4.3 La membrana celular: estructura y función en el transporte celular

Toda célula, por ser un sistema abierto, intercambia continuamente materia y energía con el entorno mediante una barrera semipermeable que permite la libre entrada y salida de determinadas sustancias, mientras que otras requieren mecanismos especiales para atravesaría. Esta barrera se denomina membrana plasmática. Las funciones de esta estructura son delimitar la célula, regular el tránsito intra y extracelular y mantener el medio interno de la célula.

La selectividad de la membrana plasmática, que impide el paso de moléculas extrañas, es uno de los factores que permite conservar la integridad de la célula y la estabilidad de su medio interno (homeostasis) a pesar de los cambios del medio extracelular. Esto se debe a la estructura en doble capa de la membrana.

En 1972, S. J. Singer y G. L. Nicolson elaboraron un modelo de membrana que denominaron mosaico fluido. El término mosaico se debe al aspecto heterogéneo que presenta la membrana vista en un microscopio electrónico. No es una estructura rígida, sino que tiene fluidez debido al movimiento lateral de lípidos y proteínas; de allí lo de fluido.

La bicapa lipídica de la membrana celular

La membrana plasmática está compuesta principalmente por fosfolípidos, con proteínas insertas entre ellos. Los fosfolípidos se organizan en una doble capa o bicapa. También se encuentran algunos carbohidratos asociados a las proteínas y a los fosfolípidos. En las células animales, además, hay moléculas de colesterol insertas entre los fosfolípidos.

• Fosfolípidos. Son moléculas anfipáticas, es decir, tienen una región polar hidrofílica que puede estar en contacto con el agua y otra apolar hidrofóbica que la repele. En la bicapa lipídica, las cabezas polares constituidas por moléculas de glicerol y fosfato quedan expuestas a medio acuoso extracelular y del citoplasma, mientras que las colas apolares formadas por moléculas de ácidos grasos se enfrentan entre ellas.
• Proteínas. Se encuentran embebidas en la matriz fluida de la capa lipídica. Su presencia determina la mayor parte de las funciones específicas de las membranas. Hay dos tipos de proteínas de membrana: las integrales, que la atraviesan por completo, y las periféricas, que están unidas a la superficie de la membrana.
  
  
  
• Carbohidratos. Son cadenas cortas de máximo 15 unidades de monosacáridos. Se unen a la membrana mediante enlaces especiales con los lípidos y las proteínas. Cuando un carbohidrato se une con un lípido, forma una molécula llamada glucolípido. Si se une con una proteína de membrana, forma una molécula denominada glicoproteína.
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  Moléculas de colesterol. Se localizan entre las moléculas de fosfolípidos. Su presencia contribuye a la estabilidad de la membrana al interaccionar con las colas apolares. Su función es evitar que las colas se compacten y vuelvan rígida la membrana
  
  

Propiedades y funciones de la membrana plasmática

La membrana plasmática permite el mantenimiento de un medio interno adecuado para que se lleven a cabo todos los procesos que permiten la vida.

Veamos algunas propiedades de la membrana celular.

Selectividad. Las proteínas y los lípidos le confieren a la membrana la propiedad de selectividad, que le permite expulsar, desde su interior, los desechos del funcionamiento celular e incorporar nutrientes desde el líquido extracelular para las funciones de la célula. Además, es semipermeable, es decir, permite el paso de ciertas sustancias presentes en el medio extracelular e impide el de otras.

Protección. Dado que es el límite celular, la membrana adquiere funciones de protección: forma una barrera a la que se enfrentan sustancias nocivas y organismos patógenos.

Comunicación. Es la responsable de la relación con las células vecinas, pues contiene receptores que reconocen señales externas y transmiten esta información al citoplasma y al núcleo.

Estructura. Junto con el citoesqueleto y la matriz extracelular, la membrana plasmática

determina la forma de la célula. 

Las propiedades de selectividad y permeabilidad involucran la función del transporte de sustancias, que puede ser de dos tipos: pasivo o activo.

El transporte pasivo

Es un movimiento aleatorio de las moléculas directamente a través de los espacios de la membrana o

utilizando proteínas transportadoras. Este proceso se realiza a favor del gradiente de concentración o

del gradiente eléctrico, o sea, desde donde la sustancia está más concentrada hacia donde menos lo está

o desde donde hay mayor potencial eléctrico hacia donde hay menor, por lo que no hay gasto de energía. Se distinguen tres tipos de transporte pasivo: difusión simple, difusión facilitada y ósmosis.

Representación del intercambio
de gases por difusión simple entre
la célula y el ambiente 

Difusión simple. Algunas moléculas de soluto pequeñas y sin carga eléctrica atraviesan la bicapa

lipídica a favor del gradiente de concentración. Por ejemplo, el oxigeno, el nitrógeno, el dióxido de car-

bono y el alcohol (etanol), entre otros. La difusión simple finaliza cuando se igualan las concentraciones del soluto en ambos lados de la membrana.

Difusión facilitada. Las moléculas de soluto grandes o con carga eléctrica, que no pueden atravesar

libremente la bicapa lipídica -a pesar de que su gradiente de concentración es favorable- utilizan

proteínas transportadoras para cruzar al otro lado sin dificultad. Gracias a esto, iones, aminoácidos y

glucosa, entre muchos otros, traspasan la membrana plasmática. Estas proteínas pueden ser de dos

tipos: canales iónicos o transportadores.

Ósmosis. Cuando una membrana es impermeable a un soluto que tiene diferente concentración de lado

y lado - es decir que el soluto no puede atravesar la membrana- las concentraciones de ambos ambientes se igualan por medio de la difusión de agua; en otras palabras, por ósmosis. La ósmosis es el transporte de agua a través de la membrana plasmática. El agua cumple funciones como regular la temperatura, disolver sustancias, ser el medio para que ocurran las reacciones químicas del metabolismo y transportar nutrientes, entre otras.

El transporte activo

Ocurre en contra con gana ente de concentración o del gradiente eléctrico, por lo que requiere de gasto de energía en forma de ATP. Este tipo de transporte depende de la presencia y actividad de proteínas transportadoras de la membrana plasmática, llamadas bombas, que utilizan la energía del ATP para impulsar sustancias hacia donde están más concentradas o hacia donde hay mayor potencial eléctrico. Por ejemplo, gracias a la bomba sodio-potasio, la célula puede mantener altas concentraciones de sodio en el exterior y bajas concentraciones de potasio en su interior, aun en contra del gradiente electroquímico.

Existen grandes moléculas o partículas que son transportadas a través de la membrana plasmática. Estas moléculas, como polisacáridos, proteínas, virus e incluso otras células más pequeñas, pueden ser transportadas hacia o desde el citoplasma mediante el transporte de macromoléculas. Lo hacen a través de endocitosis y exocitosis. 

El mecanismo de endocitosis se utiliza para que ingresen las macromoléculas a la célula, mientras que el de exocitosis implica su salida. En los dos casos, las macromoléculas se transportan en vesículas que se generan dentro de la célula y que están rodeadas por membranas.

Según el tamaño de las sustancias que entran a la célula, la endocitosis se denomina fagocitosis, cuando ingresan sustancias sólidas, pinocitosis, cuando ingresan sustancias líquidas y de tamaño mediano, o endocitosis mediada por receptor, que se presenta cuando hay invaginación de la membrana y una molécula determinada. 

Se une a través de una proteína específica a un receptor en la membrana que lo reconoce.

Fuente: Santillana S.A