Membrana Celular (Membrana Citoplasmática o Plasmalema), Estructura y Glucocáliz

Las membranas constituyen el límite externo de cada célula y de determinados organelos. La membrana plasmática es la estructura más externa de las células animales que separa el interior de la célula de su entorno.

Los procariontes, que representan las células más simples y más pequeñas, tienen una sola membrana que los rodea, la membrana plasmática. No contienen subcompartimientos internos limitados por membranas; es decir, organelos.

En cambio, las células eucariontes se encuentran subdivididas, por membranas internas. Estas membranas crean compartimientos cerrados que constituyen los diversos organelos. Cada organelo está rodeado por una o más biomembranas. Los principales organelos delimitados por una membrana son el complejo de Golgi, el retículo endoplásmico, lisosomas y peroxisomas. Mientras que los que poseen una membrana doble son el núcleo, las mitocondrias y los cloroplastos (solo presentes en células vegetales).

Todas las membranas biológicas, incluidas la membrana plasmática, la membrana de los organelos y las vesículas intracelulares están compuestas por los mismos materiales (lípidos y proteínas), y comparten además una estructura fundamental común. La estructura básica de las membranas plasmáticas es una bicapa fosfolipídica.

Membrana plasmática

La membrana plasmática también llamada plasmalema, delimita el territorio de la célula y controla su contenido químico, es decir, la célula está rodeada por una membrana que representa el límite entre el medio extracelular y el intracelular; a través de ella se transmiten mensajes que permiten a las células realizar numerosas funciones.

La membrana plasmática es tan delgada que no se puede percibir con el microscopio óptico.

Con el microscopio electrónico se visualiza como una línea de alrededor de 8 nanómetros (nm)

compuesta de dos capas densas de unos 2.5 nm de espesor, separadas por una capa más clara de alrededor de 3 nm de ancho.

Las funciones de la membrana plasmática son:

- Regula el paso de sustancias hacia el interior de la célula y viceversa. Permite el paso de ciertas sustancias e impide el paso de otras, actuando como barrera con permeabilidad selectiva.

- 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 y, por consiguiente, proporciona el medio apropiado para el funcionamiento de las proteínas de membrana.

- Aísla y protege a la célula del ambiente externo, confiriéndole su individualidad, al separarla del medio externo.

 

Estructura: modelo del mosaico fluido

El modelo más aceptado de membrana fue propuesto por Jonathan Singer y Garth Nicholson en 1972 y se denomina “modelo del mosaico fluido”. Este modelo se ha utilizado durante décadas, para describir la membrana plasmática.

En este modelo la membrana se describe como un fluido debido a que los lípidos pueden difundirse lateralmente en el plano de la membrana. Mientras que las proteínas están dispersas por toda la membrana igual que un mosaico.

Muchas de las proteínas de membrana conservan la capacidad de moverse lateralmente y se asemejan a icebergs que flotan en un mar de lípidos.

El modelo de membrana está constituido por las siguientes moléculas: lípidos, proteínas y carbohidratos.

En la membrana plasmática, las proteínas forman un 55 %, los fosfolípidos 25 %, el colesterol 13 %, otros lípidos 4 % y los carbohidratos 3 %.

La distribución de los fosfolípidos proporciona la estructura básica, mientras que las proteínas aportan la funcionalidad.

En la membrana plasmática de la célula eucariota se localizan tres tipos de lípidos: fosfolípidos, glucolípidos y colesterol.

 

 

Fosfolípidos

Los fosfolípidos son los principales componentes estructurales de la membrana plasmática. Alrededor de la mitad de los lípidos de la membrana celular son fosfolípidos y los más importantes de estos son la fosfatidilcolina (lecitina), fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina y esfingomielina.

Estas moléculas son anfipáticas, esto significa que poseen un extremo hidrofílico muy polar (la cabeza) y un extremo hidrofóbico no polar, constituido por dos largas cadenas de ácidos grasos (la cola). Los extremos no polares, con fobia al agua, (ya que el agua es polar), forman el interior hidrofóbico de la membrana, mientras que los extremos muy polares se orientan hacia la superficie donde hay agua, que también es polar.

Los fosfolípidos se encuentran acomodados en dos capas y se le conoce como doble capa fosfolipídica o bicapa lipídica la cual es fluida, es decir, tiene características de líquido por lo que se encuentran en constante movimiento, donde intercambian sus lugares con las moléculas vecinas. La viscosidad de la capa depende de las cadenas de los ácidos grasos de las moléculas de fosfolípido.

