Membrana plasmática

membrana citoplasmática

membrana celular

La célula es la mínima unidad constituyente de la vida y ella se diferencia y se relaciona con el medio circundante a través de la membrana celular, también llamada membrana plasmática. Una de las características asociada con la vida es la hosmeostasis, es decir, la capacidad de mantener estable el medio interno a pesar de los cambios que puedan darse en el exterior.

Tanto las bacterias como cualquiera de las células que componen a los animales, a las plantas y a los hongos, presentan una membrana que las limita y que les permite regular el intercambio de materia con su medio externo. Por lo tanto, la membrana celular es de presencia universal, y es selectiva en cuanto a que controla qué sustancias la atraviesan, cómo y cuándo lo harán, en función a su vez, de las necesidades de la célula. Además, que la única estructura celular en contacto con el medio es precisamente la membrana, por lo cual es a través de ella que la célula interacciona con otras y recibe las señales del exterior.

Todas las células poseen membrana pero muchas cuentan además con otros tipos de envolturas, denominadas pared y vaina. La primera es una estructura rígida, típica de las células de hongos, vegetales, y procariontes (bacterias), con diferente composición química en cada caso. La segunda, en cambio, es exclusiva de algunos procariontes (conocidos como Gram negativos).

La pared celular rodea a la membrana plasmática y establece un límite rígido, aunque permeable, sin presentar selectividad. La pared de las células vegetales está compuesta por redes de fibras de varios polisacáridos, principalmente celulosa, hemicelulosa y, en algunos casos, lignina y pectina; la de los hongos, en cambio, es de quitina. Esta diferencia refuerza el criterio actual de clasificación que considera a los hongos como un reino distinto del vegetal.

La pared celular de todos los procariontes está compuesta por peptidoglicanos que consisten en cadenas de aminoazúcares entrecruzadas por cadenas de aminoácidos. La vaina se ubica por fuera de la pared celular, rodeándola. Está compuesta por fosfolípidos, lipopolisacáridos y proteínas.

Estructura de la membrana plasmática

La composición de la membrana plasmática tiene características comunes a todos los tipos celulares, pero presenta variantes según se trate de una célula procarionte o eucarionte, y dentro de estas últimas según sea animal o vegetal. Existe un modelo general para describirla: es el Modelo de mosaico fluido.

Este modelo establece que la membrana celular está compuesta básicamente por una doble capa de fosfolípidos (o bicapa fosfolipídica), cuya orientación responde a su naturaleza anfipática, y a las interacciones hidrofóbicas con el agua.

Una molécula anfipática es aquella que presenta una región hidrofóbica y otra hidrofílica. Los fosfolípidos son moléculas anfipáticas ya que el grupo fosfato les confiere hidrofilia, mientras que las colas de los ácidos grasos son altamente hidrofóbicas.

Esta estructura determina su comportamiento en solución acuosa. Tanto en el medio extracelular como el interior de la célula son soluciones acuosas, por lo tanto los fosfolípidos ubican sus cabezas hidrofílicas hacia ambas soluciones, dejando sus colas hidrofóbicas agrupadas, hacia el interior de la membrana, “repeliendo” el agua.

Otros componentes fundamentales de las membranas biológicas son las proteínas. Algunas de ellas se ubican atravesando por completo la bicapa lipídica: son las llamadas proteínas integrales, de transmembrana o integrinas. Otras, en cambio, se encuentran asociadas con algunas de las proteínas integrales, en la cara citoplasmática, pero fuera de la bicapa. Son proteínas globulares pequeñas y se las conoce como proteínas periféricas.

Las proteínas integrales son de naturaleza anfipática. Los radicales de los aminoácidos de la región que contacta con las colas de los fosfolípidos, son hidrofóbicos, lo que le da a la proteína afinidad por la zona interna de la bicapa, que también es hidrofóbica. Los extremos proteicos que dan hacia los medios acuosos interno y externo, contienen aminoácidos con radicales hidrofílicos, afines al agua. La disposición de los aminoácidos determina la manera en que la proteína se ubica “cómodamente” en la bicapa mediante interacciones que se dan espontáneamente entre sus componentes y que confieren estabilidad a la membrana.

