Biología: Membrana Celular y Transporte

Membrana Celular

• La membrana celular es una estructura delgada, flexible y dinámica que delimita a las células eucariotas.
• El modelo de mosaico fluido, propuesto por Singer y Nicholson en 1972, describe a la membrana como una bicapa lipídica compuesta por fosfolípidos con cabezas hidrofílicas y colas hidrofóbicas.
• Las proteínas se encuentran incrustadas en la bicapa, atravesándola completamente o solo asociándose a su superficie.
• La membrana celular es dinámica, con fosfolípidos y proteínas que se mueven lateralmente dentro de ella.
• La asimetría es otra característica, pues la distribución de lípidos y proteínas puede ser desigual entre las caras de la membrana.
• Las proteínas de membrana son responsables de diversas funciones, incluyendo transporte, comunicación, señales y adhesión celular.
• La membrana celular tiene un grosor de 5 a 10 nm.

Transporte a través de la membrana

• El transporte a través de la membrana celular se refiere al movimiento de moléculas o iones a través de la bicapa lipídica.
• Es vital para mantener el equilibrio interno de la célula y permitir la comunicación con el entorno.
• El transporte puede ser pasivo (sin gasto energético), como la difusión simple o facilitada, o activo (con gasto de energía), como el transporte activo.
• La difusión simple se produce cuando las moléculas se mueven a través de la membrana siguiendo su gradiente de concentración.
• La difusión facilitada involucra proteínas de transporte que ayudan a las moléculas a atravesar la membrana.
• El transporte activo utiliza energía para mover moléculas en contra de su gradiente de concentración, empleando bombas o transportadores.
• La endocitosis es un proceso por el cual la célula engloba material del exterior.
• La exocitosis es el proceso por el cual la célula libera material al exterior.

Citoesqueleto

• El citoesqueleto es una red tridimensional de filamentos de proteínas que se extiende por el citoplasma celular.
• Se compone de tres tipos principales de filamentos: microtúbulos, filamentos de actina (microfilamentos) y filamentos intermedios.
• El citoesqueleto proporciona soporte estructural, facilita la forma y organización interna, participa en el movimiento celular y el transporte intracelular, y participa en la división celular.

Microtúbulos

• Los microtúbulos son estructuras tubulares rígidas, huecas e inextensibles, con un diámetro externo de 25 nm.
• Se componen de la proteína tubulina, que se ensambla en 13 protofilamentos que forman el microtúbulo.
• Los microtúbulos son polares, con un extremo más y un extremo menos, y están asociados a proteínas motoras como kinesinas y dineínas, que usan GTP como fuente de energía para moverse a lo largo de ellos.
• Los microtúbulos participan en el transporte intracelular de vesículas y orgánulos, la organización celular, y la formación del huso mitótico durante la división celular.

Filamentos de actina

• Los filamentos de actina (microfilamentos) son estructuras delgadas, flexibles y extensibles, con un diámetro de 7-8 nm.
• Se ensamblan a partir de la proteína actina globular (G-actina), que se polimeriza formando filamentos de actina (F-actina).
• Los filamentos de actina son polares y se asocian a proteínas motoras como las miosinas, que utilizan ATP como fuente de energía para moverse a lo largo de ellos.
• Los filamentos de actina participan en la motilidad celular, la contractilidad muscular, el transporte intracelular y la formación de estructuras como las microvellosidades.

Filamentos intermedios

• Los filamentos intermedios son estructuras resistentes al estiramiento, flexibles e inextensibles, con un diámetro de 10-12 nm.
• Se ensamblan a partir de una variedad de proteínas fibrosas, que se polimerizan formando un cable intermedio.
• Los filamentos intermedios no son polares y no se asocian a proteínas motoras.
• Los filamentos intermedios proporcionan soporte estructural y resistencia mecánica a las células.

Neuronas

• Las neuronas son células especializadas del sistema nervioso que transmiten información a través de señales eléctricas y químicas.
• Se componen de un cuerpo celular, dendritas y un axón.
• El cuerpo celular contiene el núcleo y otros orgánulos celulares.
• Las dendritas reciben señales de otras neuronas.
• El axón transmite las señales a otras células.
• La sinapsis es el punto de contacto entre dos neuronas, donde se libera un neurotransmisor para transmitir la señal.
• En el axón, la mielina forma una capa aislante que permite una conducción rápida de la señal eléctrica.
• Las neuronas se especializan en la generación y la conducción de impulsos nerviosos, llamados potenciales de acción.

Célula de Schwann

• Las células de Schwann son células gliales que se encuentran en el sistema nervioso periférico y son las responsables de la mielinización de los axones, lo que permite una conducción rápida de los impulsos nerviosos.
• También ayudan a la regeneración de fibras nerviosas dañadas.

