Membrana Plasmática

Es una estructura continua que rodea a la célula. Por un lado está en contacto con el citoplasma (medio interno) y, por el otro, con el medio extracelular que representa el medio externo.

Contiene receptores específicos que permiten a la célula interaccionar con mensajeros químicos y emitir la respuesta adecuada.

La célula está rodeada por una membrana, denominada "membrana plasmática"..

La membrana plasmática representa el límite entre el medio extracelular

En la composición química de la membrana entran a formar parte lípidos, proteínas y glúcidos en proporciones aproximadas de 40%, 50% y 10%, respectivamente

En la membrana de la célula eucariota encontramos tres tipos de lípidos: fosfolípidos, glucolípidos y esterol.

Todos tienen carácter anfipático ; es decir que tienen un doble comportamiento, parte de la molécula es hidrófila y parte de la molécula es hidrófoba por lo que cuando se encuentran en un medio acuoso se orientan formando una bicapa lipídica

La bicapa lipidica constituye la estructura básica y es una barrera altamente selectiva al paso de sustancias . Es una bicapa de fosfolipidos , de tal manera que el resto de los componentes están insertas en el centro de la misma, formando una matriz flexible.

La función de esta bicapa lipidica aparte de constituir el esqueleto le otorga un grado de fluidez. Esta propiedad depende directamente de la longitud de la cadena hidrocarbonada de la molécula forfolipidos y grado instauración

Encontramos esteroles como el colesterol (célula animal) que tiene función proporcionar estabilidad mecánica adicional a la membrana

A baja T actúa como espaciadores entre las cadenas de fosfolipidos restringiendo las interacciones moleculares que facilitan la solidificación

A altas T restringen el movimiento de las regiones más cercanas a la cabeza de los fosfolipidos impidiendo que las membranas se debiliten o desestabilizarse

La membrana plasmática no es una estructura estática, sus componentes tienen posibilidades de movimiento, lo que le proporciona una cierta fluidez. Los movimientos que pueden realizar los lípidos son:

de rotación: es como si girara la molécula en torno a su eje. Es muy frecuente y el responsable en parte de los otros movimientos

de difusión lateral: las moléculas se difunden de manera lateral dentro de la misma capa. Es el movimiento más frecuente

flip-flop: es el movimiento de la molécula lipídica de una monocapa a la otra gracias a unas enzimas llamadas flipasas. Es el movimiento menos frecuente, por ser energéticamente más desfavorable

de flexión: son los movimientos producidos por las colas hidrófobas de los fosfolípidos

Proteínas

Son los componentes de la membrana que desempeñan las funciones específicas (transporte, comunicación, etc).

Al igual que en el caso de los lípidos , las proteínas pueden girar alrededor de su eje y muchas de ellas pueden desplazarse lateralmente (difusión lateral) por la membrana

Las distintas proteínas de membrana están asociadas a la bicapa lipidica de diferentes maneras, como se observa

Muchas proteínas de membrana atraviesan la bicapa lipídica, de manera que parte de su masa se sitúa a cada lado de la membrana (proteínas integrales o intrínsecas) o también conocidas como

Transmembrana

otras que no ocupan el interior hidrofóbico de la bicapa lipídica están unidas a una u otra cara de la membrana mediante ineracciones no covalentes con otras proteínas de membrana (proteínas periféricas o extrínsecas).

Si bien es cierto que las proteínas no son los elementos más numerosos al interior de las membranas plasmáticas, son los más versátiles

. (a) Las proteínas pueden, 1: atravesar la membrana en forma de cadena; lineales, 2: replegarse dentro de la bicapa. Constituyen las proteínas integrales,

(b) La; proteínas periféricas son las que no atraviesan la membrana. Pueden estar, 3: unidas otra proteína, 4: unidas a ácidos grasos, 5: asomar únicamente por uno de sus extremos

Desde este punto de vista dos son las cualidades que destacan de las proteínas de membrana: por un lado, su capacidad para disponerse formando complejos agregados que sirven a la célula para capturar energía (complejos fotosintéticos) y traducir señales al interior del citoplasma celular (receptores de membrana y complejos de transporte), y por otro, la facultad de poder difundir en, el plano de la membrana (difusión lateral) otorgando dinamismo a su accionar

Las proteínas realizan numerosas funciones específicas.

Pueden transportar determinadas moléculas fuera y dentro de la célula, asociar al citoesqueleto y a la matriz extracelular.

También son capaces de actuar como recetores específicos de señales químicas del medio externo, incluso pueden servir con enzimas catalizadoras de procesos asociados a la membrana.

•Glúcidos

Se sitúan en la superficie externa de las células eucariota por lo que contribuyen a la asimetría de la membrana.

