Membrana celular: componentes, características y proteínas

Publicado el 31 mayo, 2021 por Rodrigo Ricardo

Membrana celular

La membrana celular rodea las células animales individuales y forma una barrera importante entre el entorno externo o espacio extracelular y el espacio intracelular. Al hacerlo, ayuda a mantener las concentraciones adecuadas de iones y fluidos dentro de la célula. El componente principal de la membrana celular es una membrana bicapa de fosfolípidos . Entre los fosfolípidos hay moléculas de colesterol . Otros componentes bioquímicos de la membrana incluyen:

  • Lípidos anfipáticos: fosfolípidos, glicolípidos, esteroles y colesterol.
  • Proteínas, incluidas proteínas integrales que actúan como transportadores de membrana y proteínas periféricas que se asocian libremente con el exterior de la membrana celular y actúan como enzimas.
  • Glicoproteínas y glicolípidos

Las principales funciones de la membrana celular son:

  • Controla el movimiento de fluidos, iones y otras sustancias, como moléculas orgánicas, dentro y fuera de las células y orgánulos.
  • Facilitar la adhesión celular
  • Regular la conductividad iónica
  • Señal telefónica
  • Se adhieren a las glucoproteínas y a una red intracelular de fibras proteicas, denominadas colectivamente citoesqueleto.

Membrana bicapa de fosfolípidos

Los fosfolípidos constituyen la mayor parte de la membrana celular y tienen una longitud de entre 16 y 20 carbonos. Un fosfolípido es un tipo de lípido que tiene glicerol, dos colas de ácidos grasos y una región de la cabeza asociada a fosfato. Toda la membrana está unida a través de la interacción no covalente de colas hidrófobas (temerosas del agua) . Si bien los ácidos grasos pueden interactuar con otras moléculas no polares, no se asocian con el agua. La porción de ácido graso de la membrana reside así en la porción de membrana interior donde puede protegerse del agua dentro y fuera de la célula.

La región de la cabeza de la membrana de fosfolípidos bicapa consta de cabezas hidrófilas (amantes del agua) que entran en contacto con las porciones acuosas interior y exterior de la célula. El agua, que es polar, forma interacciones cargadas con las cabezas de fosfolípidos. Dado que el agua es una molécula polar, forma fácilmente interacciones electrostáticas (basadas en cargas) con las cabezas de fosfolípidos. Debido a que la membrana de fosfolípidos tiene regiones hidrófilas e hidrófobas, también se considera anfipática . Esta disposición es importante para regular las sustancias que pueden ingresar a la célula a través de la difusión pasiva o el transporte activo. El agua y otras moléculas polares no pueden transitar fácilmente a través del núcleo hidrófobo de la membrana. En cierto sentido, los ácidos grasos de esta región impermeabilizan algo la célula.


Este diagrama muestra las cabezas hidrófilas y las colas hidrófobas de la membrana bicapa de fosfolípidos y varios tipos de proteínas de membrana.
fosfolípidos

Proteínas

Las proteínas forman la siguiente porción principal de las membranas celulares. Incluyen:

  • Proteínas de membrana
  • Proteínas periféricas

Proteínas de membrana

Las proteínas de membrana se clasifican además en:

  • Proteínas integrales
  • Proteínas de canal
  • Proteínas receptoras y ligandos
  • Glicoproteínas

Proteínas integrales

Las proteínas integrales de la membrana se encuentran dentro de la membrana de la bicapa de fosfolípidos. Están anclados al núcleo hidrófobo de la bicapa de fosfolípidos a través de una región hidrófoba. Dichas proteínas pueden abarcar toda la longitud de la membrana o solo extenderse una pequeña porción hacia el interior de la membrana. Las que se extienden en toda su longitud se denominan proteínas transmembrana. Las proteínas que están expuestas al interior o al exterior de la célula son hidrófilas. Las proteínas transmembrana pueden atravesar la membrana una sola vez o hasta 12 regiones diferentes de la membrana. La mayoría de las proteínas transmembrana contienen 20-25 aminoácidos hidrófobos que están organizados en forma de hélice alfa.

Proteínas de canal

Algunas proteínas integrales forman un canal que permite que los iones o moléculas pequeñas o grandes (como otras proteínas) pasen del exterior al interior de la célula. Estas proteínas transmembrana integrales están incrustadas permanentemente y atraviesan la membrana. Estas proteínas pueden permitir el movimiento hacia el interior de la célula mediante la difusión facilitada o el transporte activo.