Algunas proteínas integrales cuentan con un canal o un lugar interno tapizado con aminoácidos con radicales hidrofílicos, pero esto no altera la interacción de su exterior hidrofóbico con la bicapa. Estas proteínas integrales pueden ser las proteínas canales, proteínas bombas y proteínas carriers.

Otras proteínas integrales actúan como receptores de membrana, en cuanto reconocen específicamente moléculas del medio extracelular y median su incorporación a la célula.

Las proteínas periféricas, por su parte, son hidrofílicas lo que les permite estar “sumergidas” en el citoplasma, aunque ancladas a proteínas integrales.

Los fosfolípidos son los únicos lípidos que componen la membrana plasmática. En las células animales hay colesterol, el que se ubica, por su naturaleza prodominantemente hidrofóbica, entre las colas de los fosfolípidos. Otros lípidos constituyentes de las membranas de las células eucariontes son los esfingolípidos (glucolípidos, que son lípidos unidos a monosacáridos y oligosacáridos; y también hay oligosacáridos unidos a proteínas integrales, en la cara extracelular de la membrana plasmática; estas proteínas integrales unidas a cadenas cortas de hidratos de carbono reciben el nombre de glucoproteínas. La membrana celular de los procariontes carece de hidratos de carbono y colesterol; está constituida únicamente por fosfolípidos y proteínas.

Hay diferencias en cuanto a la composición de las caras citoplasmática y extracelular de la membrana. Los hidratos de carbono sólo se ubican del lado extracelular, mientras que las proteínas periféricas solamente se encuentran en la cara citoplasmática. Además, la composición de lípidos es diferente en ambas monocapas. Todo esto determina que la membrana sea asimétrica. Esta asimetría es tanto estructural como funcional, ya que por ejemplo la membrana está conectada a las proteínas del citoesqueleto sólo del lado citoplasmático.

La variada composición de la bicapa establece que, vista “desde arriba”, ésta tenga aspecto de mosaico.

La membrana plasmática no es una estructura rígida, ya que sus componentes no están firmemente unidos unos con otros sino que lo “único” que los agrupa es la mutua repulsión, entre ellos y el agua del medio externo y del citoplasma; por lo tanto, los componentes de la membrana cuentan con cierta movilidad. La mayor movilidad corresponde a los fosfolípidos, ellos pueden desplazarse lateralmente en la bicapa, también rotar e, incluso, pero con mucha menor frecuencia, pueden “saltar” de una monocapa a la otra, movimiento conocido como flip-flop.

Las proteínas también pueden desplazarse lateralmente. Esta movilidad determina que la membrana celular no sea una estructura rígida sino fluida.

Debido a la composición heterogénea de la membrana y a su fluidez, el modelo que la describe se denomina modelo de mosaico fluido.

¿Cómo regular esa fluidez?

A fin de evitar la excesiva fluidez o rigidez de la membrana plasmática, que acarrearía graves inconvenientes, como rupturas o cambios bruscos en la permeabilidad, los distintos tipos celulares limitan las variaciones en la fluidez de diferentes maneras.

Los ácidos grasos de los fosfolípidos pueden contener enlaces covalentes dobles que provocan un quiebre en la estructura de la molécula, lo cual limita la interacción entre los fosfolípidos vecinos, resultando en una mayor fluidez de la membrana. La célula, modificando la proporción de fosfolípidos con y sin dobles ligaduras en sus ácidos grasos, puede controlar el grado e fluidez de su membrana. Las células vegetales y las procariontes cuentan con esta única estrategia. Las células vegetales, además, utilizan otra que consiste en el efecto regulador de la fluidez producido por la presencia del colesterol entre los ácidos grasos de los fosfolípidos de la bicapa. Su presencia otorga rigidez ya que dificulta la movilidad lateral de los fosfolípidos, pero a la vez limita sus interacciones.