Biomembrana y Transporte

La membrana plasmática es la estructura que envuelve y delimita a la célula, controlando el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior celular. Está compuesta por:

• Lípidos (fosfolípidos, colesterol, glucolípidos)
• Proteínas (integrales, periféricas, glucoproteínas)
• Glúcidos (glucolípidos, glucoproteínas)

Membrana Externa

La membrana externa está compuesta por proteínas integrales y periféricas, fosfolípidos, colesterol, glucolípidos y glucoproteínas.

Características de la Membrana

• Composición variable: Según el tipo de célula y su función, la membrana presenta distintas proporciones de lípidos, proteínas y oligosacáridos.
• Bicapa lipídica: Los fosfolípidos se organizan en una doble capa, con las cabezas hidrofílicas hacia el exterior y las colas hidrofóbicas hacia el interior.
• Fluidez: La membrana es fluida debido al movimiento de los fosfolípidos.
• Asimetría: Las monocapas de la bicapa son diferentes entre sí, presentando distintos tipos de lípidos y proteínas.
• Permeabilidad selectiva: La membrana permite el paso de ciertas sustancias e impide el paso de otras.

Funciones de la Membrana

• Controlar el flujo de información entre la célula y su entorno.
• Proporcionar el medio adecuado para el funcionamiento de las proteínas de membrana.
• Regular el paso de sustancias a través de la permeabilidad selectiva.
• Permitir la interacción entre células.
• Aumentar la eficiencia de las reacciones enzimáticas.

Fluidez de la Membrana

La fluidez de la membrana está influenciada por:

• La temperatura: a mayor temperatura, mayor fluidez.
• La naturaleza de los fosfolípidos: la presencia de lípidos insaturados y de cadena corta aumenta la fluidez.
• La presencia de colesterol: el colesterol endurece las membranas, reduciendo su fluidez y permeabilidad.

Composición de las Biomembranas

Lípidos

Los lípidos tienen una función estructural, estableciendo un límite y una barrera de permeabilidad para la célula.

Fosfolípidos

En un medio acuoso, los fosfolípidos forman bicapas (bicapa lipídica). Impiden el paso de la mayoría de las moléculas biológicas polares (azúcares, aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos) y de iones. Esto le permite a la bicapa actuar como una barrera, otorgándole selectividad.

Movimientos de los fosfolípidos:

• Rotación: giro en torno a su eje.
• 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. Es el movimiento menos frecuente, por ser energéticamente más desfavorable.
• Flexión: movimientos producidos por las colas de los fosfolípidos.

Colesterol

El colesterol solo se encuentra presente entre los fosfolípidos de las membranas de las células eucariotas animales. Regula la fluidez y la permeabilidad, y aumenta la estabilidad mecánica de la bicapa. Actúa impidiendo que las cadenas hidrocarbonadas se junten y cristalicen (rigidez).

Glucolípidos

Los glucolípidos son lípidos unidos a carbohidratos.

Proteínas

Las proteínas tienen funciones estructurales (unen las células a través de sus membranas), de reconocimiento/receptores (hormonales, neurotransmisores), de transporte (canal/proteínas transportadoras) o enzimáticas (ancladas a las membranas, catalizan reacciones).

Proteínas Integrales

Atraviesan completamente la membrana y actúan como canales para el intercambio de aquellas sustancias que no pasan entre los espacios de los fosfolípidos, entre la célula y el espacio extracelular. Hay un reconocimiento entre lo que entra y lo que no entra, el canal no siempre está abierto.

Proteínas Periféricas

Se ubican de un lado u otro de la bicapa lipídica. Intervienen en reacciones químicas, forman parte del citoesqueleto dándole forma a la célula. Interactúan con la membrana pero no la atraviesan.

Hidratos de Carbono

Se sitúan en la superficie externa de la membrana, contribuyendo a la asimetría de la misma. Son oligosacáridos unidos a los lípidos (glucolípidos) o a las proteínas (glucoproteínas). Constituyen la cubierta celular en células animales o glucocálix.

Glucocálix

• Protege la superficie celular de proteínas extrañas o lesiones.
• Actúa en el reconocimiento celular.
• Le da viscosidad a las superficies celulares, permitiendo el deslizamiento de las células.
• Presenta propiedades inmunitarias.

Transporte de Sustancias

Transporte Pasivo

Sin gasto de energía, a favor del gradiente de concentración.

• Difusión Simple: es el desplazamiento de moléculas sin carga y muy pequeñas a través de la membrana.
• Difusión Facilitada: es cuando se utilizan proteínas integrales/canal o proteínas transportadoras.
• Ósmosis: difusión de un solvente (agua) desde una solución más diluida (hipotónica) a otra más concentrada (hipertónica) para igualar las concentraciones.

