Biología Celular - Membrana Plasmática

La membrana plasmática delimita la célula, separando su interior del exterior.

La membrana plasmática está compuesta por lípidos y proteínas.

Las proteínas de la membrana plasmática realizan funciones específicas como el transporte de moléculas y el reconocimiento celular.

El modelo de la bicapa lipídica es ampliamente utilizado para estudiar las membranas. El eritrocito es un ejemplo útil, al no tener núcleo ni membranas internas.

La membrana plasmática está compuesta por fosfolípidos, principalmente fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina, fosfatidilinositol y esfingomielina.

Los fosfolípidos se distribuyen de forma asimétrica en la bicapa lipídica. La capa externa contiene principalmente fosfatidilcolina y esfingomielina, mientras que la interna contiene fosfatidiletanolamina, fosfatidilinositol y fosfatidilserina.

La membrana plasmática regula el paso de moléculas pequeñas a través de ella.

La endocitosis es un proceso por el cual la membrana plasmática engloba sustancias del exterior y las introduce en la célula.

La membrana plasmática es una barrera que controla el paso de sustancias hacia dentro y fuera de la célula. Permite el paso de algunas sustancias, pero bloquea el paso de otras. Es por eso que se dice que es selectivamente permeable.

Moléculas pequeñas como el oxígeno (O2), dióxido de carbono (CO2), agua (H2O) y algunas hormonas pueden atravesar directamente la membrana plasmática por difusión simple. No necesitan ayuda de proteínas.

Moléculas grandes o polares necesitan ayuda para atravesar la membrana plasmática. Se sirven de proteínas de canal o transportadoras para moverse.

Las proteínas de canal actúan como túneles que permiten el paso de moléculas específicas a través de la membrana. Piensa en un orificio en la membrana.

Las proteínas transportadoras se unen a la molécula que deben transportar y cambian de forma para moverla a través de la membrana.

El movimiento de sustancias a través de la membrana siempre se dirige desde donde hay más concentración hacia donde hay menos concentración. Es como una bola que rueda cuesta abajo.

El potencial eléctrico también influye en el movimiento de sustancias cargadas a través de la membrana. Se mueven hacia áreas con carga opuesta.

La difusión facilitada es un tipo de transporte pasivo que no requiere energía. A diferencia de la difusión simple, las moléculas no se disuelven en la membrana, sino que son transportadas por proteínas.

El flujo combinado de iones sodio (Na+) y potasio (K+) a través de la membrana de la célula muscular desencadena un potencial de acción, abriendo los canales de calcio regulados por voltaje (Ca2+). Esto provoca un aumento en la concentración intracelular de calcio, lo que inicia la contracción muscular.

Las células animales tienen tres tipos principales: tempranos, de reciclaje y tardíos.

Reciben vesículas formadas por endocitosis en la membrana plasmática.

El receptor de acetilcolina es un ejemplo de un canal regulado por ligando. Su poro se encuentra bloqueado por aminoácidos hidrofóbicos cuando está cerrado. La unión de la acetilcolina al receptor provoca un cambio conformacional, haciendo que los aminoácidos hidrofóbicos se retiren y abran el poro, permitiendo el paso de iones sodio (Na+) y potasio (K+).

Se originan por gemación de la membrana plasmática y se fusionan con los endosomas tempranos.

Los canales de sodio (Na+) son mucho más permeables al sodio que al potasio. Esto se debe a que el poro del canal es estrecho, actuando como un filtro de tamaño. El radio iónico del sodio es menor que el del potasio, lo que permite que el sodio pase, pero no el potasio o iones más grandes.

Reciclan componentes de la membrana a la membrana plasmática.

Los canales de potasio (K+) son mucho más permeables al potasio que al sodio, incluso más que los canales de sodio. También tienen un poro estrecho que no permite el paso de iones más grandes. La permeabilidad selectiva del canal de potasio se debe a la presencia de un filtro delimitado por átomos carbonílicos (C=O).

Las proteínas transportadoras y las proteínas de canal son dos tipos de proteínas que participan en la difusión facilitada, un tipo de transporte de membrana que no requiere energía.

Son los precursores de los lisosomas.

Las proteínas de canal son proteínas integrales de membrana que forman canales acuosos a través de la membrana celular. Estos canales permiten el paso de iones específicos o moléculas pequeñas a través de la membrana, a favor de su gradiente de concentración.

Transportan moléculas destinadas a degradación por cuerpos multivesiculares.

Se transportan a los endosomas tardíos desde la red trans-Golgi.

Las proteínas transportadoras también son proteínas integrales de membrana que transportan moléculas específicas a través de la membrana celular. En lugar de formar canales, las proteínas transportadoras se unen a los solutos y cambian de conformación para trasladarlos a través de la membrana.

Las proteínas lisosómicas son dirigidas a los lisosomas por residuos de manosa-6-fosfato, que son reconocidos por los receptores de manosa-6-fosfato en la red trans-Golgi y empaquetados en vesículas revestidas de clatrina.

El K+ es lo suficientemente grande para interactuar con los oxígenos carbonílicos en el filtro selectivo, desplazando las moléculas de H2O y permitiendo su paso a través del canal.

El Na+ es demasiado pequeño para interactuar con los oxígenos carbonílicos en el filtro selectivo, por lo que permanece unido a las moléculas de H2O formando un complejo hidratado demasiado grande para pasar por el canal.

El transporte activo utiliza energía de una reacción acoplada para mover moléculas en contra de su gradiente de concentración, es decir, de un área de baja concentración a otra de alta concentración.

La bomba Na+-K+ utiliza la energía de la hidrólisis del ATP para transportar Na+ fuera de la célula y K+ dentro de la célula, ambos en contra de sus gradientes electroquímicos.

La bomba Na+-K+ tiene sitios de unión para el Na+ en el interior de la célula y para el K+ en el exterior. La unión de Na+ provoca la hidrólisis del ATP, lo que cambia la conformación de la bomba, liberando Na+ al exterior y exponiendo los sitios de unión al K+. La unión del K+ induce la liberación del fosfato y el regreso a la conformación inicial, liberando K+ al interior de la célula.

Por cada molécula de ATP hidrolizada, la bomba Na+-K+ transporta 3 iones Na+ fuera de la célula y 2 iones K+ dentro de la célula.

La bomba Na+-K+ juega un papel crucial en el mantenimiento del potencial de membrana celular, el volumen celular, la transmisión de señales nerviosas y la contracción muscular.

La bomba Na+-K+ es un ejemplo clásico de transporte activo, donde la energía de la hidrólisis del ATP se utiliza para mover moléculas en contra de su gradiente de concentración.

La bomba Na+-K+ es esencial para el funcionamiento del sistema nervioso y muscular. Mantiene el potencial de membrana, que es necesario para la propagación de impulsos nerviosos y la contracción muscular.

La bomba Na+-K+ también juega un papel crucial en el mantenimiento del volumen celular y en la regulación del equilibrio osmótico. Esto significa que ayuda a controlar la cantidad de agua que entra y sale de la célula.

El transporte activo en contra del gradiente de concentración requiere energía adicional, la cual se obtiene de la hidrólisis de ATP.

La bomba de Ca2+ es otra proteína de membrana que utiliza la hidrólisis del ATP para mover iones calcio (Ca2+) fuera del citoplasma, hacia el exterior celular o hacia el interior del retículo endoplásmico.

La bomba de Ca2+ ayuda a mantener una baja concentración de Ca2+ en el citoplasma, lo que permite que la célula sea sensible a pequeñas variaciones en su concentración. Esto es importante para la señalización celular y la contracción muscular.

Los transportadores ABC (binding cassette) son una familia de proteínas de membrana que utilizan la energía del ATP para transportar una variedad de moléculas, incluyendo nutrientes y sustancias tóxicas. Consisten en dos dominios de unión al ATP y dos dominios transmembrana.