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La membrana plasmática:
La membrana plasmática es una envoltura continua que rodea a la célula y le confiere su individualidad al separarla de un entorno. Su aparición fue un paso crucial en el origen de las primeras formas de vida; sin ella la vida celular es imposible.
FUNCIONES:
- Confiere a la célula su individualidad al separarla de su entorno. La membrana plasmática no es una simple pared, sino que constituye una barrera de permeabilidad muy selectiva, que controla el intercambio de sustancias y regula la composición iónica y molecular del medio interno.
- Controla también el flujo de información entre las células y su entorno, ya que contiene receptores específicos para los estímulos externos.
- Proporciona el medio óptimo para el funcionamiento de las proteínas de membrana. Las enzimas de membrana catalizan reacciones que difícilmente tendrían lugar en un medio acuoso.
- La permeabilidad selectiva de la membrana plasmática le permite a la célula mantener el medio interno constante. Dado que la bicapa lipídica actúa como una barrera muy impermeable a los iones y a la mayoría de las moléculas polares, las células han tenido que desarrollar sistemas para transportar estas sustancias a través de sus membranas, esto lo consiguen mediante las proteínas transportadoras especializadas.
El transporte de pequeñas moléculas a través de la membrana se clasifica en función de los requerimientos energéticos en: transporte pasivo (no requiere energía) y transporte activo (requiere energía).
ESTRUCTURA: MOSAICO FLUIDO
Singer y Nicolson (1972) propusieron el modelo de mosaico fluido para explicar la organización general de las membranas biológicas.
- Las proteínas transmembrana y los lípidos se disponen formando un mosaico.
- Las membranas biológicas son estructuras fluidas dado que los lípidos y proteínas se difunden rápidamente en el plano de la membrana.
- Las membranas son estructuras asimétricas. Todas las proteínas de membrana tienen una orientación determinada en la bicapa lipídica, lo que es esencial para su función. También los lípidos se distribuyen de manera asimétrica. La asimetría es absoluta en el caso de las glicoproteínas y glucolípidos: sus azúcares se localizan siempre en la superficie externa de las membranas plasmáticas.
La estructura fluida de la bicapa hace posible la distribución de los componentes de la membrana desde los puntos de la bicapa donde se insertan, después de su síntesis, hasta otras regiones de la misma.
Además, permite que las membranas se fusionen entre si y que sus componentes se repartan uniformemente; también asegura que las moléculas de la membrana queden distribuidas por igual entre las células hijas en el momento de la división celular.
COMPOSICIÓN:
Los eritrocitos (también llamados hematíes o glóbulos rojos) son células de la sangre circulante carentes de orgánulos y que contienen, en solución, hemoglobina en concentración casi saturante, así como diferentes moléculas de las que depende su integridad funcional (transporte de oxígeno) y su supervivencia (120 días aprox.). La membrana más estudiada y conocida de todas es la membrana plasmática del glóbulo rojo humano ya que es muy fácil de obtener, por la abundancia de estas células y por ser la única membrana que poseen. Colocando éstas células en un medio hipotónico se produce una hemolisis, liberando la hemoglobina y quedando las membranas plasmáticas vacías denominadas “fantasmas”.
Para su estudio las membranas del eritrocito se pueden sellar de forma original (estudio de la hemimembrana externa) o de forma invertida (hemimembrana interna). Este sistema permite aislar los tres tipos de lípidos de membrana: fosfolípidos, glucolípidos y esfingolípidos todos ellos son anfipáticos (poseen una parte hidrófila y otra hidrófoba).
- Lípidos de la Membrana Plasmática: Los lípidos de la membrana plasmática se encuentran dispuestos formando una bicapa. Esta bicapa es la estructura básica de todas las membranas biológicas.
Los tres tipos principales de lípidos de membrana son: los fosfolípidos, los glucolípidos y el colesterol. Dichos lípidos son anfipáticos, es decir, tienen un extremo hidrofílico y otro hidrofóbico; por ello, en un medio acuoso, forman espontáneamente bicapas (autoensamblaje) que tienden a cerrarse sobre sí mismas (autosellado). Esto hace posible que los compartimentos formados por las bicapas lipídicas se cierren de nuevo si se rompen.
