ESTRUCTURA Y MODELOS DE MEMBRANA CELULAR

Resumen general acerca de elementos básicos de la membrana plasmática al comenzar a estudiar fisiología:

-Para qué sirve: su función

-Cómo es: estructura y modelos

Luego deberán leer acerca de sus componentes, su estructura y función así como las patologías generadas con su disfunción. Este aspecto siempre deben considerarlo al aprender biología... ¿Qué pasaría sí...? esta sencilla pregunta es la base para aprender, desarrollar la inteligencia, creatividad y de esta forma se han llegado a descubrir cosas fascinantes en el mundo. Las fuentes de los apuntes son Guyton y Berne Levy, además de aportes míos.

Recuerden: La inteligencia no es conocimiento, es imaginación....

Funciones de la Membrana plasmática

dentro de las funciones más importantes de la membrana podemos mencionar:

• es un límite aislante (dado por los fosfolípidos)
• permite el transporte de sustancias (gracias a las proteínas de membrana)
• conduce Potenciales de Acción
• reconocimiento de señales (gracias al glicocálix)
• unión intercelular
• organización de reacciones metabólicas.

Estructura de membrana

La estructura de membrana es firme, elástica, fina y flexible. Estas propiedades están dadas por los constituyentes de la membrana, esto es proteínas, lípidos y carbohidratos. Las proteínas y los lípidos se mueven en el plano de la bicapa pero rara vez cambian a la otra por ser anfipáticos.

Modelos de Membrana Plasmática.

Los modelos celulares más conocidos son el de Danielli Dawson en 1953 y el de Singer y Nicholson en 1972.

A) Modelo de Danielli, Dawson y Robertson:

• los lípidos se encuentran al centro formando una bicapa lipídica.
• las proteínas se encuentran en la superficie formando una estructura continua.
• su modelo es llamado modelo de sandwich.

B Modelo de Singer y Nicholson:

• los lípidos se encuentran al centro formando una bicapa lipídica.
• las proteínas se encuentran en la superficie formando una estructura discontinua, dispersa pero no al azar.
• su modelo es llamado modelo de mosaico fluido.

Fuente: Singer, 1992.

Actualmente es aceptado como cierto el modelo de Singer y Nichoolson, aunque la microscopia de barrido y transmisión además de múltiples investigaciones han llevado a un modelo de mosaico fluido que ofrece una visión más real de lo que pudiera ser la membrana de nuestras células.

 Fuente: Cooper, 2006.

GLÚCIDOS DE MEMBRANA Y GLICOCÁLIX

La membrana plasmática posee un porcentaje muy bajo (3%) de glúcidos, los cuales se encuentran unidos a otras moléculas para insertarse en la superficie externa de la membrana formando glucoproteínas y glucolípidos. 


Entre las funciones de estas moléculas podemos mencionar:

• confieren la carga negativa extracelular.
• conforman el glicocálix.

GLICOCÁLIX

El glicocálix es la estructura que recubre la superficie externa de la membrana y participa en:

• procesos de inmunidad (reconoce y ataca a los antígenos)
• la disminución de los procesos cancerígenos al atacar a las células extrañas.
• permite la adherencia a otras células y a las superficies.
• es causante de la compatibilidad entre los grupos sanguíneos y del rechazo a los transplantes.
• es parte importante en el desarrollo embrionario.

LÍPIDOS EN LA MEMBRANA CELULAR

Cerca del 50% de la membrana de una célula típica está formada por lípidos, es por ello que vale la pena estudiar sus estructuras y funciones.


A. FOSFOLÍPIDOS (25%)


Son lípidos que contienen un grupo fosfórico, comunmente derivados del ácido glicerofosfórico. Están formados por una molécula de glicerol unida a dos ácidos grasos y a un ácido fosfórico. Este a su vez está unido por enlaces fosfodiéster a otras estructuras (colina, serina, etc)dependiendo del tipo de fosfolípido. Gracias a esta asociación son moléculas anfipáticas y polares.

sus principales funciones son:

- mantener la estructura de la membrana

- su presencia en la bilis disuelve al colesterol previniendo cálculos biliares.

su estructura puede ser:

- saturada: cuyos enlaces son simples y rígidos.

- insaturada: con enlaces dobles y más flexibles. 

Fosfolípidos y transducción de señales.

- Los fosfolípidos con colina y los aminofosfolípidos son segundos mensajeros en la transducción de señales. (IP3, DAG)

- Son precursores de moléculas de transducción como las prostaglandinas.

B. COLESTEROL (13%)


es un esteroide con un sector polar y uno apolar, de naturaleza hidrófoba, sólo puede disolverse en compuestos apolares. Es exclusivo de las células animales.


sus funciones principales en la membrana plasmática son:

• proporciona estabilidad mecánica, o resistencia a los cambios de presión, golpes.
• es un aislante térmico que previene el congelamiento.
• aumenta la rigidez de la membrana para resistir la fluidez excesiva que generan el etanol y los anestésicos en general.

C. OTROS LÍPIDOS (4%)

se encuentran asociados a proteínas como lipoproteinas o a glúcidos como glucolípidos

Los glucolípidos actuán como receptores a antígenos.