Estos glúcidos son oligosacáridos unidos a los lípidos (glucolípidos), o a las proteínas (glucoproteinas)

Esta cubierta de glúcidos representan el carne de identidad de las células, constituyen la cubierta celular o glucocálix, a la que se atribuyen funciones fundamentales

Protege la superficie de las células de posibles lesiones

Confiere viscosidad a las superficies celulares, permitiendo el deslizamiento de células en movimiento, como , por ejemplo, las sanguíneas

Presenta propiedades inmunitarias, por ejemplo los glúcidos del glucocálix de los glóbulos rojos representan los antígenos propios de los grupos sanguíneos del sistema sanguíneo ABO.

Interviene en los fenómenos de reconocimiento celular, particularmente importantes durante el desarrollo embrionario.

En los procesos de adhesión entre óvulo y espermatozoide.

Estructura:

1925 Gorter y Grendel aislaron la membrana de glóbulos rojos concluyendo que estaba organizada en bicapa lipidica

1935 Danielli y Dauson establecen el primer modelo de membrana que esta formada por una bicapa lipidica y proteínas

• Robertson comprobó el planteamiento de Danielli y Dauson y estableció que las regiones oscuras correspondían a componentes polares probablemente proteínas y las bandas claras serían lípidos organizados en una bicapa lipidica

1972 Singer y Nicolson establecen el modelo de mosaico fluido

En la actualidad el modelo más aceptado es el propuesto por Singer y Nicholson (1972), denominado modelo del mosaico fluido , que presenta las siguientes características

Considera que la membrana es como un mosaico fluido en el que la bicapa lipídica es la red cementante y las proteínas embebidas en ella, interaccionando unas con otras y con los lípidos. Tanto las proteínas como los lípidos pueden desplazarse lateralmente

Los lípidos y las proteínas integrales se hallan dispuestos en mosaico.

Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución fundamentalmente de los glúcidos, que sólo se encuentran en la cara externa

Funciones de la membrana plasmática.

Sus funciones se pueden resumir en:1. Constituye el límite fundamental de toda célula viva

2. Regula los movimientos de sustancias desde y hacia la célula manteniendo concentración intracelular de moléculas en los niveles adecuados para que se realicen los procesos básicos

3. Conducir potenciales de acción electroquímicos (células excitables

4. Movimiento de sustancias a través de la membrana celular5. Participar en interacciones directas con la membrana plasmática de

células vecinas, formando uniones intracelulares.

6. Mantener estable la forma celular con la ayuda de la interacción con elementos del citoesqueleto y de la matriz extracelular.

7. Transducción de señales mediante segundos mensajeros

La bicapa lipídica de la membrana actúa como una barrera que separa dos medios acuosos, el medio donde vive la célula y el medio interno celular

Las células requieren nutrientes del exterior y deben eliminar sustancias de desecho procedentes del metabolismo y mantener su medio interno estable.

La membrana presenta una permeabilidad selectiva, ya que permite el paso de pequeñas moléculas, siempre que sean lipófilas, pero regula el paso de moléculas no lipófilas

Los mecanismos de transporte pueden verse en el siguiente esquema

Transporte de moléculas de baja masa molecular

El transporte pasivo. Es un proceso de difusión de sustancias a través de la membrana. Se produce siempre a favor del gradiente, es decir, de donde hay más hacia el medio donde hay menos. Este transporte puede darse por

1.- Difusión simple . Es el paso de pequeñas moléculas a favor del gradiente; puede realizarse a través de la bicapa lipídica o a través de canales proteicos

1.a.-Difusión simple a través de la bicapa (1). Así entran moléculas lipídicas como las hormonas esteroideas, anestésicos como el éter y fármacos liposolubles. Y sustancias apolares como el oxígeno y el nitrógeno atmosférico. Algunas moléculas polares de muy pequeño tamaño, como el agua, el CO2, el etanol y la glicerina, también atraviesan la membrana por difusión simple. La difusión del agua recibe el nombre de ósmosis

Osmosis: Si tenemos dos disoluciones acuosas de distinta concentración separadas por una membrana semipermeable (deja pasar el disolvente pero no el soluto), se produce el fenómeno de la ósmosisque es un tipo de difusión pasiva caracterizada por el paso del agua (disolvente) a través de la membrana semipermeable desde la solución más diluida hipotónica- a la más concentrada hipertónica-,este movimiento continuará hasta que las dos soluciones tengan la misma concentración -isotónicas

La membrana plasmática de la célula puede considerarse como semipermeable, y por ello las células deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos que las bañan

En la célula, las moléculas de agua atraviesan libremente la membrana semipermeable en ambas direcciones, pero el movimiento neto se ejerce desde el área con mayor concentración acuosa hacia el área que presenta menos concentración. Este flujo del agua en sentido de su gradiente ejerce una presión denominada presión osmótica y corresponde a la presión que sería necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable

Cuando la célula se encuentra en un medio isotónico, el intercambio de agua está balanceado y no se presentan alteraciones del volumen celular. El plasma sanguíneo, la linfa y el líquido intersticial constituyen una solución isotónica respecto a las células con las que se ponen en contacto

Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos se tornan hipertónicosrespecto a la célula, y ésta pierde agua, se deshidrata y mueren –plamólisis

Y si por el contrario los medios extracelulares se diluyen, se hacen hipotónicos respecto a la célula, el agua tiende a entrar y las células se hinchan, se vuelven turgentes –turgescencia-, llegando incluso a estallar

1.b.- Difusión simple a través de canales (2).Se realiza mediante las denominadas proteínas de canal. Así entran iones como el Ca2+, Cl-. Las proteínas de canal son proteínas con un orificio o canal interno, cuya apertura está regulada, por ejemplo por ligando, como ocurre con neurotransmisores u hormonas, que se unen a una determinada región, el receptor de la proteína de canal, que sufre una transformación estructural que induce la apertura del canal

1.c.- Difusión facilitada (3). Permite el transporte de pequeñas moléculas polares, como los aminoácidos, monosacáridos, etc, que al no poder, que al no poder atravesar la bicapa lipídica, requieren que proteínas trasmembranosas faciliten su paso. Estas proteínas reciben el nombre de proteínas transportadoras o permeasas que, al unirse a la molécula a transportar sufren un cambio en su estructura que arrastra a dicha molécula hacia el interior de la célula

El transporte activo (4). En este proceso también actúan proteínas de membrana, pero éstas requieren energía, en forma de ATP, para transportar las moléculas al otro lado de la membrana. Se produce cuando el transporte se realiza en contra del gradiente electroquímico. Son ejemplos de transporte activo la bomba de Na/K, y la bomba de Ca

1.- La bomba de Na+/K+ Requiere una proteína transmembranosa que bombea Na+ hacia el exterior de la membrana y K+ hacia el interior. Esta proteína actúa contra el gradiente gracias a su actividad como ATP-asa, ya que rompe el ATP para obtener la energía necesaria para el transporte

Por este mecanismo, se bombea 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ hacia el interior, con la hidrólisis acoplada de ATP. El transporte activo de Na+ y K+ tiene una gran importancia fisiológica

Transporte de moléculas de elevada masa molecular

Para el transporte de este tipo de moléculas existen tres mecanismos principales: endocitosis, exocitosis y transcitosis. En cualquiera de ellos es fundamental el papel que desempeñan las llamadas vesículas revestidas. Estas vesículas se encuentran rodeadas de filamentos proteicos de clatrina

1.- Endocitosis: Es el proceso por el que la célula capta partículas del medio externo mediante una invaginación de la membrana en la que se engloba la partícula a ingerir. Se produce la estrangulación de la invaginación originándose una vesícula que encierra el material ingerido. Según la naturaleza de las partículas englobadas, se distinguen diversos tipos de endocitosis

1.a.-Pinocitosis. Implica la ingestión de líquidos y partículas en disolución por pequeñas vesículas revestidas de clatrina.

1.b.- Fagocitosis. Se forman grandes vesículas revestidas o fagosomas que ingieren microorganismos y restos celulares.

1.c.- Endocitosis mediada por un receptor. Es un mecanismo por el que sólo entra la sustancia para la cual existe el correspondiente receptor en la membrana

2. La exocitosis es el proceso mediante el cual se vierten al exterior macromoléculas intracelulares encerradas en vesículas. Estas macromoléculas pueden ser liberadas de roma continua, como ocurre en las glándulas de secreción externa, mientras que otras han de esperar una señal mediada por un mensajero químico (hormona) que, al unirse a los receptores de superficie, aumenta los niveles de Ca+ y provoca la exocitosis, como sucede en el sistema nervioso

3.- Transcitosis.Es el conjunto de fenómenos que permiten a una sustancia atravesar todo el citoplasma celular desde un polo al otro de la célula. Implica el doble proceso endocitosis-exocitosis. Es propio de células endoteliales que constituyen los capilares sanguíneos, transportándose así las sustancias desde el medio sanguíneo hasta los tejidos que rodean los capilares

Recepción y Transducción de señales.La supervivencia de todos los organismos, exige que sus células sean capaces de responder adecuadamente a los estímulos (cambios ambientales de cualquier tipo). Esta capacidad implica la presencia de unos receptores en la membrana celular capaces de ser activados por mensajes que le venga del medio extracelular

• Unión de la molécula señal a su receptor y activación de éste. • El complejo formado por el receptor y la molécula señal, activa a

una proteina de membrana llamada proteina G • Ésta activa a su vez, el enzima de membrana adenilato-ciclasa, que

a partir de ATP sintetiza AMPc • Y por último, el AMPc activa a una enzima intracelular capaz de

activar a otros muchos enzimas intracelulares, que desencadenan una cascada de acontecimientos, hasta provocar la respuesta celular