Estructura y Función de la Membrana Celular: Asimetría Lipídica y Proteínas Clave

Asimetría de la Bicapa Lipídica

La asimetría de la bicapa lipídica es de gran importancia desde el punto de vista funcional, especialmente para transformar señales extracelulares en intracelulares. Muchas proteínas citosólicas se unen directamente a los grupos polares de lípidos concretos en la hoja interna, o bien los lípidos sufren modificaciones para crear puntos de anclaje en la membrana para proteínas. Ejemplos:

Importancia Funcional y Transducción de Señales

Ejemplos de Lípidos con Función de Anclaje

• Fosfatidilinositol: Es un fosfolípido minoritario que se concentra en la hoja interna. Un grupo variado de quinasas de lípidos pueden añadir grupos fosfato (P) en varias posiciones al anillo de inositol, generando sitios de unión que reclutan hacia la membrana determinadas proteínas del citosol. Ejemplo: la fosfatidilinositol-3-quinasa, que se activa en respuesta a señales extracelulares y ayuda a reclutar en la hoja interna proteínas de señalización intracelular.
• Fosfolipasa C: La membrana contiene varias fosfolipasas que, tras ser activadas por señales extracelulares, cortan específicamente ciertas moléculas de fosfolípidos, produciendo fragmentos que actúan como mediadores intracelulares de vida corta. La Fosfolipasa C corta un fosfolípido de inositol en la hoja interna y produce dos fragmentos: uno permanece en la membrana favoreciendo la activación de la Proteína Quinasa C (PKC), y el otro es liberado al citosol y estimula la liberación de iones de calcio (Ca+2) desde el Retículo Endoplasmático (RE).

Asimetría y Reconocimiento Celular: Apoptosis

La asimetría de los fosfolípidos de membrana permite distinguir entre células vivas y muertas, ya que la apoptosis (muerte celular programada) expone fosfatidilserina en la hoja externa. Esto produce el reconocimiento por parte de las células vecinas para la eliminación de la célula apoptótica. Este proceso ocurre debido a que el translocador de fosfolípidos, que transporta lípidos de la hoja externa a la interna, se inactiva, y se activa la scramblasa, que transfiere lípidos de forma bidireccional e inespecífica.

Proteínas de Membrana

Las proteínas de membrana se clasifican en dos categorías principales según su forma de inserción:

Clasificación por Inserción

Proteínas Periféricas

Se unen de forma no covalente a la hoja externa o interna de la membrana. Por lo tanto, se extraen con facilidad modificando la fuerza iónica del medio. Con frecuencia, las proteínas periféricas del lado extracelular de la membrana plasmática se unen a carbohidratos, dando lugar a las glucoproteínas.

Proteínas Integrales

Necesitan medios más drásticos para romper las asociaciones hidrofóbicas y ser extraídas de la membrana.

Proteínas Transmembrana (TM)

Son anfipáticas; su parte hidrofóbica interacciona con las colas de los lípidos, estableciendo uniones covalentes, y la parte hidrofílica está expuesta a ambos lados de la membrana. Según su organización, se clasifican en:

Proteínas en Alfa-Hélice

Establecen puentes de hidrógeno entre los enlaces peptídicos en el interior de la hélice. Pueden formar homodímeros que atraviesan una sola vez la bicapa. Las hélices se disponen oblicuas al plano de la membrana y, cuando atraviesan varias veces la bicapa, las cadenas peptídicas de hélices vecinas interaccionan a través de sitios específicos que son claves para el funcionamiento de canales y transportadores moleculares.

Proteínas en Beta-Barril

Atraviesan varias veces la bicapa formando un "barril" cerrado de hojas planas beta. Son más rígidas que las alfa-hélices y tienden a cristalizar más rápido. Son frecuentes en membranas bacterianas y en la membrana externa de mitocondrias y cloroplastos. Algunos de estos barriles son canales llenos de agua para el paso de pequeñas moléculas hidrofílicas (como las porinas y acuoporinas).

Proteínas Citosólicas Asociadas a la Hoja Interna

Puede existir una hélice alfa anfipática en la cara P (protoplasmática) o que presente una o más uniones covalentes a las cadenas lipídicas.

Proteínas Totalmente Expuestas a la Superficie Celular

Están unidas covalentemente a un azúcar más inositol.

Proteínas No Unidas Covalentemente a Otras Proteínas

Pueden ser estas últimas de la hoja interna o externa.