Además de estas propiedades de autoensamblaje y autosellado, las bicapas lipídicas tienen otras características importantes que las convierten en una estructura ideal para las membranas celulares. Una de las más importantes es su fluidez.
La bicapa lipídica es fluida debido a que las moléculas lipídicas pueden desplazarse libremente. El movimiento más frecuente es la difusión lateral dentro de una monocapa; además las moléculas lipídicas giran con gran rapidez alrededor de sus ejes
esta carga negativa en la hemimembrana interna nos encontramos con un ambiente reductor en el interior que va a afectar a muchas de las reacciones químicas.
Esteroides: Los esteroides son derivados del hidrocarburo tetracíclico saturado denominado esterano o ciclopentanoperhidrofenantreno.
Un importante grupo de esteroides son los esteroles, que se caracterizan por tener un grupo alcohol en el carbono 3 y una cadena hidrocarbonada en el carbono 17.
Destaca entre ellos el colesterol que se encuentra en la membrana plasmática de las células animales y unido a proteínas en el plasma sanguíneo.
El colesterol excesivo afecta negativamente a la fluidez de la membrana porque aumenta su rigidez. Cuando se baja la temperatura en condiciones no normales tiene lugar la transición de fase, la membrana se cristaliza y se fragmenta. El colesterol evita el proceso de cristalización puesto que es una de las moléculas que mas tarda en cristalizarse.
Esfingolípidos: Los esfingolípidos son también constituyentes de la membrana de las células animales y vegetales y abundan en el tejido nervioso. Químicamente están formados por una molécula de un ácido graso y un grupo de cabeza polar.
La unión de un ácido graso y la esfingosina da lugar a una ceramida, que es la unidad estructural de todos los esfingolípidos.
Se distinguen dos tipos de esfingolípidos, las esfingomielinas, que se encuentran en cantidades elevadas en la vaina de mielina que aísla los axones de las neuronas, y los glucolípidos que son ceramidas que tienen como grupo polar un glúcido. Si es un monosacárido se forman los cerebrósidos y si es un oligosacárido se forman los gangliósidos.
Los gangliósidos tienen carga negativa, lo que incrementa la carga de la membrana. Se encuentran en la hemimembrana externa, lo que favorece la asimetría. Al encontrase en la hemimembrana externa presentan su cadena glucídica hacia el exterior.
- Proteínas de la Membrana Plasmática: Todas las membranas biológicas, ya sea la membrana plasmática o las membranas internas de las células eucariotas, tienen una estructura general común: están formadas por una bicapa lipídica en la que se incluyen glúcidos y proteínas.
Las proteínas son uno de los componentes mayoritarios de las membranas. No están en una cantidad estable pero se sabe que aproximadamente hay la mitad que de lípidos. La cantidad y tipo varía significativamente entre las diferentes membranas.
Así, por ejemplo, encontramos distinta proporción proteica entre las membranas de mielina que rodean el axón neuronal (25% de prot.) y la membrana mitocondrial interna (75% de prot.)
Así como la bicapa lipídica constituye la estructura básica de las membranas biológicas, las proteínas llevan a cabo la mayoría de las funciones específicas de las membranas. Por ello, la cantidad y tipo de proteínas de una membrana reflejan su función.
Las principales funciones que desempeñan las diferentes proteínas de membrana son:
- Transportan moléculas específicas hacia el interior o exterior de la célula.
- Actúan como receptores de las señales químicas del medio y transmiten estas señales al interior de la célula.
- Son enzimas que catalizan reacciones asociadas a la membrana.
- Actúan como puentes estructurales entre el citoesqueleto de la célula y/o matriz extracelular.
En lo referente a su posición, las proteínas pueden enclavarse o colgarse de la membrana, siendo de dos tipos:
Proteínas
Proteínas Transmembrana
Paso Único (Integrales)
Paso Múltiple (Integrales)
Proteínas unidas a:
Lípidos
Enlace Covalente (Integrales)
Enlace no Covalente Proteínas (Prot. (Periféricas) Periféricas)
el HCO3- disuelto en la sangre para invertir el proceso y volver a dar CO2 que será expulsado en la expiración.
MOVIMIENTO PROTEICO EN LA MEMBRANA:
- Rotación sobre el eje mayor.
- Difusión lateral.
- No existen movimientos de flip-flop.
Hay métodos para ver donde se encuentran las proteínas en la membrana.