Transporte Activo

Con gasto energético, en contra del gradiente de concentración.

• Transporte Activo Primario: se produce utilizando ATP como fuente de energía y ocurre a través de proteínas de transporte.
• Transporte Activo Secundario: es el movimiento de dos sustancias, una a favor del gradiente de concentración (liberando energía) que es consumida por la otra sustancia que se mueve en contra del gradiente de concentración. No requiere ATP ya que la energía liberada por la reacción a favor del gradiente es consumida por la reacción que ocurre en contra del gradiente.
  Este transporte puede ocurrir mediante simporte (ambas sustancias se mueven en el mismo sentido) o antiporte (las sustancias se mueven en sentido opuesto).

Movimiento en Masa

No depende de la concentración de solutos disueltos en el solvente, pero gasta energía. Es el transporte de partículas de gran tamaño.

Endocitosis

Es la entrada de moléculas grandes a las células. Se produce mediante la invaginación de la membrana celular y la formación de vesículas intracelulares. Se reconoce la sustancia (líquida/sólida) y la membrana se invagina, los fosfolípidos se reorganizan y se forma un fagosoma/vesícula endocítica que contiene la sustancia que ingresa a la célula rodeada por parte de la membrana, que la célula pierde para que se forme la vesícula.

• Fagocitosis: cuando lo que entra es un microorganismo o restos de otras células.
• Pinocitosis: cuando lo que entra son macromoléculas líquidas.

Exocitosis

Proceso mediante el cual las células vierten al exterior desechos (hormonas, enzimas, etc.). Para que las moléculas salgan de la célula tienen que estar empaquetadas por vesículas, que se adhieren a la membrana y se liberan porque son necesarias para otras células o tejidos.

Sistema de Endomembranas

• Es el conjunto de membranas intracelulares.
• Solo en eucariotas, las células procariotas solo tienen sistema de membranas externas, es decir, membrana plasmática.
• Permite el intercambio de sustancias entre las organelas.

Citoplasma

Citosol

• Porción soluble, matriz coloidal (agua + proteínas).
• Ocurren las reacciones del metabolismo intermedio.
• Síntesis de proteínas para mantenimiento y crecimiento.

Citoesqueleto

• Forma celular.
• Le da forma, soporte y movimiento a las células.
• Ubicación y reubicación de organelas y el transporte de moléculas en el citoplasma.

Microfilamentos

Formados por la unión de proteínas globulares de actina y miosina que interactúan (la miosina se desplaza sobre la actina) formando puentes y producen la contracción muscular que requiere ATP porque hay gasto energético. Su función es contráctil.

Filamentos Intermedios

Formados por distintas proteínas fibrosas cuya función es otorgar resistencia mecánica.

• Filamentos de queratina en células epiteliales, el cabello y las uñas.
• Neurofilamentos (transmisión del impulso nervioso).

Microtúbulos

Formados por la unión de proteínas globulares de tubulina que se encuentran en constante formación y degradación, lo que les proporciona movimiento a la célula y permite el movimiento de macromoléculas dentro de las mismas, además cumplen una función estructural. Forman cilias, flagelos, centriolos.

Sistema Vacuolar Citoplasmático

• Conjunto de compartimentos intracelulares relacionados física y funcionalmente entre sí.
• Solo se encuentra presente en las células eucariontes.
• Permiten el intercambio de sustancias entre organelas y células.

Membrana Nuclear

Intercambio de moléculas y micromoléculas reguladas por el complejo del poro.

Retículo Endoplasmático

• Rugoso o granular: Ribosomas. Síntesis de proteínas.
• Liso: Síntesis de lípidos. Detoxificación de drogas y compuestos metabólicos nocivos.

Sistema de Golgi

Maduración y distribución de macromoléculas. Procesos de secreción en algunas células. Concentra y almacena en vesículas. Está compuesto de múltiples cisternas (vesículas aplanadas).

Organelas

• Lisosomas: Digestión celular. Se originan en el RER y terminan de formarse en Golgi, donde adquieren la membrana. Trabajan a pH 5.
• Mitocondrias: Respiración celular.
• Peroxisomas: Son organelas que oxidan compuestos utilizando oxígeno atmosférico pero no producen ATP. Degradación de ácidos grasos. Detoxificación de varias moléculas como el etanol.
• Glioxisomas: En células vegetales, transformación de ácidos grasos en hidratos de carbono.
• Plastos: Organelas presentes en células vegetales, como los cloroplastos (fotosíntesis).