Cuando los ácidos grasos contienen uno o más dobles enlaces (no saturados) ocasiona un pequeño cambio de la dirección de la cola, entonces las moléculas de los fosfolípidos presentan un empaquetamiento menos denso (quedan más separadas) y por consiguiente la capa es más fluida.

- La doble capa de fosfolípidos es relativamente impermeable a la mayoría de las moléculas hidrosolubles y representa la estructura básica de la membrana.

- La membrana plasmática no es una estructura estática; sus componentes tienen movimiento, lo que le proporciona fluidez. Los movimientos que realizan los fosfolípidos son:

- Rotación: son los giros de las moléculas en torno a su eje. Es muy frecuente y ejerce parte en los otros movimientos.

- Difusión lateral: dentro de la misma capa las moléculas se difunden hacia los lados. Es el movimiento más frecuente.

- Flip-flop (del inglés flipflop, inversión repentina de la dirección): es el movimiento de la molécula lipídica de una capa a la otra con la ayuda de las enzimas llamadas flipasas. Es el movimiento menos frecuente, se produce solo a intervalos de horas, días o semanas.

- Flexión: son los movimientos de las colas hidrófobas de los fosfolípidos.

 

 

Colesterol

El otro tipo de moléculas de lípidos de la membrana plasmática está constituido por colesterol que contribuye a que la doble capa lipídica sea menos fluida y permeable. Esto es debido a su rígida estructura cíclica esteroide, que se interpone entre las colas de los fosfolípidos, lo que disminuye la capacidad de movimiento de los ácidos grasos provocando el endurecimiento de las membranas plasmáticas.

Proteínas

Mientras los lípidos forman la estructura principal de la membrana, muchas de las funciones biológicas de esta, dependen principalmente de las proteínas. Por ejemplo, algunas proteínas de membrana transportan materiales hacia el interior y el exterior de las células. Otras sirven como receptores, enzimas, etc.

Al igual que en el caso de los lípidos, las moléculas de las proteínas pueden girar alrededor de su eje y muchas de ellas pueden desplazarse lateralmente (difusión lateral) a través de la membrana. Las proteínas de membrana se clasifican en:

    Proteínas periféricas

Se localizan a un lado u otro de la bicapa lipídica y están unidas débilmente a las cabezas polares de los lípidos de la membrana o a proteínas integrales por enlaces de hidrógeno. Pueden extraerse de la membrana con facilidad sin alterar la estructura de la bicapa.

    Proteínas integrales

Están íntimamente unidas a los lípidos, suelen atravesar la capa lipídica una o varias veces (hasta 24), por esta razón se les llama proteínas transmembranales. Los biólogos celulares solo pueden liberarlas rompiendo la bicapa con detergentes. Algunas de sus funciones son:

- Forman canales que facilitan el paso de iones y moléculas específicas a través de la membrana.

- Actúan como receptores en los procesos de comunicación entre células y poseen actividades enzimáticas.

- Fijan los filamentos del citoesqueleto a la membrana celular.

- Son específicas.

- Reconocen por medio de receptores a antígenos y células extrañas.

 

Carbohidratos

Estas moléculas se encuentran ubicadas en su mayor parte en la superficie externa de las células eucariotas, por lo que contribuyen a la asimetría de la membrana. Con el microscopio electrónico se observan como una capa blanca por fuera de la membrana plasmática. Por lo general son oligosacáridos que se unen a los lípidos formando glucolípidos o al unirse a las proteínas forman glucoproteínas. Esta cubierta de glúcidos constituye la cubierta celular o glucocáliz, a la que se le atribuyen funciones fundamentales como las siguientes:

- Presenta propiedades inmunitarias, participa en los procesos de coagulación de la sangre y en las reacciones inflamatorias; en los glóbulos rojos representan los antígenos propios de los grupos sanguíneos del sistema ABO.

- Protege la superficie de las células de posibles lesiones.

- Confiere viscosidad a las superficies celulares permitiendo el deslizamiento de células en movimiento, como los glóbulos blancos (leucocitos).

- Interviene en los fenómenos de reconocimiento celular, particularmente importantes durante el desarrollo embrionario y en los procesos de rechazo de injertos y trasplantes.

- En los procesos de adhesión entre óvulos y espermatozoides, éstos distinguen los óvulos de la propia especie de los de especies diferentes.

- La mayor parte de los componentes de la membrana plasmática se forma en el retículo endoplásmico.

- La membrana recién sintetizada se exporta a través de un ciclo de gemación y fusión de la membrana. Del retículo endoplásmico se desprenden pequeñas porciones de membrana que  forman pequeñas vesículas que luego se incorporan a la membrana plasmática.