Biología Celular: Uniones y Membranas

La membrana plasmática es una estructura que delimita las células, compuesta por una bicapa lipídica. El término "Hemimbrana ex terna o exoplásmica" hace referencia al lado de la membrana que se enfrenta al exterior de la célula, también conocido como lado luminal.

Los lípidos son moléculas orgánicas que constituyen una parte fundamental de la membrana plasmática. Están compuestos principalmente por: Fosfolípidos, Esteroles y Glicolípidos

Los fosfolípidos son moléculas que poseen una cabeza polar (hidrófila) y dos colas apolares (hidrófobas). Se derivan del Diacilglicerol (DAG) y son responsables de la estructura de la membrana plasmática.

Los esfingolípidos son una clase de lípidos que contienen ceramida. La ceramida se compone de un alcohol esfingosina unido a un ácido graso de cadena larga. Son un componente importante de la membrana plasmática y juegan un papel crucial en la señalización celular.

Los glicolípidos son un grupo de lípidos que tienen una cabeza polar formada por monosacáridos. A diferencia de los fosfolípidos, no poseen un grupo fosfato. Son importantes para la función de la membrana plasmática.

Los anillos de los esteroides, como el colesterol, encajan con las colas de los fosfolípidos en la región donde estas se acercan a la cabeza, aportando rigidez a la membrana.

El colesterol es esencial para mantener la fluidez adecuada de la membrana celular, evitando que se vuelva rígida.

El colesterol ayuda a crear áreas de la membrana con mayor rigidez, denominadas "lipid rafts". Estas zonas tienen funciones específicas.

Los fosfolípidos se encuentran en mayor concentración en el lugar donde se sintetizan. Por ejemplo, los diacilgliceroles (DAG) en el retículo endoplásmico (RE) y los esfingolípidos en el aparato de Golgi.

Los fosfolípidos pueden moverse entre los diferentes compartimentos de la célula, lo que ayuda a uniformar su distribución.

El estrés en la membrana celular, como la diferente presión interna y externa, puede modificar su composición. Por ejemplo, la membrana de las células intestinales (enterocitos).

Las cadenas de ácidos grasos más largas e insaturadas en los fosfolípidos hacen que la membrana sea más fluida, mientras que las cadenas cortas y saturadas la hacen más rígida.

El colesterol afecta la fluidez de la membrana al interactuar con las colas de los ácidos grasos. A bajas concentraciones, aumenta la fluidez, mientras que a altas concentraciones, la reduce.

Las células tienen uniones especializadas que las mantienen conectadas, permitiendo que se comuniquen y funcionen como un tejido. Una clase importante es la unión célula-célula, la cual ayuda a unir células adyacentes, proporcionando resistencia mecánica e integridad del tejido.

Las zónulas adherentes son un tipo de unión célula-célula que forma un cinturón alrededor de la célula, conectando la membrana plasmática de células adyacentes. Su función principal es proporcionar resistencia mecánica y mantener uniones entre células adyacentes.

Los desmosomas son uniones puntuales que unen células adyacentes brindando fuerte unión. La desmosoma, también llamada mácula adherente, juega un papel crítico en las células sometidas a estrés mecánico.

Las uniones célula-matriz son uniones que unen la célula con la matriz extracelular, la red de proteínas y polisacáridos que se encuentran fuera de las células. Estas uniones permiten que las células se adhieran a superficies y mantengan la integridad del tejido.

Las uniones focales son uniones puntuales y transitorias que unen la célula al sustrato extracelular. Son puntos de anclaje donde la célula puede sentir y responder a las señales de la matriz extracelular.

La distribución de lípidos en la membrana plasmática no es uniforme. La hemimembrana externa o exoplásmica es rica en esfingomielina (SM) y fosfatidilcolina (PC), mientras que la hemimembrana interna o citosólica tiene mayor proporción de fosfatidilserina (PS), fosfatidiletanolamina (PE) y fosfatidilinositol (PI). Esta asimetría es crucial para la funcionalidad de la membrana y la señalización celular.

La presencia de fosfatidilinositol (PI) predominantemente en el lado interno de la membrana plasmática es fundamental para la señalización celular. La activación de receptores de membrana estimula la acción de la fosfolipasa C sobre el PI fosforilado, liberando inositol trifosfato (IP3) y diacilglicerol (DAG), ambos con roles importantes en procesos intracelulares.

La distribución asimétrica de lípidos en la membrana es dinámica. Las flipasas son proteínas que transportan específicamente fosfolípidos de un lado de la membrana al otro, manteniendo la composición y funcionalidad de la bicapa.

La localización de la síntesis de ciertos lípidos influye en su distribución. La esfingomielina (SM) se produce en la cara luminal del aparato de Golgi, mientras que los fosfoglicéridos se sintetizan en la cara citosólica del retículo endoplasmático. Sin embargo, esta síntesis no explica por completo la asimetría de la membrana.

La fosfatidilserina (PS) es más abundante en el lado interno de la membrana. Cuando una célula muere por apoptosis, la PS se transloca a la superficie externa de la membrana, actuando como una señal para las células fagocíticas.

Las balsas lipídicas son microdominios en la membrana plasmática enriquecidos en esfingomielina, colesterol y ciertos lípidos unidos a proteínas. Estas zonas más rígidas actúan como compartimentos funcionales concentrando proteínas y lípidos para realizar funciones específicas en la membrana.

El modelo de la balsa lipídica (Lipid rafts) fue propuesto por Simons and Ikore en 1997 como un modelo para explicar la organización de la membrana plasmática. Este modelo enfatiza la importancia de la heterogeneidad y compartimentalización de la membrana, y cómo esta organización sustenta funciones celulares específicas.

La bicapa lipídica no es uniforme en su composición. La proporción de cada tipo de lípido varía entre las diferentes membranas celulares. Por ejemplo, la membrana plasmática posee una composición de lípidos diferente a la membrana mitocondrial o la membrana del retículo endoplásmico.

Las uniones ocluyentes, también conocidas como uniones estrechas, son un tipo de unión célula-célula que sella el espacio intercelular, evitando el paso de sustancias por entre las células.

Las uniones ocluyentes son esenciales para mantener la polaridad celular, creando compartimentos con diferentes funciones dentro de la célula.

Las uniones ocluyentes ayudan a regular el paso de sustancias a través de la barrera epitelial, evitando el movimiento libre de moléculas entre las células.

Las claudinas son proteínas transmembrana que forman parte de las uniones ocluyentes. Diferentes tipos de claudinas determinan la permeabilidad de la barrera.

Las ocludinas son proteínas que ayudan a mantener la estabilidad de las uniones ocluyentes, asegurando que permanezcan unidas.

Las JAM (junctional adhesion molecules) son proteínas que participan tanto en la adhesión como en la estabilización de las uniones ocluyentes.

La afadina es una proteína que conecta las uniones ocluyentes al citoesqueleto de actina, proporcionando estructura y soporte a las células.

Las mutaciones en los genes que codifican proteínas de las uniones ocluyentes, como la claudina 16 o la afadina, pueden provocar diferentes patologías, desde defectos de nacimiento hasta síndromes.

Las integrinas son proteínas transmembrana que median la adhesión celular. Están formadas por dos subunidades, α y β, que se unen a diferentes elementos extracelulares como la fibronectina o el fibrinógeno. También interactúan con ligandos intracelulares, lo que activa la integrina y aumenta su afinidad por los ligandos externos. Este proceso puede ocurrir en ambas direcciones, facilitando la señalización entre el exterior e interior de la célula.

Las selectinas son glucoproteínas transmembrana que reconocen y se unen a oligosacáridos específicos presentes en la superficie de otras células. Existen tres tipos: E (células endoteliales), P (plaquetas y células endoteliales) y L (leucocitos). La unión de las selectinas requiere calcio (Ca++)

La superfamilia de las inmunoglobulinas (IgSF) incluye proteínas transmembrana que median la unión entre células. Estas proteínas están formadas por diferentes dominios y son importantes para la comunicación entre linfocitos, otras células inmunitarias y elementos relevantes en el sistema nervioso. Su unión no depende del calcio.

Las cadherinas son glucoproteínas transmembrana que permiten la unión entre células. Necesitan calcio (Ca++) para unir células adyacentes, formando dímeros paralelos a través de la interacción de cadherinas similares.

