Membrana plasmática: estructura y funciones esenciales

La membrana plasmática es la biomembrana que delimita y conecta el interior de la célula con su entorno exterior. En su cara externa, se encuentra el glucocálix, una capa formada por oligosacáridos unidos a glucolípidos y glucoproteínas de la propia membrana. Este glucocálix desempeña funciones cruciales como la protección contra daños físicos y químicos, la filtración de sustancias y la participación activa en los procesos de comunicación, reconocimiento y adhesión celular.

Transporte de moléculas a través de la membrana

Transporte de moléculas pequeñas

El movimiento de moléculas pequeñas a través de la membrana plasmática se clasifica en dos tipos principales:

Transporte pasivo o por difusión

En este proceso, las moléculas atraviesan la membrana a favor de su gradiente de concentración, sin requerir gasto energético. Puede ser:

• Difusión simple: Las moléculas no polares, las hormonas y las moléculas polares sin carga atraviesan directamente la bicapa lipídica.
• Difusión facilitada: Las moléculas polares grandes y los iones requieren la ayuda de proteínas transportadoras específicas:
  • Permeasas: Se unen a la molécula y cambian su conformación espacial para permitir el paso.
  • Canales: Forman poros acuosos. Permanecen cerrados hasta que reciben una señal específica: química (en los canales iónicos dependientes de ligando) o eléctrica (en los canales iónicos dependientes de voltaje).

Transporte activo

En el transporte activo, las moléculas se mueven en contra de su gradiente de concentración, lo que requiere un consumo de energía, generalmente obtenida del ATP. Este proceso se realiza a través de bombas proteicas y puede ser:

• Simporte: Dos moléculas se mueven en el mismo sentido.
• Antiporte: Dos moléculas se mueven en sentidos contrarios.

Un ejemplo clásico es la bomba de Na+/K+, que utiliza la energía derivada de la hidrólisis del ATP para expulsar tres iones Na+ e introducir dos iones K+ en la célula.

Transporte de macromoléculas

El transporte de moléculas de gran tamaño se realiza mediante procesos que implican la formación de vesículas:

Endocitosis

Proceso por el cual la célula incorpora materiales del exterior, formando vesículas a partir de la membrana plasmática.

• Fagocitosis: Implica la ingestión de partículas muy grandes. La célula extiende pseudópodos que rodean la partícula hasta formar un fagosoma. Los materiales fagocitados son posteriormente digeridos en los lisosomas.
• Pinocitosis o endocitosis dependiente de clatrina: Se encarga de la ingestión de líquidos o pequeñas partículas. Las macromoléculas son englobadas en vesículas que se forman en fosas revestidas, las cuales presentan clatrina en su cara citosólica. Un ejemplo es la incorporación de colesterol. Los materiales pinocitados también son digeridos en los lisosomas.

Exocitosis

Proceso mediante el cual las células secretan materiales al exterior, renovando la membrana plasmática y aportando componentes a la matriz extracelular. Los materiales destinados a la secreción se sintetizan en el retículo endoplasmático (RE), pasan al aparato de Golgi y, desde allí, salen en vesículas secretoras que se fusionan con la membrana plasmática para liberar su contenido.

Uniones celulares: tipos y funciones

Las uniones celulares son regiones especializadas en los tejidos que establecen conexiones entre las células y con la matriz extracelular.

Clasificación según su función

• Zónula occludens (unión ocluyente): Une las láminas epiteliales, impidiendo el paso de moléculas entre ellas.
• Zónula adherens (unión de anclaje): Conecta los filamentos de actina de los citoesqueletos de células adyacentes.
• Mácula adherens o desmosoma (unión de anclaje): Conecta los filamentos intermedios de los citoesqueletos de células adyacentes.
• Unión gap (unión comunicante): Comunica directamente los citoplasmas, permitiendo el paso de iones y pequeñas moléculas hidrosolubles.
• Hemidesmosoma (unión de anclaje): Ancla los filamentos intermedios del citoesqueleto de una célula a la matriz extracelular.

Clasificación según su forma

• Zónulas: Rodean completamente la célula.
• Máculas: Son uniones puntuales.

Citoplasma: componentes y metabolismo

El citoplasma es el contenido celular comprendido entre la membrana plasmática y el núcleo.

El citosol

En el citosol se encuentran inmersos los orgánulos membranosos y es el lugar donde tienen lugar la mayoría de las reacciones del metabolismo intermediario.

Las inclusiones citoplasmáticas

Las inclusiones citoplasmáticas son materiales almacenados en el citoplasma que no están rodeados por membrana. Las más comunes son:

• Glucógeno: Gránulos dispersos, especialmente abundantes en el hígado y los músculos.
• Grasas: Almacenadas en el tejido adiposo en forma de gotas compuestas de triacilgliceroles.

Los ribosomas

Los ribosomas son complejos macromoleculares compuestos por ARNr y proteínas, esenciales para la síntesis proteica.

• Ribosomas procariotas: Son de 70S (subunidad menor de 30S y mayor de 50S) y se asocian formando polisomas.
• Ribosomas eucariotas: Son de 80S (subunidad menor de 40S y mayor de 60S). Se encuentran unidos a la cara citosólica de la membrana nuclear externa y del retículo endoplasmático rugoso (RER), así como libres en el citosol, mitocondrias y cloroplastos.

Los proteosomas

Los proteosomas son complejos supramoleculares encargados de degradar proteínas defectuosas o de corta vida, mediante un proceso altamente regulado.

Citoesqueleto: soporte y movimiento celular

El citoesqueleto es una red dinámica de filamentos proteicos de distinto grosor que se extiende por todo el citoplasma y se ancla en la membrana plasmática, proporcionando soporte estructural y participando en el movimiento celular.

El centrosoma

El centrosoma es el principal centro organizador de microtúbulos en las células animales y está formado por una matriz compuesta de tubulina, que rodea a los centriolos.

Estructuras celulares formadas por filamentos de actina (7 nm)

Los filamentos de actina, también conocidos como microfilamentos, pueden organizarse en:

• Haces: Se disponen paralelamente y forman estructuras como las microvellosidades o los sarcómeros en las células musculares.
• Redes: Son capaces de formar los pseudópodos, esenciales en procesos como la fagocitosis.

Filamentos intermedios (8-12 nm)

Los filamentos intermedios están formados por la asociación lateral de proteínas fibrosas, lo que les confiere una estructura similar a una cuerda, proporcionando gran resistencia mecánica a la célula.

Estructuras celulares formadas por microtúbulos (25 nm)

Los microtúbulos son componentes clave de diversas estructuras celulares:

• Centriolos: Son dos pequeñas estructuras cilíndricas presentes en las células animales, situadas perpendicularmente una respecto a la otra. Cada centriolo está formado por nueve tripletes de microtúbulos (A completo, B y C incompletos). Los centriolos y el centrosoma se duplican antes de la mitosis, y los centrosomas hijos, cada uno con dos centriolos, forman los dos polos del huso mitótico.
• Cilios y flagelos: Son prolongaciones de la membrana plasmática responsables del movimiento celular. Los cilios son numerosos y cortos, mientras que los flagelos son escasos, largos y gruesos. Ambos están formados por:
  • Axonema: La parte externa, envuelta por la membrana plasmática, que contiene microtúbulos. Su estructura 9+2 se compone de:
    • Nueve pares de microtúbulos periféricos (uno completo, A, y otro incompleto, B).
    • Un par de microtúbulos centrales completos.
    • Proteínas motoras encargadas del movimiento (como la dineína).
  • Cuerpo basal: La estructura interna, similar a un centriolo, a partir de la cual crece el axonema.