Astrocitos

• Los astrocitos son células gliales con diversas funciones en el sistema nervioso central.
• Ayudan en la reparación y nutrición de los tejidos nerviosos.
• Sostienen y mantienen a las neuronas.
• Regulan los neurotransmisores y actúan como barrera hematoencefálica.
• Participan en el metabolismo energético de las neuronas.

Oligodendrocitos

• Los oligodendrocitos son células gliales del sistema nervioso central que forman la vaina de mielina alrededor de los axones de las neuronas.
• La mielina funciona como un aislante eléctrico, que permite una conducción rápida de los impulsos nerviosos.

Sistema nervioso central (SNC)

• El sistema nervioso central está formado por el encéfalo y la médula espinal.

  • El encéfalo se divide en:

    • Cerebro: Responsable de las funciones cognitivas superiores, el lenguaje, la memoria y el movimiento voluntario.
      • La corteza cerebral se compone de sustancia gris (cuerpos neuronales) y sustancia blanca (axones).
      • Los lóbulos cerebrales:
        • Frontal: Funciones ejecutivas, toma de decisiones, movimiento.
        • Parietal: Procesamiento sensorial, propiocepción, orientación espacial.
        • Temporal: Procesamiento de información auditiva, lenguaje, memoria, reconocimiento facial.
        • Occipital: Procesamiento visual.
    • Cerebelo: Coordina el movimiento y el equilibrio.
    • Tallo encefálico: Regula funciones vitales, como la respiración, la frecuencia cardíaca y la presión arterial.

  • La médula espinal: Recibe información sensorial del cuerpo y la envía al encéfalo, y transmite órdenes motoras desde el encéfalo al cuerpo.

    • Tiene sustancia gris central (cuerpos neuronales) y sustancia blanca periférica (axones).
    • Se divide en 31 segmentos, cada uno con un par de nervios espinales.

Sistema nervioso periférico (SNP)

• El sistema nervioso periférico está formado por los nervios que conectan el sistema nervioso central con el resto del cuerpo.
• Se compone de dos tipos de nervios:
  • Nervios craneales (12 pares): Conectan el encéfalo directamente con órganos sensoriales, músculos y glándulas.
  • Nervios espinales (31 pares): Conectan la médula espinal con el resto del cuerpo.

Sistema nervioso autónomo (SNA)

• El sistema nervioso autónomo controla funciones involuntarias como la respiración, la digestión y la frecuencia cardíaca.
• Está formado por dos ramas:
  • Sistema simpático: Prepara el cuerpo para situaciones de estrés o peligro ("lucha o huida").
  • Sistema parasimpático: Promueve la relajación y la recuperación ("reposo y digestión").

Potencial de Membrana

• El potencial de membrana es la diferencia de potencial eléctrico entre el interior y el exterior de una célula.
• Se debe a la distribución desigual de iones a ambos lados de la membrana celular y la permeabilidad selectiva de la membrana.
• La ecuación de Goldman se utiliza para calcular el potencial de membrana, teniendo en cuenta la permeabilidad de la membrana a diferentes iones.

Potencial de acción

• El potencial de acción es un cambio repentino y breve en el potencial de membrana que viaja a lo largo del axón de una neurona.
• Es la unidad básica de comunicación neuronal.
• Se produce cuando hay una entrada de iones sodio (Na+) a la célula a través de canales de sodio dependientes de voltaje, lo que despolariza la membrana.
• A continuación, se produce una salida de iones potasio (K+) de la célula a través de los canales de potasio dependientes de voltaje, lo que repolariza la membrana.
• El potencial de acción es un proceso de "todo o nada", es decir, solo se produce si se alcanza un umbral de despolarización.

Conducción saltatoria

• La conducción saltatoria es un tipo de conducción rápida de los impulsos nerviosos que ocurre en axones mielinizados.
• La mielina actúa como un aislante eléctrico que evita las fugas de corriente, haciendo que la corriente eléctrica salte de un nodo de Ranvier a otro.
• Los nodos de Ranvier son espacios sin mielina que se encuentran entre las capas de mielina.
• La conducción saltatoria es mucho más rápida que la conducción continua, lo que permite una transmisión rápida de información a lo largo del axón.

Este cuestionario explora la estructura y funciones de la membrana celular, incluyendo el modelo de mosaico fluido y los mecanismos de transporte a través de ella. Se abordarán temas como la distribución de lípidos y proteínas, así como su importancia en la comunicación celular y el transporte de sustancias. Ideal para estudiantes de biología que buscan entender estos conceptos clave.