Membrana Citoplasmática: Estructura y Función

La membrana citoplasmática es la membrana externa que separa la célula del medio que la rodea. Tiene un grosor de 7 a 9 nanómetros y es semipermeable, lo que significa que permite el intercambio regulado de sustancias entre la célula y su medio ambiente. Está formada por lípidos (40-50%), proteínas (40-50%) e hidratos de carbono (2-10%). La proporción de estos componentes varía dependiendo de la función de la membrana.

Lípidos de la Membrana

Los principales lípidos de la membrana son los fosfolípidos, esfingolípidos y el colesterol. Son moléculas anfipáticas, es decir, tienen una zona hidrofílica (cabeza polar) y una zona hidrofóbica (cola no polar). La zona hidrofílica interactúa con el agua mediante puentes de hidrógeno.

La bicapa lipídica tiene la capacidad de:

• Repararse sola.
• Cerrarse sobre sí misma generando vesículas.
• Fusionarse con otra membrana para formar una estructura única.

Sin embargo, es permeable a las moléculas no polares.

Proteínas de la Membrana

Las proteínas de la membrana se encuentran sumergidas en la bicapa lipídica y también son anfipáticas.

Hidratos de Carbono

Los hidratos de carbono se encuentran en forma de oligosacáridos unidos a proteínas, constituyendo glucoproteínas, o unidos a lípidos, formando glucolípidos. El conjunto de glucoproteínas y glucolípidos forma el glucocálix, que tiene las siguientes funciones:

• Proteger la superficie de la célula de posibles lesiones.
• Permitir el desplazamiento de células en movimiento.

Funciones de la Membrana

• Aislar el citoplasma celular del medio externo.
• Efectuar un control cualitativo y cuantitativo de las sustancias que ingresan y salen de la célula.
• Permitir la comunicación con otras células.
• Identificar al resto de las células.

Por lo expuesto, se trata de una membrana de permeabilidad selectiva, lo cual significa que permite el paso de ciertas sustancias.

Tipos de Transporte a través de la Membrana

Difusión a través de la Bicapa Lipídica

Las sustancias solubles pueden atravesar la bicapa desde una zona de mayor concentración a una de menor concentración. Esto sucede con moléculas hidrofóbicas como el oxígeno, los ácidos grasos y las vitaminas.

Difusión a través de Proteínas Canal o Transmembrana

Estas proteínas presentan una estructura tridimensional en la cual los radicales polares de ciertos aminoácidos forman un canal hidrofílico que puede ser atravesado por el agua (cuya difusión se llama ósmosis) y por iones como Na+, K+ y Ca2+.

Difusión Facilitada

En este tipo de transporte, el transportador es específico, realiza el paso velozmente y transporta a favor del gradiente de concentración de la sustancia.

Transporte Activo

Mantiene una alta concentración de Na+ extracelular y también afecta las concentraciones de K+, pero en sentido inverso a la del sodio (alto K+ intracelular y bajo K+ extracelular). Gasta energía en forma de ATP.

Influencia de la Temperatura en la Membrana

• Temperatura ambiente: Se comporta como fluidos a modo de cristales líquidos.
• Menor temperatura: Tienen altas proporciones de ácidos grasos insaturados en sus lípidos de membrana.

Citoplasma y Citoesqueleto

El citoplasma es un gel casi líquido que ocupa el espacio entre la membrana citoplasmática y la envoltura nuclear. Representa el 55% del volumen celular.

Funciones del Citoplasma

• Producir las reacciones bioquímicas de la glucólisis y fermentación.
• Producir la activación de los aminoácidos para la síntesis de proteínas.
• Movimiento citoplasmático, formación de pseudópodos y el movimiento de ciclosis en la célula vegetal.

El citoesqueleto mantiene la configuración de la célula, le permite moverse, fija sus organelos y dirige el tránsito de los mismos. Está compuesto por microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios.

Organelos Celulares

Los organelos son estructuras celulares que desempeñan funciones específicas. Se dividen en:

Organelos con Sistema de Endomembranas

Están funcionalmente interconectados.

Retículo Endoplasmático Liso (REL)

Conjunto de túbulos membranosos cuya ubicación y extensión son variables y dependen de la actividad metabólica de la célula a la que pertenecen.

