Membrana Biológica

Las membranas biológica miden de 5 a 10 nanómetro y separa físicamente el interior de la célula del entorno extracelular, recibe información sobre cambios en el entorno y regula el paso de materiales hacia dentro y hacia afuera de la célula, una función que hace posible que la célula mantenga su integridad estructural y funcional; no obstante, esta regulación depende de interacciones entre la membrana y los materiales que pasan a través de ella. Por otra parte, esta membrana forma compartimientos que permite la realización de diversas funciones independientes y participa en las reacciones bioquímicas.

Según el Modelo de Mosaico Fluido, las membranas son unas estructuras fluidas y dinámicas que se forman a partir de bicapas fosfolipídicas fluidas, en la que se incluye una gran variedad de moléculas de proteínas y de colesterol, las cuales pueden desplazarse lateralmente por la bicapa; es de resaltar, que este modelo fue propuesto por de Singer y Nicholson (1972). Por otra parte, las moléculas fosfolipídicas son anfipáticas puesto que tienen cabezas hidrofílicas que están en las dos superficies de la bicapa y sus cadenas hidrófobas de ácidos grasos que están en el interior.

No obstante, las bicapas lipídicas son flexibles, están autoselladas y se pueden fusionar con otras membranas; estas propiedades permiten a la célula transportar materiales de una región a otra de la misma. Asimismo, Torrealba, S. (2012) menciona que este modelo tiene 3 características, las cuales son:

1) Considera a la membrana como un mosaico fluido en el que la bicapa lipídica es el cementante y las proteínas están embebidas en ella, interaccionado unas con otras y con los lípidos, presentando un movimiento lateral. Este movimiento presenta ciertas limitaciones.

2) Las proteínas integrales están dispuestas en mosaico.

3) Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución de todos sus componentes químicos (lípidos, proteínas, glúcidos).

En este sentido, una Membrana Biológica, es una bicapa de fosfolípidos que contiene proteínas y colesterol, cuya función es proteger el interior de la célula.; además, contienen moléculas anfipaticas es decir tiene una membrana hidolitica y una hidrofobica. Por otro lado, Roa, L. (2016) expone que existen 3 tipos de membrana, los cuales son: 

a) Micela: Es una monocapa lipidica limitada ya que esta se cierra, es decir, forma una circunferencia

b) Vesícula Lipidica: Se acerca más a una membrana más ideal, ya que forma una bicapa lipidica, pero está limitada puesto que también forma una circunferencia.

c) Bicapa Lipidica: No se cierra, es alargada (horizontal), no es segmentada lo cual hace que sea más favorable, para sí garantizar la continuidad de los transportes.

Características

1. Poseen una estructura laminar.
2. Controlan flujo de información.
3. Generan señales químicas y eléctricas. 
4. Tienen un grosor entre 60 y 100 anston. 
5. Son asimétricas (dos lados diferentes).
6. Contienen sistemas de transporte (Puertas y Bombas).
7. Están compuestas por 60% lípidos, 40% proteínas y de 0 a 10% carbohidratos.

Importancia

• Separa un medio del exterior.
• Regula el tráfico celular.
• Divide el espacio interno.
• Organiza secuencias de reacciones.
• Participa en la conservación de energía biológica.
• Permite una diferencia de gradientes, entre el medio interno y externo,
• Importante en la comunicación intracelular.

Componentes

Proteínas

Son macromoléculas compuestas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, la mayoría también contienen azufre y fósforo. Las mismas están formadas por la unión de varios aminoácidos, unidos mediante enlaces peptídicos.

Tipos de Proteínas de la Membrana Celular

*Integrales: Son aquellas que cruzan la membrana y aparecen a ambos lados de la capa de fosfolípidos. La mayor parte de estas proteínas son glicoproteinas, proteínas que tiene unidos uno o varios monosacáridos. La parte de carbohidrato de la molécula está siempre de cada al exterior de la célula.

*Perifericas: Están no se extienden a lo ancho de la bicapa sino que están unidas a las superficies interna o externa de la misma y se separan fácilmente de la misma; además tienen muchas funciones como: transportar materiales, actúan como enzimas o receptores, reconocen a las células y las unen estructuralmente.

*De Transporte: Facilitan el paso de ciertos iones y moléculas a través de la membrana celular; y sufren una serie de cambios configuramacionales cuando se unen al soluto especifico que van a transportar.  Estas pueden ser:

a) Transportadores ABC: Son proteínas transportadoras que utilizan la energía del ATP para trasportar solutos como ciertos iones, azúcares y polipéptidos a través de las membranas celulares.

b) Porinas: Son proteínas de canal que forman pasillos relativamente grandes a través de la membrana, el cual permite el paso de agua y determinados solutos. Asimismo, son cilíndricas huecas, con estructura de barril debido al enrollamiento hacia arriba de láminas b, que forman poros.

*Receptores: Son proteínas integrales que reconocen determinadas moléculas a las que se unen o fijan. Estas proteínas pueden identificar una hormona, un neurotransmisor o un nutriente que sea importante para la función celular. La molécula que se une al receptor se llama ligando.

*Enzimas: Pueden ser integrales o periféricas y sirven para catalizar reacciones a en la superficie de la membrana.

*Anclajes del Citolesqueleto: Son proteínas periféricas que se encuentran en la parte del citosol de la membrana y que sirven para fijar los filamentos del citoesqueleto. Marcadores de la identidad de la célula: son glicoproteínas y glicolípidos características de cada individuo y que permiten identificar las células provenientes de otro organismo.

Glúcidos

Son biomoléculas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno, cuyas principales funciones en los seres vivos son el brindar energía inmediata y estructural. También se los conoce con el nombre de hidratos de carbono o azúcares. Los más abundantes en las membranas biológicas son los oligosacáridos unidos mediantes enlaces de tipo covalentes a los dominios extracelulares de las proteínas y de los lípidos, formando glucoproteínas y glucolípidos. