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La estructura y funciones de la membrana plasmática, la más externa y selectiva barrera de la célula. Se describe su composición básica, formada por fosfolípidos y proteínas, y sus funciones, como el transporte de micromoléculas y la mantención de la integridad celular. Se detallan los diferentes tipos de lípidos y proteínas que la componen, así como su organización en la bicapa.
Tipo: Resúmenes
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La MP es la estructura más externa de la célula, separa el interior de la célula de su entorno. Su permeabilidad es selectiva porque permite que algunas moléculas entren y salgan de la célula mediante un transporte a través de la MP. La MP contiene lípidos y proteínas que le confieren estructura y también facilitan el funcionamiento de las células.
La MP está formada por una bicapa fosfolipídica, es decir, dos hojas antiparalelas de fosfolípidos forman la membrana que rodea el contenido de la célula. La capa más cercana al citosol es la lámina interna mientras que la capa más cercana al medio externo es la lámina externa. El colesterol encaja entre las moléculas de los fosfolípidos. Las proteínas también se asocian a la membrana para proporcionar las funciones biológicas de cada célula. Estos componentes permiten crear una barrera equilibrada y dinámica que mantiene el medio interno de la célula al mismo tiempo que mantiene su función bilógica. Todas las membranas celulares están compuestas por los mimos materiales. Los lípidos proporcionan estructura, sostén y función a la membrana, y las proteínas desempeñan funciones estructurales y funcionales. Lípidos: son los más abundantes en la MP, proporcionan la estructura básica y el esqueleto de la membrana y también regulan su función. Existen tres tipos de lípidos: Fosfolípidos: los lípidos más abundantes. Son compuestos iónicos polares de naturaleza anfipática (tiene componentes hidrofílicos e hidrofóbicos). La porción hidrofílica forma la cabeza polar, dentro de la cual se encuentra el fosfato y el alcohol que esa unido a él, que puede ser serina, etanolamina, inositol o colina; todos estos fosfolípidos contienen una molécula de glicerol, excepto la esfingomielina que contiene alcohol colina en su cabeza polar y esfingosina en vez de glicerol. La porción hidrofóbica del fosfolípido consiste en una larga cadena hidrocarbonada de ácido graso, que pueden estar saturados o insaturados con uno o más enlaces dobles entre los carbonos; según la longitud de la
cadena y el grado de instauración se define la estructura de la MP. Los AG sufren movimientos como flexión, rotación y desplazamiento lateral. Siempre que exista un doble enlace entre carbonos la cadena se doblara, lo que reduce los movimientos y evita que los AG se empaqueten unos con otros. Los fosfolípidos de las MP de células sanas no migran ni se pasan de una lámina a otra (flip-flop). Los grupos polares de la lámina externa se exponen hacia el medio exterior y las colas de los AG se extienden hacia el interior. Colesterol: componente principal de las membranas celulares. Es una molécula anfipática que contiene un grupo hidroxilo polar, un anillo esteroideo hidrófobo y una molécula de hidrocarburo unida a él. Se encuentra disperso por la membrana y se intercala entre los fosfolípidos. Su grupo hidroxilo polar está cerca de la cabeza polar de los fosfolípidos, mientras que el anillo esteroideo y la cola de hidrocarburo se orientan paralelas a las colas de los fosfolípidos. Se encaja en los espacios creados por las acodaduras de las colas de los AG insaturados, lo que disminuye la capacidad de movimiento de los AG, por tanto, confiere rigidez y robustez a la membrana. Glucolípidos: lípidos unidos covalentemente a glúcidos, se presentan en menor concentración. La parte glúcida se orienta hacia el exterior de la célula. Ayudan a formar la cubierta de carbohidratos que se observa sobre las células y que intervienen en las interacciones celulares. Constituyen la fuente de antígenos de los grupos sanguíneos y también pueden actuar como receptores para las toxinas (cólera y tétanos). Proteínas: de ellas dependen principalmente las funciones biológicas de la membrana. Por ejemplo: transporte de sustancias y receptores. Existen diferentes tipos de proteínas que varían según el tipo de célula. Las proteínas de membrana hacen posible que las células funcionen como miembros de un tejido (las moléculas de adhesión celular se extienden hacia la superficie de la célula y permiten el contacto intercelular); también funcionan como canales iónicos y proteínas de transporte para permitir la entrada y salida de moléculas de la célula; existen proteínas que son receptores y permiten la respuesta de la célula por la unión de ligandos como las