La membrana plasmática es la única envoltura celular que está presente en todos los tipos celulares. Está formada básicamente por lípidos, proteínas y, en menor proporción, por hidratos de carbono. Al microscopio electrónico, se aprecian en ella dos delgadas líneas paralelas oscuras separadas por un espacio claro. Sus caras externa e interna se muestran continuas y lisas, salpicadas por abundantes partículas. Presenta propiedades de fluidez e impermeabilidad que la capacitan para aislar a la célula del medio (aunque permite el paso selectivo de sustancias) y para realizar numerosas funciones.
Componentes de la Membrana Plasmática
Lípidos
Entre los lípidos de membrana destacan los:
Fosfolípidos
Son los componentes fundamentales de las membranas plasmáticas, debido a su carácter anfipático. De la observación microscópica se deduce que los fosfolípidos se disponen en una bicapa en la que las cabezas hidrofílicas quedan hacia el exterior y las colas hidrofóbicas ocupan el espacio interno.
Colesterol
Se intercala en la bicapa de los fosfolípidos. Está presente, sobre todo, en las membranas de las células de los animales.
Proteínas
Las proteínas suelen tener un carácter anfipático, lo que les permite integrarse más o menos en diferentes zonas de la bicapa lipídica. Su tamaño y su estructura varían desde simples hélices alfa de pequeño tamaño, hasta grandes moléculas globulares con configuraciones muy complejas. De acuerdo con las observaciones microscópicas, el modelo del mosaico fluido propone que la ya descrita bicapa de fosfolípidos y colesterol está atravesada por proteínas transmembrana íntimamente unidas a ella, y tiene proteínas periféricas unidas más o menos fuertemente a sus dos superficies.
Hidratos de Carbono (Carbohidratos)
Los hidratos de carbono son fundamentalmente oligosacáridos unidos por enlaces covalentes a los lípidos o a las proteínas de la membrana, formando glucolípidos y glucoproteínas. En algunos casos se encuentran en gran cantidad en la parte externa de la membrana plasmática, de forma que esta aparece recubierta por un manto de carbohidratos, conocido como glucocálix.
Disposición y Asimetría Estructural
El modelo de mosaico fluido plantea que la membrana es asimétrica, es decir, que hay diferencias entre las dos caras de una membrana:
- La cara extracelular está cubierta por los azúcares del glucocálix.
- La cara intracelular no tiene glucocálix, sino una red de proteínas fibrosas que se unen a sus proteínas de la membrana (transmembrana) y refuerzan la membrana.
Tipos de Proteínas Asociadas a la Membrana
Las proteínas transmembrana, así como las periféricas que están unidas covalentemente a los lípidos de la membrana, se denominan proteínas integrales. Para separarlas de la membrana, se necesitan procedimientos drásticos. En cambio, las proteínas periféricas que se unen a otras proteínas de la membrana mediante enlaces no covalentes se denominan proteínas extrínsecas y pueden aislarse con facilidad.
Fluidez de la Membrana Plasmática
El modelo del mosaico fluido considera que la bicapa lipídica se comporta como un fluido en el que los lípidos y las proteínas pueden moverse en direcciones laterales (difusión lateral), rotar sobre su eje mayor (rotación), y en el que los fosfolípidos, aunque menos frecuentemente, pueden pasar de una monocapa a la otra (movimientos flip-flop).
La difusión lateral es la que determina en mayor medida la fluidez de la membrana, propiedad que varía de unas membranas a otras y está afectada por cuatro factores:
Factores que Afectan la Fluidez
Longitud de las Cadenas Hidrocarbonadas
Cuanto menor es la longitud de las cadenas hidrocarbonadas, más débiles son las interacciones entre ellas. Así, las membranas formadas por fosfolípidos con cadenas cortas son menos rígidas y se mantienen más fluidas.
Presencia de Insaturaciones
Las curvaturas de las colas hidrocarbonadas insaturadas hacen que las moléculas se dispongan menos apretadas, lo que aumenta su capacidad para moverse. Por tanto, cuanto mayor es el grado de insaturación, mayor es la fluidez de la membrana.
Proporción de Colesterol
El colesterol se sitúa en la bicapa lipídica con su grupo polar junto a las cabezas de los fosfolípidos, mientras su estructura anular, rígida e hidrofóbica, interactúa con las colas hidrocarbonadas y las inmoviliza. Esto endurece la membrana y la hace menos fluida y menos permeable.
Temperatura (T)
A medida que baja la temperatura (T), disminuye la fluidez.
