La Membrana Celular: Estructura, Función y Transporte

Estructura de la Membrana Celular

La membrana celular es una estructura vital que separa el interior de la célula del ambiente externo. Su composición principal incluye:

• Proteínas: Integrales y periféricas.
• Glucoproteínas y Glucolípidos: Forman el glucocálix.
• Lípidos: Fosfolípidos y colesterol.

Características de la Membrana

• Fluidez: Capacidad de desplazamiento a través de la bicapa.
• Asimetría: Diferencia constitucional entre la capa interna y externa.
• Lateralidad: Capacidad de polarización de los componentes.

Funciones de la Membrana

• Permeabilidad: Permite el intercambio selectivo de sustancias.
• Filtro/Barrera: Separa el protoplasma del ambiente extracelular.
• Equilibrio: Mantiene la estabilidad de la matriz citoplasmática y la diferencia de iones entre el medio intracelular y extracelular.
• Dinámica: Controla el movimiento de sustancias entre el interior y el exterior celular.
• Soporte: Fija y transporta proteínas.

Proteínas Transportadoras

Proteínas especializadas inmersas en la bicapa se encargan de transferir moléculas pequeñas hidrosolubles a través de la biomembrana.

• Bombas impulsadas por ATP: Utilizan la energía liberada por la hidrólisis de ATP para impulsar el movimiento de iones o moléculas pequeñas contra su gradiente electroquímico.
• Canales iónicos: Permiten el movimiento de iones a favor de su gradiente electroquímico.
• Transportadores: Facilitan el movimiento de moléculas pequeñas o iones. Transportan un tipo de molécula a través de su gradiente de concentración.
• Proteínas cotransportadoras: Catalizan el movimiento de una molécula contra su gradiente de concentración, impulsado por el movimiento de iones.
• Proteína canal: Forma un poro por el cual difunde pasivamente el soluto.

Transporte Pasivo

No requiere ATP.

• Difusión simple: Desplazamiento de una molécula a través de una biomembrana a favor de su gradiente de concentración (+ a -). La velocidad de desplazamiento es proporcional al gradiente y a la permeabilidad. Está mediada por una membrana lipoproteica.
  • Moléculas no polares pequeñas se disuelven fácilmente (esto se requiere para la respiración celular).
  • Moléculas polares no cargadas se difunden rápidamente a través de una bicapa si son pequeñas.
• Factores que influyen en la velocidad de difusión: Gradiente de concentración, tamaño de la molécula, carga eléctrica de la molécula, hidrofobicidad de la molécula, gradiente electroquímico.
• Gradiente electroquímico: Fuerza neta que impulsa a un soluto cargado a través de la membrana. Resulta del gradiente de concentración y la carga eléctrica a través de la membrana. Maneja la dirección del transporte pasivo a través de la membrana.

Transporte Activo

Requiere ATP. Incluye transporte activo y de masas.