Funciones:

• Síntesis de lípidos.
• Detoxificación de sustancias provenientes del ambiente externo.
• Regulación de la presencia de ion calcio en el citoplasma de las células musculares estriadas.

Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)

Conjunto de sacos aplanados y vesículas membranosas conectadas entre sí, cubiertas de ribosomas y polirribosomas.

Función: Síntesis de glucoproteínas.

Los ribosomas adosados a la membrana sintetizan proteínas que no se liberan al hialoplasma. Las glucoproteínas pueden ser de tres tipos:

• Proteínas de membrana: Permiten el crecimiento del retículo, del aparato de Golgi y de la membrana citoplasmática.
• Proteínas de secreción: Pasarán por el aparato de Golgi para su acondicionamiento antes de ser liberadas.
• Enzimas hidrolíticas: Formarán parte de los lisosomas.

Aparato de Golgi

Apilamiento de 4 a 8 sacos membranosos planos. Esta agrupación se conoce como dictiosoma. Cuenta con vesículas (pequeñas) y vacuolas (grandes).

Función: Acondicionamiento de las sustancias provenientes del retículo endoplasmático para su destino posterior.

• Región CIS: Ocurren las primeras transformaciones químicas del material ingresado.
• Zona media: Se fusionan y continúan los procesos de transformación química.
• Región TRANS: Proteínas específicas que probablemente se encargan del reconocimiento de las distintas sustancias que llegan ahí y de su destino posterior (secreción: glucoproteínas, lípidos, lipoproteínas, que saldrán de la célula por exocitosis).

Ribosomas y Polirribosomas

Compuestos por ARN ribosomático y proteínas.

Funciones: Síntesis de proteínas (enzimáticas del lisosoma, de uso de la misma célula).

Lisosomas

Son organelos membranosos que contienen hidrolasas ácidas. Tienen un pH de 5 gracias al continuo flujo de H+.

Mitocondrias

Organelos complejos más o menos ovoides. La membrana externa es lisa y permeable. Internamente, tiene pliegues llamados crestas mitocondriales. El ADN se duplica antes de que la mitocondria empiece a dividirse.

Función: Participa en el proceso de liberación energética mediante la degradación de moléculas orgánicas.

Peroxisomas

Sintetizan, almacenan o descomponen lípidos. Detoxifican el etanol presente en las bebidas alcohólicas.

Cilios y Flagelos

Los cilios (0,25 µm de diámetro) son cortos y múltiples. En los epitelios, se ubican en la superficie apical celular.

Función de los cilios: Transportar el mucus por la superficie interna de las estructuras.

Los flagelos se encuentran en los espermatozoides y permiten su movimiento. Tienen un movimiento de vaivén. Están formados por 9 pares de microtúbulos. Los brazos están formados por una proteína conocida como nexina. Se describen pequeños puentes que unen los microtúbulos. El complejo proteico se llama dineína.

Vacuolas

La membrana vacuolar se denomina tonoplasto.

Plastidios

Organelos membranosos vegetales.

• Fotosintéticamente inactivos:
  • Cromoplastos: Se desarrollan a partir de proplastidios incoloros o por pérdida de clorofila. Dan color a las plantas.
  • Leucoplastos: Acumulan sustancias de reserva, como el almidón en la papa.
• Fotosintéticamente activos:
  • Feoplastos: Presentes en algas. La clorofila se encuentra enmascarada por carotenoides pardos, como la fucoxantina.
  • Rodoplastos: Presentes en algas rojas. La clorofila está enmascarada por carotenoides rojizos, como la ficoeritrina y la ficocianina.
  • Cloroplastos: Contienen el pigmento verde clorofila, que interviene en la fotosíntesis.

Cloroplastos

La membrana interna encierra un espacio lleno de líquido llamado estroma, con enzimas que participan en la fotosíntesis. Esta membrana suele plegarse hacia el estroma para formar un tercer sistema de membranas, un conjunto interconectado de sacos aplanados llamados tilacoides, que constituyen los grana. También participan en la formación de ATP.

Las mitocondrias y los cloroplastos son organelos convertidores de energía.