Criofractura (= Freeze Fracture): Con ella podemos ver la distribución de las proteínas de una membrana. Con una muestra a baja temperatura y con una cuchilla se fractura el material congelado. La fractura se produce entre las dos hemimembranas que forman la membrana plasmática celular. Se sombrea lateralmente con un metal como el platino de manera que éste se acumule en los sitios donde haya prominencias. Después se hace un sombreado de carbono que forma una película de refuerzo. Posteriormente se degrada la muestra quedando las películas de carbono y de platino, obteniendo asi una muestra de Criofractura. La imagen que se forma tendría cierta apariencia tridimensional. Al disparar la película con electrones, aquellas regiones donde haya platino los electrones no la atravesarán, solo la atraviesan donde haya
carbono. Si la película de platino es fina, algún electrón si la puede atravesar. Se verá una imagen tridimensional de la superficie externa o interna de la membrana.
Una variación de esta técnica es el grabado por congelación. Es muy parecida a la anterior. Una vez que la célula este congelada y fracturada se hace un sublimado parcial del agua que contiene la muestra, por lo que el nivel bajará y el citoesqueleto de la célula quedara expuesto al posterior sombreado. Al hacer la réplica habrá una imagen tridimensional de cómo se forman las vesículas, de cómo se asocia el citoesqueleto a la pared…
DOMINIOS DE MEMBRANA: La difusión lateral tiene un inconveniente y es que, por ejemplo, en el intestino delgado se moverían libremente tanto las células absorbentes como las liberadoras, lo cual perturbaría su actividad. Para evitar este suceso existen los dominios de membrana: anclajes entre las células para evitar su movimiento.
Para establecer los dominios de membrana puede haber uniones diferentes: las proteínas se pueden unir a elementos extracelulares, a elementos intracelulares o a proteínas de células distintas. Al unirse a elementos externos se bloquea el movimiento.
Este hecho hace pensar que no se pueden crear dominios de membrana en células de vida libre. Esto no es así, ya que en los espermatozoides hay dominios demostrados y se han encontrado tres con el método de marcaje por inmunofluorescencia.
Importancia de las proteínas en la membrana de la célula eucariota:
La fibrosis quística es una enfermedad autoinmune que afecta a niños y jóvenes adultos y que puede llegar a ser mortal en caso de no ser tratada. La fibrosis quística surge con la existencia de una proteína defectuosa en el tracto intestinal y en el respiratorio comienza a acumularse mucho mucus, lo que dará lugar a un ambiente perfecto para la proliferación de bacterias oportunistas. De este modo comienzan a aparecer muchas infecciones. Las grandes cantidades de mucus llegan a bloquear los alveolos pulmonares (enfisema pulmonar) e incluso los conductos pancreáticos (pancreatitis). El sudor se vuelve tan denso que se cristaliza, lo cual es el principal rasgo para el reconocimiento de la enfermedad.
La fibrosis quística se puede tratar de dos maneras:
- La primera manteniéndola crónica pero latente con el suministro por vía oral de cloro, la duración del tratamiento es de por vida.
- La segunda forma de tratamiento es con virus dirigidos que se acoplan a la célula y aportan la proteína defectuosa. Este segundo método no está muy arraigado debido a los problemas que pueden tener lugar durante el tratamiento, y es que el genoma del virus puede no estar colocado en la zona
- Anclaje de enzimas.
- Propiedades inmunológicas (p.e. creación de grupos sanguíneos).
RENOVACION DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA:
Los lípidos de la membrana se renuevan cada 3-5 días procedentes del Retículo Endoplasmático Liso. Durante la exocitosis, la membrana de las vesículas secretoras del Aparato de Golgi pasa a formar parte de la membrana plasmática, lo que permite reponer los componentes de la membrana que se incorporan a la célula por endocitosis.
ENVEJECIMIENTO DE LA MEMBRANA:
Al envejecer, parte de sus elementos se deterioran; una de las primeras cosas que ocurren es la peroxidación de los lípidos, desapareciendo la fluidez de la membrana. El colesterol aumenta y la renovación se ralentiza, pero se debe fundamentalmente a la destrucción de las vesículas de degradación. Por eso el citoplasma acumula productos de desecho. Además, se producen más movimientos de flip-flop.