Funciones de la Membrana Plasmática
Bicapa Lipídica
Actúa como barrera altamente selectiva por su gran impermeabilidad a sustancias hidrosolubles, iones y la mayoría de las moléculas biológicas.
Proteínas de Membrana
- Transportan moléculas específicas fuera y dentro de la célula (ej. glucosa).
- Transportan iones en ambos sentidos.
- Son receptores de las señales químicas del medio (célula diana). La molécula que lleva al receptor la señal química se llama molécula mensaje, ligando o primer mensajero.
Glucocálix
- Protege y lubrica la superficie celular (absorbe agua, lo que crea en la membrana una superficie viscosa).
- Reconoce y se adhiere a otras células (reconocimiento e interacción entre células).
- Reconoce y fija sustancias o partículas (adhesión a otra célula a través de los glúcidos).
Transporte a Través de la Membrana Plasmática
La membrana plasmática controla la entrada y la salida de determinadas sustancias, mediante diversos tipos de transporte que dependen fundamentalmente de la naturaleza y el tamaño de estas.
Transporte Sin Deformación de la Membrana
Las moléculas pequeñas o los iones pueden atravesar la membrana plasmática sin necesidad de que se produzca una alteración en su estructura. Este proceso puede ser transporte pasivo o transporte activo.
Transporte Pasivo
La dirección del transporte pasivo viene determinada por las concentraciones relativas de la molécula o del ion dentro y fuera de la célula, y se produce siempre a favor de su gradiente de concentración. Hay dos tipos de transporte pasivo: la difusión simple y la difusión facilitada por proteínas transmembrana.
Tipos de Transporte Pasivo
Difusión Simple
Es el mecanismo de transporte más sencillo y menos selectivo, pues cualquier molécula relativamente hidrofóbica, pequeña y sin carga puede difundirse a través de la bicapa sin necesidad de un transportador.
Difusión Facilitada por Proteínas Transmembrana
Que se encargan de transportar las moléculas grandes o los iones que no pueden atravesar la membrana por difusión simple. Estas proteínas pueden ser:
- Proteínas Transportadoras (Carriers): Transportan glucosa, aminoácidos y nucleósidos. Se unen en un lado de la membrana a la molécula que deben transportar y experimentan un cambio conformacional que libera la molécula al otro lado. Este transporte es muy selectivo, ya que los centros de unión de cada transportador son específicos para una molécula concreta.
- Proteínas Canal: Forman un canal a través de la membrana. Las mejor estudiadas son los llamados canales iónicos, que suelen estar cerrados y se abren para que puedan pasar moléculas cuyo tamaño y carga sean apropiados. Es un mecanismo mucho más rápido que el anterior, pero menos selectivo.
Transporte Activo
Es el transporte de iones y moléculas en contra de su gradiente de concentración. Las células lo realizan para mantener su composición y requiere un aporte de energía que es proporcionado por una reacción acoplada. Una de estas posibles reacciones acopladas es la hidrólisis de la molécula de ATP generado en el metabolismo.
Transporte Con Deformación de la Membrana
Las células eucariotas pueden captar y expulsar macromoléculas, partículas o incluso células o partes de ellas. Lógicamente, el gran tamaño de estos materiales impide su paso a través de la bicapa de lípidos o a través de los canales formados por las proteínas de la membrana. Por esa razón, este tipo de transporte requiere que la membrana se deforme. La entrada de materia a la célula mediante estos mecanismos es la endocitosis (entrada de materia) y la salida es la exocitosis (salida de materia).
Endocitosis
Es el mecanismo por el cual la célula puede tomar partículas del medio en el que vive, rodeándolas con una porción de membrana plasmática.
Pasos de la Endocitosis:
- Las partículas se fijan en determinados puntos de la membrana.
- Se produce una deformación de la membrana hacia el interior (invaginaciones) que engloba esas partículas.
- Se produce la separación total de esta invaginación, lo que forma una vesícula que pasa al citoplasma.
- Una vez digeridas o liberadas las sustancias de su interior, la membrana de la vesícula vuelve a incorporarse a la superficie.
Se pueden diferenciar dos tipos de endocitosis en función del tamaño de las partículas englobadas: fagocitosis (acción celular de “comer”) y pinocitosis (acción celular de “beber”).
Exocitosis
Es el proceso que permite a la célula expulsar materiales de gran tamaño. Estos materiales suelen viajar a través del citoplasma en el interior de vesículas de naturaleza membranosa, que se producen por gemación en la red trans del aparato de Golgi y que acaban fusionándose con la membrana plasmática, vaciando su contenido en el exterior.