporte recupera su forma original y puede seguir repitiendo el proceso.

Las bombas, la clásica bomba sodio-potasio ATPasaLas bombas de sodio-potasio (así como todas las otras bombas potenciadas por ATP) son proteínas transmembrana que se distribuyen alrededor de la membrana. Al experimentar una serie de  cambios  conformacionales, las  bombas  intercambian  el  sodio  por  el  potasio  a  través  de  la membrana plasmática. A diferencia de lo que ocurre en la difusión facilitada, por lo menos uno de los cambios conformacionales en el ciclo de la bomba requiere energía, que proporciona el ATP. La forma de la proteína bomba de sodio potasio cambia en el ciclo, cuando un grupo fosfato del ATP primero se une a ella y posteriormente es retirado. El transporte activo puede ser de tres tipos: uniport, simport o antiport.

- El transporte activo uniport es aquel en el que se mueven un tipo de molécula en una sola dirección.

- El transporte activo simport es aquel en el que son transportados dos solutos en la misma dirección al mismo tiempo.

- Y, el transporte activo antiport, ocurre cuando dos solutos son transportados en direcciones contrarias al mismo tiempo, como en el caso de la bomba sodio-potasio. Otros procesos que permiten el transporte de nutrientes a la célula son la endocitosis, la pinocitos, la fagocitosis y la exocitosis.

a) La endocitosis en un proceso por el que la célula capta partículas del medio externo mediante la invaginación de la membrana en la que se engloba la partícula a ingerir. Para ello, hay un estrangulamiento de la membrana, dando origen a una vesícula que encierra el material ingerido.

b) La pinocitosis es un proceso que permite a determinadas células y organismos unicelulares obtener líquidos orgánicos del medio exterior, mediante una invaginación, que forma una vesícula alrededor del líquido del medio externo que será incorporado a la célula.

c) La fagocitosis es un proceso en el cual, la célula ingiere desechos, bacterias u otros restos celulares. Se lleva a cabo en células especializadas llamadas fagocitos.

En la fagocitosis la invaginación de la membrana produce una vesícula que se denomina fagosoma, la cual usualmente se fusiona con uno o más lisosomas que contienen enzimas hidrolíticas. Estas enzimas destruyen y degradan los materiales contenidos en el fagosoma.

Por medio de pseudópodos o grandes prolongaciones de la membrana plasmática, las partículas sólidas son envueltas y llevadas al citoplasma de la célula en forma de vacuola fagocítica.

d) La exocitosis, finalmente, es un tipo de transporte que tiene por objetivo la salida de diferentes macromoléculas desde la célula, a través de una evaginación de la membrana, liberando al medio extracelular los diferentes desechos que en ella se encuentren.