Membrana Plasmàtica: Estructura, Funcions i Transport

Composició de la Membrana Plasmàtica

La membrana plasmàtica està composta principalment per:

• Lípids: Aproximadament un 40%.
• Proteïnes: Al voltant d'un 52%.
• Glúcids: Prop d'un 8%, generalment units a lípids (formant glicolípids) o a proteïnes (formant glicoproteïnes).

Components Lipídics Clau

Fosfolípids i Glicolípids

Són els lípids més abundants i essencials per a l'estructura bàsica de la membrana. Són molècules amfipàtiques, és a dir, tenen una regió polar (hidròfila, que interactua amb l'aigua) i una regió apolar (hidrofòbica, que repel·leix l'aigua). Aquesta propietat els permet organitzar-se espontàniament en una bicapa en medis aquosos. La seva mobilitat confereix fluïdesa a la membrana. Tipus de moviment dels lípids dins la membrana:

• Difusió lateral: Moviment dins de la mateixa monocapa.
• Rotació: Gir sobre el seu propi eix longitudinal.
• Flip-flop: Canvi d'una monocapa a l'altra (és un moviment poc freqüent i energèticament desfavorable si no és catalitzat per enzims específics anomenats flipases).

Colesterol

És un esteroide que es localitza entre les cues d'àcids grassos dels fosfolípids, especialment aquells insaturats. La seva funció principal és modular la fluïdesa de la membrana: a temperatures fisiològiques o elevades, restringeix el moviment dels fosfolípids i disminueix la fluïdesa; a temperatures baixes, evita l'empaquetament excessiu i la solidificació, mantenint la fluïdesa. Així, contribueix a l'estabilitat mecànica de la membrana.

Proteïnes de Membrana

Les proteïnes de membrana tenen els seus aminoàcids amb radicals hidrofòbics orientats cap a l'interior lipídic de la bicapa, mentre que els radicals polars s'orienten cap a les superfícies aquoses (citoplasmàtica i extracel·lular). Es classifiquen principalment en:

• Proteïnes integrals: Estan fortament inserides dins de la bicapa lipídica, i sovint la travessen. Per a la seva extracció es requereixen detergents.
  • Proteïnes integrals transmembrana: Travessen completament la bicapa lipídica una o diverses vegades.
• Proteïnes perifèriques: Es troben a la superfície interna o externa de la membrana, unides de manera més laxa (mitjançant enllaços no covalents) a les proteïnes integrals o als caps polars dels fosfolípids. Es poden separar de la membrana amb tractaments suaus (canvis de pH, força iònica).

Funcions Essencials de la Membrana Plasmàtica

1. Mantenir la integritat cel·lular, separant el medi intern (citoplasma) de l'extern i definint els límits de la cèl·lula.
2. Regular el transport de substàncies cap a dins i cap a fora de la cèl·lula:
   • Endocitosi: Procés d'entrada de substàncies (macromolècules, partícules) a la cèl·lula mitjançant la formació de vesícules a partir de la invaginació de la membrana plasmàtica.
   • Exocitosi: Procés d'expulsió de substàncies (com hormones, neurotransmissors, residus) de la cèl·lula mitjançant la fusió de vesícules intracel·lulars amb la membrana plasmàtica.
3. Regular selectivament l'entrada i sortida d'ions, mantenint gradients iònics essencials.
4. Regular selectivament l'entrada i sortida de molècules específiques (nutrients, productes de rebuig).
5. Reconeixement cel·lular: Gràcies al glicocàlix (format per glicoproteïnes i glicolípids de la cara externa), les cèl·lules es poden reconèixer entre si, essencial per a la formació de teixits i respostes immunitàries.
6. Activitat enzimàtica: Algunes proteïnes de membrana actuen com a enzims, catalitzant reaccions a la superfície de la membrana.
7. Transducció de senyals: Les proteïnes receptores de membrana interaccionen amb molècules senyalitzadores externes (com hormones, factors de creixement, neurotransmissors) i transmeten el senyal a l'interior de la cèl·lula, desencadenant respostes cel·lulars específiques.
8. Constituir punts d'ancoratge per al citoesquelet (a la cara interna) i per a la matriu extracel·lular (a la cara externa), proporcionant suport estructural i organització.
9. Formar unions intercel·lulars, connectant cèl·lules adjacents en teixits (mitjançant proteïnes de membrana específiques com cadherines, integrines, etc.).

Permeabilitat Selectiva de la Membrana

La membrana plasmàtica actua com una barrera selectiva, controlant quines substàncies poden travessar-la i a quina velocitat. Factors que generalment afavoreixen el pas directe a través de la bicapa lipídica:

• Mida petita de la molècula.
• Naturalesa apolar (liposoluble) de la molècula.
• Absència de càrrega elèctrica neta (molècules no carregades).

Les molècules grans, polars o carregades necessiten mecanismes de transport específics.