Las proteínas de adhesión celular son moléculas importantes que permiten a las células unirse entre sí y a la matriz extracelular. Estas proteínas se encuentran en la membrana plasmática y poseen un dominio transmembrana que las ancla a la célula, un dominio extracelular para interacciones con el entorno y un dominio intracelular que se conecta al citoesqueleto. Estas interacciones influyen en la fisiología celular y permiten importantes procesos como la formación de tejidos y la respuesta a señales externas.

Estructura lipoproteica que delimita un territorio celular concreto y determina su individualidad. Es una estructura bien definida y constante observada en microscopía electrónica en todos los tipos celulares.

Es la disposición de la membrana plasmática, que se caracteriza por la presencia de una bicapa lipídica con proteínas integrales y periféricas.

Estructura fundamental de la membrana plasmática, compuesta por fosfolípidos, esteroles y glucolípidos. Aporta la barrera de permeabilidad y la base estructural.

Proteínas con funciones específicas en la membrana. Pueden ser integrales (atravesar la bicapa) o periféricas (unirse a un lado de la bicapa).

Conformados por cadenas de azúcares unidos a lípidos o proteínas. Forman el glucocáliz, que tiene funciones en el reconocimiento celular y la protección.

Es la región de la membrana plasmática que se enfrenta al exterior de la célula. Contiene una mayor proporción de esfingomielina y fosfatidilcolina.

Es la región de la membrana plasmática que se enfrenta al interior de la célula. Contiene una mayor proporción de fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina y fosfatidilinositol.

La membrana plasmática no es simétrica en cuanto a la distribución de sus componentes. La composición de la hemimembrana externa es diferente a la de la hemimembrana interna.

Las proteínas transmembrana son proteínas que atraviesan la membrana plasmática, con una parte de su estructura en el espacio extracelular y otra parte en el citoplasma. Estas proteínas juegan un papel crucial en la comunicación celular, el transporte de moléculas y la señalización.

Las proteínas transmembrana pueden tener uno o varios dominios que atraviesan la membrana. Los dominios transmembrana se caracterizan por estar formados por aminoácidos hidrofóbicos, que interactúan con la bicapa lipídica de la membrana.

Las proteínas transmembrana pueden tener diferentes funciones en la membrana, dependiendo de su localización. Las proteínas en la cara exoplásmica pueden actuar como receptores, mientras que las de la cara citosólica pueden ser sitios de unión para el citoesqueleto o iniciar vías de señalización.

Algunos tipos de proteínas transmembrana se organizan como 'barriles', formando poros que permiten el paso de moléculas a través de la membrana. Estas proteínas son especialmente importantes en el transporte de sustancias a través de la membrana.

Las proteínas transmembrana de un solo paso atraviesan la membrana solo una vez. Un ejemplo de este tipo de proteínas es la glicoforina A, que forma dímeros en la membrana.

Las proteínas transmembrana de varios pasos atraviesan la membrana varias veces. Ejemplos de este tipo de proteínas son la bacteriorodopsina y el canal de glicerol.

Las proteínas transmembrana pueden unirse entre sí para formar complejos multiméricos. Estos complejos pueden tener funciones más complejas que las proteínas individuales. Un ejemplo es el receptor de antígenos de células T.

Las porinas son ejemplos de proteínas transmembrana que forman poros en la membrana. Estas proteínas son comunes en bacterias Gram-negativas y transportan sustancias hacia el interior de la célula.

El transporte activo es un proceso que mueve moléculas a través de la membrana celular en contra de su gradiente de concentración, lo que requiere energía. La energía es proporcionada por la hidrólisis del ATP o por el aprovechamiento de un gradiente electroquímico.

El transporte activo secundario utiliza la energía potencial almacenada en un gradiente electroquímico para mover otras moléculas a través de la membrana celular. No usa directamente ATP, pero depende de un gradiente generado por el transporte activo primario.

El cotransporte es un tipo de transporte activo secundario donde dos o más moléculas se mueven en la misma dirección a través de la membrana celular. Si las moléculas se mueven en la misma dirección, es un simporte; si se mueven en direcciones opuestas, es un antiporte.