PROTEÍNAS DE MEMBRANA

Corresponden aproximadamente al 55% de la composición total de la membrana celular. Se puede decir que la mitad de una membrana celular son proteínas, lo cual requiere pensar que su presencia es muy importante y que debe haber una gran diversidad tanto en estructura como en función.

según su estructura encontramos:

• proteínas integrales o intrínsecas
• periféricas o extrínsecas
• asociadas a glúcidos como glucoproteínas 
• asociadas a lípidos formando las lipoproteínas.

según su función tenemos:

1. PROTEÍNAS CANALES O CANALES IÓNICOS

      son glicoproteínas que transportan iones (fundamentalmente H2O, Na, K, Cl y Ca). Poseen un poro y una compuerta (gating) para el paso del ion. Cuando un gating está cerrado, el canal no puede conducir la corriente eléctrica ni permitir el paso de los iones. según su permeabilidad se pueden encontrar canales:


       -siempre abiertos (gating independiente del voltaje)
       -activados por voltaje: los aminoácidos de la compuerta tienen residuos con carga,                               que cambian su conformación al variar el voltaje.

       -activados por ligandos: tienen receptores que se unen al ligando (neurotransmisores, hormonas) cambiando la conformación de la proteína y abriendo el canal.

       -activados por calor: (termoreceptores)
       -activados por estímulos físicos (mecanorreceptores): Se abren por presión


   2.  PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS O CARRIERS

Son proteínas que arrastran a la sustancia a transportar (glucosa, galactosa y aminoácidos entre otras), esto ocurre por un cambio conformacional que se produce cuando la molécula  hace contacto con el punto de unión de la proteína, consiguiendo arrastrar físicamente al soluto.

     3. BOMBAS

una bomba es una proteína transmembrana que hidroliza ATP para transportar un soluto en contra de su gradiente electroquímico. Además de permitir que ingresen o salgan sustancias en contra de su gradiente, regula el potencial de la membrana. Dentro de las bombas biológicas más importantes se encuentran:


      - bomba de Na/K: es un transportador de intercambio antiporte cuyas funciones más reconocidas son:

• transportar Na y K en contra de su gradiente 
• disminuir el volumen celular 
• restablecer el potencial de membrana
• generar un gradiente químico para ingresar otras moléculas de interés por transporte activo secundario. 

Se encuentra en todas las membranas celulares de los animales y su funcionamiento se puede resumir en los siguientes pasos:


         1) se unen 3 Na en los sitios activos de la bomba.
         2) La bomba se fosforila sufriendo un cambio conformacional. 
         3) el Na sale de la célula y se unen 2 K a sus puntos de unión.
         4) La bomba se desfosforila y sufre un segundo cambio conformacional.
         5) El K es transportado al interior de la célula.


puede ser inhibido por el glicósido cardíaco ouabaína que se une a los sitios activos del K y por tanto bloquea la bomba.




     - bomba de Ca-ATPasa: es una bomba simporte ubicada en la membrana celular (expulsa Ca) y en la membrana del Retículo Sarcoplásmico  (ingresa Ca) usando como factores proteicos a la calmodulina y al etanol. Su finalidad es mantener bajos los niveles de Ca dentro de la célula para evitar que esta se contraiga. los pasos de esta bomba son:


         1) La [Ca] aumenta sobre 0,1mmolar 
         2) El ATP se hidroliza
         3) Salen 2 Ca por cada molécula de ATP hasta volver a [0.1 mmolar]




     - bomba de H: se encuentra en la membrana de las células parietales u oxínticas entre sus funciones se puede mencionar:

• disminuye el hidrógeno de las células del tubulo distal y colector del sistema renal.
• libera H desde las células parietales hacia el jugo gástrico.

el procedimiento de esta bomba a grandes rasgos es el siguiente:

        1) la bomba expulsa H al mismo tiempo que se libera Cl de forma pasiva por una Cl-permeasa.
        2) el resultado es que en el exterior hay una concentración de HCl 1 millón de veces mayor que en el interior de la célula.

COMPOSICIÓN DE LA MEMBRANA CELULAR

La membrana celular esta compuesta por elementos fundamentales cuya proporción aproximada es:

55% Proteínas 

25% Fosfolípidos

13% Colesterol

4%  Otros lípidos

3%  Carbohidratos

*Recordemos que la proporción de estos componentes depende de la actividad de cada célula en particular y de las funciones que esta cumpla en el organismo.

MEMBRANA CELULAR: FUNCIONES

La membrana celular es el limite biológico, estructural y metabólico de las células, dentro de sus funciones se encuentran permitir:

• El intercambio de lípidos, proteínas, glúcidos, iones disueltos, gases y agua entre la célula y su ambiente (plasma, líquido intersticial, otras células, etc.)
• El reconocimiento de señales y generación de respuestas a ella, mediante transducción de señales. 
• La respuesta inmune a anticuerpos, virus, e incluso el cáncer.
• La compartimentalización de los seres vivos, así cada célula realiza sus funciones sin interferir con las células adyacentes.
• La generación de gradientes para la producción de ATP, potenciales de acción en células excitables.
• Dar una forma específica a la célula, aportando una estabilidad mecánica a la par con la fluidez necesaria para el movimiento y flexibilidad de la célula. Esto gracias a la unión de las proteínas de membrana con el citoesqueleto.