Mecanismes de Transport a través de la Membrana

Transport Passiu

Aquest tipus de transport no requereix despesa directa d'energia metabòlica (ATP) per part de la cèl·lula. Es produeix sempre a favor de gradient (de concentració o electroquímic), és a dir, des d'una zona de major concentració o potencial a una de menor.

Tipus de Transport Passiu:

• Difusió simple a través de la bicapa: Pas directe de molècules petites i apolars (com O₂, CO₂, N₂, etanol, urea) a través dels fosfolípids de la membrana.
• Difusió simple a través de canals iònics: Pas específic d'ions (com Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Cl^-) a través de proteïnes que formen porus o canals aquosos. Aquests canals solen ser selectius per a un tipus d'ió i poden ser:
  • Regulats per voltatge (canals dependents de voltatge): S'obren o tanquen en resposta a canvis en el potencial elèctric de la membrana.
  • Regulats per lligand (canals dependents de lligand): S'obren o tanquen per la unió d'una molècula específica (el lligand, com un neurotransmissor) al canal.
• Difusió facilitada: Transport de molècules més grans o polars (com glucosa, aminoàcids, nucleòsids) que no poden travessar fàcilment la bicapa lipídica. Es realitza mitjançant proteïnes transportadores específiques (permeases o carriers), que s'uneixen a la substància i experimenten un canvi conformacional per facilitar-ne el pas a través de la membrana. Aquest procés és saturable i específic.

Transport Actiu

Aquest tipus de transport requereix una despesa directa o indirecta d'energia metabòlica (generalment ATP). Permet moure substàncies en contra del seu gradient de concentració o electroquímic (des d'una zona de menor concentració o potencial a una de major).

Tipus de Transport Actiu:

• Transport actiu primari (Bombes iòniques): Proteïnes que utilitzen directament l'energia de la hidròlisi d'ATP per bombejar ions o molècules a través de la membrana.
  • Bomba de Na⁺/K⁺ (Sodi-Potassi ATPasa): Per cada molècula d'ATP hidrolitzada, bombeja 3 ions de sodi (Na⁺) cap a l'exterior cel·lular i 2 ions de potassi (K⁺) cap a l'interior. És crucial per mantenir els gradients d'aquests ions, el potencial de membrana, el volum cel·lular i per al transport actiu secundari.
  • Bombes de H⁺ (protons ATPases): Bombeja protons (H⁺) contra gradient, generant un gradient de pH o electroquímic. Són importants en vacúols vegetals, lisosomes, i en la generació de gradients per a la síntesi d'ATP (per exemple, en mitocondris durant la respiració cel·lular i en cloroplasts durant la fotosíntesi).
• Transport actiu secundari (Cotransport): Utilitza l'energia emmagatzemada en el gradient electroquímic d'un ió (generalment Na⁺ o H⁺), creat prèviament per transport actiu primari, per impulsar el transport d'una altra substància en contra del seu propi gradient. No consumeix ATP directament, però en depèn indirectament.
  • Simport (cotransportador): Ambdues substàncies (l'ió que es mou a favor de gradient i la molècula transportada contra gradient) es mouen a través de la membrana en la mateixa direcció.
  • Antiport (intercanviador): Les dues substàncies es mouen en direccions oposades a través de la membrana.

Estructures Externes Associades a la Membrana Plasmàtica

Algunes cèl·lules presenten estructures a la cara externa de la seva membrana plasmàtica que proporcionen protecció, suport estructural o faciliten la interacció amb l'entorn i altres cèl·lules.

Paret Cel·lular

És una capa rígida o semirígida present a l'exterior de la membrana plasmàtica en cèl·lules vegetals (principalment composta de cel·lulosa, hemicel·lulosa i pectines), fongs (quitina), algues i bacteris (peptidoglicà o mureïna). Funcions principals:

• Proporciona forma i rigidesa a la cèl·lula.
• Ofereix protecció mecànica i evita el trencament cel·lular per excés de turgència (pressió osmòtica interna).
• Participa en la unió entre cèl·lules adjacents (formant teixits en plantes) i en la defensa contra patògens.

Matriu Extracel·lular (MEC)

És una xarxa complexa de macromolècules secretades per les cèl·lules animals que omple els espais intercel·lulars en els teixits. Està composta principalment per:

• Proteïnes fibroses estructurals: Com el col·lagen (proporciona resistència a la tracció) i l'elastina (proporciona elasticitat).
• Glicoproteïnes adhesives: Com la fibronectina i la laminina (ajuden a l'adhesió de les cèl·lules a la matriu i entre si).
• Proteoglicans: Molècules molt hidratades que formen un gel, conferint resistència a la compressió i facilitant la difusió de substàncies.

Funcions de la MEC:

• Proporciona suport estructural i cohesió als teixits, unint les cèl·lules.
• Omple els espais intercel·lulars, actuant com a farciment.
• Concedeix consistència, elasticitat i/o rigidesa a òrgans i teixits.
• Influeix i regula processos cel·lulars com la forma, el desenvolupament, la migració, la proliferació, la diferenciació i la supervivència cel·lular.