Los transportadores ABC (ATP-Binding Cassette) son una familia de proteínas que utilizan la energía del ATP para transportar una amplia gama de moléculas a través de la membrana celular. Estos transportadores están involucrados en la resistencia a medicamentos, el transporte de nutrientes y la eliminación de toxinas.

La endocitosis es un proceso por el cual las células engullen material del exterior celular. La pinocitosis es un proceso similar, pero involucra la ingestión de líquido y pequeñas moléculas en vesículas pequeñas.

Es un proceso de unión covalente de una proteína a un ácido graso, como el mirístico o palmítico, a través del extremo N-terminal de un residuo de glicina.

Es la unión covalente de una proteína a un grupo farnesilo (15C) o geranilgeranilo (20C) a través de un enlace tioéter con el grupo -SH de una cisteína C-terminal o casi terminal.

Unidades lipídicas unidas de forma covalente a proteínas.

Son glicolípidos que se encuentran exclusivamente en la cara exoplásmica de la membrana.

Son moléculas compuestas por oligosacáridos unidos a proteínas o lípidos, localizadas en la hemimembrana externa.

Son proteínas con oligosacáridos unidos a residuos de serina, treonina o asparragina.

Las glucoproteínas y los proteoglucanos constituyen una capa rica en azúcares que recubre la superficie externa de la membrana plasmática.

Es un proceso complejo de unión de grupos farnesilo o geranilgeranilo a una proteína. A menudo, la unión es doble con dos grupos geranilgeranilo o un grupo geranilgeranilo y un ácido palmítico.

Las balsas lipídicas son microdominios en la membrana plasmática enriquecidos en esfingomielina, colesterol y ciertos lípidos unidos a proteínas. Estas zonas más rígidas actúan como compartimentos funcionales concentrando proteínas y lípidos para realizar funciones específicas en la membrana.

El modelo de las balsas lipídicas, propuesto por Simons y Ikore en 1997, explica la heterogeneidad en la membrana plasmática. Este modelo resalta la importancia de la organización y compartimentalización de la membrana para las funciones celulares.

Las proteínas de membrana se pueden clasificar según su función: transportadores, antígenos, enzimas, receptores, proteínas G, canales y poros, y conectores.

Las proteínas de membrana son esenciales para la función celular y representan alrededor del 7,000 genes del genoma humano. Su cantidad varía en diferentes membranas, por ejemplo, la membrana mitocondrial interna tiene un 76% de proteínas, mientras que la mielina tiene solo un 18%.

Las gotas lipídicas son acumulaciones de lípidos no necesarios para la célula, formadas principalmente por triglicéridos y ésteres de colesterol. Los ésteres de colesterol, más hidrofóbicos que los ácidos grasos, se acumulan junto con los triglicéridos en el retículo endoplásmico (RE). Cuando la acumulación alcanza un tamaño determinado, se forma una gota rodeada por una capa de fosfolípidos que se separa del RE y se acumula en el citosol.

El modelo de las balsas lipídicas propone que la membrana celular está compuesta por dominios de unos 50 nm de diámetro, enriquecidos en colesterol y glicoesfingolípidos. Estos dominios tienen mayor rigidez y concentran proteínas que participan en vías de señalización específicas.

La membrana plasmática tiene una estructura asimétrica, con una distribución desigual de lípidos en cada lado. El lado externo es rico en esfingomielina y fosfatidilcolina, mientras que el lado interno contiene más fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina y fosfatidilinositol. Esta asimetría es esencial para la funcionalidad de la membrana y la señalización celular.

Un proceso celular que permite a la célula capturar sustancias del exterior, como hormonas, proteínas o colesterol, mediante receptores específicos en su membrana.

Proceso celular que implica la internalización de material del exterior de la célula, sin especificidad por sustancias particulares.

Es la captura de partículas grandes, como bacterias o restos celulares, realizada por células especializadas, como los macrófagos.

Uniones que permiten el paso de pequeñas moléculas e iones entre dos células adyacentes, conectando sus citoplasmas.

Uniones que permiten el paso de pequeñas moléculas e iones entre dos células vegetales adyacentes, conectando sus citoplasmas.

Modificaciones de la membrana plasmática que aumentan la superficie de la célula, facilitando la absorción o secreción de sustancias.