hormonas. También tienen función enzimática y están implicadas en la señalización celular. Las proteínas de membrana periférica incluyen las proteínas citoesqueléticas que se unen a la membrana, estabiliza su estructura y regulan su forma. Se asocian a la MP por tres diferentes mecanismos: Proteínas Transmembranas: están integradas en la bicapa lipídica mediante estructuras que se extienden desde el interior hacia el exterior. Pueden contener una o varias regiones transmembranas. Contienen componentes hidrofílicos e hidrofóbicos, de forma que la porción hidrofílica se orienta hacia el citosol y el medio externo, y la porción hidrofóbica se encuentra en contacto con las colas de AG de los fosfolípidos. Generalmente adoptan estructuras que
Modelo de mosaico fluido: este modelo propuesto por Singer y Nocholson en 1972, describe la MP como fluida ya que los lípidos pueden difundirse lateralmente en la MP; al igual que un mosaico las proteínas están dispersas por tota ella. Muchas de las proteínas de membrana pueden moverse lateralmente. Balsa lipídica: se tratan de microdominios especializados ricos en colesterol dentro de las membranas celulares. Las cadenas de los AG de los fosfolípidos que hay en las balsas están extendidas y se empaquetan con más firmeza. Estas balsas flotan en los fluidos rodeados por los lípidos poco ordenados de su entorno en la membrana. En estas aparecen fosfolípidos con cadenas de acilos lineales (glucoesfingolipidos). Entre sus funciones se encuentra el transporte de colesterol, la endocitosis y la transducción de señales.
Se encuentran unidos a lípidos mediante enlaces covalentes, 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. Estas cadenas de carbohidratos pueden tener 2-60 unidades de monosacáridos y pueden ser rectas o ramificadas. El glucocálix es capaz de atrapar ciertos iones que son importantes para la célula, protege a la membrana contra daños químicos o mecánicos, permite el reconocimiento de la célula por otras células de acuerdo al tipo de glucocálix que posea la célula. En conjunto con las proteínas de membrana, estos carbohidratos forman marcadores celulares distintivos, algo semejante a credenciales de identificación moleculares, que les permiten a las células reconocerse entre ellas. Estos marcadores son muy importantes para el sistema inmunitario, ya que permiten a las células inmunitarias diferenciar entre las células propias del cuerpo, a las que no deben atacar, y las células o tejidos extraños, a los que sí deben atacar.
Existen canales iónicos o proteínas transportadoras de membranas que facilitan la entrada o salida de la célula de determinadas moléculas. No se requiere ninguna fuente directa de energía para facilitar el proceso. Proteínas Canal Iónico: los iones entran en la célula por medio de los canales iónicos, que son complejos de proteínas transmebranarias dentro de la MP y que proporcionan una vía hidrófila para que un ion atraviese la porción hidrófoba de la membrana. Son selectivos porque solo permiten la entrada de iones de determinados tamaño y carga. Los iones atraviesan su canal dependiendo del gradiente de concentración. Pueden estar abiertos o cerrados. La apertura y cierre de canales ionotrópicos están regulados por estímulos físicos o químicos. Los canales ionotrópicos dependiente de ligandos están regulados por neurotransmisores. Los canales ionotrópicos dependiente de voltaje están regulados por un c ampo eléctrico y son particularmente importante en el SN. Existen otros canales regulados por proteínas G, que responden a la presión osmótica y los que siempre están abiertos. Transporte a través de transportadores: es un transporte simple que también se le denominan permeadas, debido a que su actividad parece enzimática, al catalizar el movimiento de su ligando a través de la barrera de la MP. Los transportadores son capaces de unirse y de interaccionar solo con determinadas moléculas, su especificad es similar a la que muestra una enzima por su sustrato. Para que se lleve a cabo se requiere de un gradiente de concentración. Las moléculas se unen con su proteína transportadora especifica con una determinada afinidad. Se trata de un proceso saturable.
Se produce cuando las moléculas o iones se desplazan en contra del gradiente de concentración. Se requiere de energía para mover estos solutos dentro y fuera de la célula. Transporte activo primario o directo: la energía se obtiene directamente del ATP. Ocurre una hidrólisis del enlace fosfato, lo que aporta energía suficiente para llevar a cabo la migración de la molécula por medio del transportador. Bomba Na/K ATPasa , ocurre la fosforilación de una de las subunidades de la proteína transportadora, y los sustratos se mueven a través de esta subunidad fosforilada. Pueden ser de varios tipos: P, F y V, y ABC.