Esta es una vista más amplia de una proteína de canal para mostrar cómo facilita el movimiento de iones y moléculas.
membrana


Este es un ejemplo de una proteína transmembrana o de canal, una bomba de iones / canal de ATP de sodio-potasio que utiliza ATP para mover 3 moléculas de sodio fuera de la célula a cambio de 2 iones de potasio.
bomba de iones

Proteínas receptoras y ligandos

Los receptores de proteínas de la membrana (superficie celular) también están contenidos dentro de la membrana celular, y cuando se unen a su ligando (moléculas extracelulares que podrían ser péptidos, proteínas u hormonas esteroides), estimulan la señalización. De esta manera, dichas proteínas permiten la comunicación entre la célula y el entorno extracelular, incluidos los órganos distales. Las moléculas extracelulares (ligandos) pueden ser:

  • Hormonas
  • Neurotransmisores
  • Citocinas
  • Factores de crecimiento
  • Moléculas de adhesión celular
  • Nutrientes que actúan a través de un receptor, como la vitamina D.

La unión de tales moléculas al receptor de membrana puede provocar cambios iónicos, metabólicos y de actividad general en la célula a través de una cascada de cambios químicos (transducción de señales), como la fosforilación de ciertas moléculas.

Glicoproteínas

Varias glicoproteínas también están presentes en la membrana celular y son esenciales en las interacciones célula a célula.

Proteínas de membrana periférica

Las proteínas de la membrana periférica residen en el exterior o el interior de la superficie de la membrana y están conectadas a esta región a través de proteínas integrales o fosfolípidos. Sin embargo, estas proteínas no penetran en el núcleo hidrófobo de la membrana y, por lo tanto, están unidas de forma más débil.

Naturaleza fluida de las membranas celulares

Una de las funciones más importantes de la membrana celular es regular el movimiento de fluidos, iones y otras moléculas dentro y fuera de la célula. El líquido dentro de la célula se considera líquido intracelular (ICF). El líquido inmediato más allá de la membrana celular se denomina líquido extracelular (ECF), y el líquido intersticial (IF) se refiere al líquido dentro de la región de tejido conectivo circundante. La fluidez de la membrana está regulada por varios factores que incluyen:

  • Naturaleza mosaico característica (anfipática) de la bicapa de fosfolípidos.
  • Proteínas y lípidos integrales en la membrana.
  • Propiedades físicas de la membrana celular que pueden acomodar algunas fuerzas físicas o movimientos sin estallar, aunque es bastante rígida. Sin embargo, demasiada ingesta de agua puede hacer que estalle, lo que a menudo se ve en los glóbulos rojos colocados en un entorno hipotónico donde la presión osmótica atrae el agua para que se mueva dentro de la célula.
  • Propiedades de los fosfolípidos que pueden variar de estar saturados (donde la porción de ácido graso está unida con átomos de hidrógeno y no existen dobles enlaces entre los átomos de carbono). Esto da como resultado que las colas sean relativamente rectas. Sin embargo, los ácidos grasos insaturados no tienen el número completo de átomos de hidrógeno e incluyen dobles enlaces entre los átomos de carbono, lo que dobla las regiones de la cola. A bajas temperaturas, las colas rectas se presionan entre sí dando como resultado una membrana rígida. Por el contrario, la compresión de los ácidos grasos insaturados, las torceduras en sus colas dejan algo de espacio entre las moléculas de fosfolípidos, lo que mantiene la fluidez en la membrana a temperaturas que harían que los ácidos grasos saturados se congelaran. Algunas especies de peces pueden adaptarse a ambientes fríos aumentando la cantidad de ácidos grasos insaturados en la membrana celular.
  • El colesterol es importante para mantener la fluidez normal de la membrana y actúa como un amortiguador al evitar que las temperaturas frías inhiban la fluidez y supriman el aumento de fluidez que podría provenir de temperaturas más altas.

Resumen de la lección

La membrana celular recubre las células animales y forma una barrera importante entre el espacio extracelular y el espacio intracelular. El componente principal de la membrana celular es una membrana bicapa de fosfolípidos que incluye colesterol . Otros componentes bioquímicos de la membrana incluyen otros lípidos, proteínas, glicoproteínas y glicolípidos.

La membrana celular actúa para regular el movimiento de líquidos y sustancias dentro y fuera de la célula y los orgánulos, promover la adhesión celular entre las células, regular la conductividad iónica, estimular la señalización celular y adherirse a las glicoproteínas y al citoesqueleto. Los fosfolípidos comprenden la mayor parte de la membrana celular y consisten en colas hidrófobas y cabezas hidrófilas . Debido a que la membrana de fosfolípidos tiene regiones hidrófilas e hidrófobas, también se considera anfipática . Esta disposición es importante para regular las sustancias que pueden ingresar a la célula a través de la difusión pasiva o el transporte activo.

Las proteínas forman la siguiente porción principal de las membranas celulares e incluyen proteínas periféricas y de membrana. Las proteínas de membrana se clasifican además en integrales, de canal, de receptor, de ligandos y de glucoproteínas. La fluidez de la membrana está regulada por varios factores, incluida la naturaleza anfipática de la bicapa de fosfolípidos, las proteínas integrales de la membrana, las propiedades físicas de la membrana y los estados insaturados o saturados de la bicapa de fosfolípidos.


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