• Ósmosis: Difusión simple de agua a través de una membrana semipermeable desde una menor concentración de solutos a una mayor.
  • Turgencia: Presión del agua sobre la pared celular. Ayuda a dar firmeza y rigidez a tallos y hojas.
  • Plasmólisis: Concentración del contenido celular como resultado de la pérdida de agua. Tallos y hojas se marchitan.
• Difusión facilitada: Transporte con ayuda de proteínas de un ion o molécula a través de una biomembrana a favor de su gradiente de concentración. Más rápida que la difusión pasiva.
  • Uniportadores: Cruzan glucosa, aminoácidos y sacarosa. Velocidad de difusión más alta que en difusión simple. La hidrofobicidad de las moléculas es irrelevante en la difusión facilitada. El transporte en la difusión facilitada es específico.
  • GLUT1: Transporta glucosa en mamíferos. Cataliza la entrada de glucosa desde el medio extracelular al interior de la célula. Alterna entre dos estados conformacionales: sitio de fijación a la glucosa orientado hacia el exterior de la membrana y el otro hacia el interior.
  • Características de permeasas: Específicas, pueden ser inhibidas, actúan en ambas direcciones, no requieren gasto energético, su estructura no cambia y muestran cinética de saturación. El transporte es más rápido que en difusión pasiva.
• Canales iónicos: Permiten a los iones pasar por ellos a distintas velocidades a favor de su gradiente. Esto ayuda a generar diferencias en el potencial eléctrico de la membrana. Transportan agua, iones y moléculas hidrofílicas porque forman un pasaje hidrofílico a través de la membrana.
  • Canales no regulados: Canales abiertos siempre.
  • Canales regulados: Se abren solo en respuesta a señales químicas o eléctricas. La apertura y cierre de canales de Na y K regulados por voltaje generan potenciales de acción en neuronas. Neuronas en reposo tienen canales no regulados de K abiertos y de Na cerrados. El movimiento de K hacia afuera establece el potencial eléctrico negativo en el interior de la membrana.
• Transporte activo: Mediado por proteínas transportadoras impulsadas por hidrólisis de ATP para movilizar un ion o molécula en contra de su gradiente químico, eléctrico. Es un tipo de reacción química acoplada. Es propio de sustancias que necesitan acoplarse.
  • Transportadores acoplados: Acoplan el transporte de un soluto a través de la membrana en contra de su gradiente de concentración con el movimiento de uno o más iones a favor de su gradiente de concentración.
  • Simporte: Molécula transportada y ion cotransportado van en la misma dirección. Se requieren muchas proteínas transportadoras para mover glucosa y aminoácidos a través del epitelio. El resultado de esto es el movimiento de iones de Na, glucosa y aminoácidos desde la luz intestinal a través del epitelio hacia el medio extracelular que rodea la superficie basolateral de las células epiteliales intestinales.
  • Antiporte: Molécula e ion van en distinta dirección. Ejemplo: intercambio de Na/H de la membrana plasmática. Utiliza el influjo de Na a favor de su gradiente para bombear H+ fuera de la célula. Esto lo utilizan las células para controlar el pH del citosol. La incorporación de sacarosa, Na, Ca dentro de vacuolas vegetales es llevada a cabo por antiportadores de protones en la membrana vacuolar. Canales iónicos y bombas de H+ generan un gradiente de concentración de H+ lo suficientemente grande para impulsar la acumulación de iones y metabolitos en vacuolas.
  • Bombas impulsadas por luz: Acoplan el transporte en contra de gradiente a la llegada de energía luminosa.
  • Acuaporinas: Proteína canal para permitir el paso de agua más rápido. Permeables al agua e impermeables a iones. Participan en la secreción de fluidos.
• Transporte de masa: Movimiento de partículas en el cual se compromete la membrana. Propio de sustancias que no pueden atravesar la membrana. Mediado por receptores. Utiliza energía.

Transducción de Señales

Componentes de una respuesta: Señal, receptor, segundos mensajeros, mediadores, respuesta.

Moléculas de unión extracelular se pueden unir a receptores de la superficie celular o intracelulares.

Tipos de Receptores Proteicos

• Ionotrópicos: Unidos a canal iónico. Receptores en neurotransmisión rápida. Canales muy selectivos. Ejercen su efecto promoviendo el cierre o apertura de un canal que hace un cambio eléctrico celular. Estructura: 5 subunidades, poro interno cubierto con agua, dominio de unión alfa, dominios alostéricos.
• Metabotrópicos: Acoplados a proteína G. Familia con más receptores. Cambia entre canal abierto y cerrado. Pasando la corriente cambia la conformación del canal. El movimiento y dirección de iones depende del gradiente electroquímico. Señal dada por segundos mensajeros. Amplificación de señal. Ligandos: Neurotransmisores, hormonas, feromonas, olor, péptidos y proteínas. Componentes: Receptor 7 cadenas transmembrana, ligando, proteína G, GTP, proteína blanco, segundo mensajero. Proteína G: Tiene 3 subunidades (alfa, beta, gamma). Alfa tiene un GTP (fuente de energía de enlaces). Hay dos tipos: activadoras e inhibidoras. Transmisión lenta.
• Unidos a proteína quinasa: Transmisión muy lenta. Activados por varios factores de crecimiento, citoquinas, hormonas. Constituye dominios extracelular e intracelular. Ejerce función de división celular, apoptosis, diferenciación. Funcionan en la activación transcripcional. Tipos: unidos a tirosina-quinasa (insulina), citoquinas (sistema inmune), serina-treonina quinasa. Tienen 3 dominios: extracelular, intracelular y transmembrana. Receptor de insulina: tipo tirosina quinasa. La unión a insulina induce cambios en el receptor que desencadenan eventos bioquímicos que conducen a activar la proteína transportadora de glucosa (GLUT).
• Citosólicos: Transmisión muy lenta. Tipos: Intracelulares y solubles. Citosol y se dirigen al núcleo. Se unen directamente al ADN: modifican la transcripción de genes.

Segundos mensajeros: Se forman por la acción catalítica de enzimas. AMPc, Ca, DAG.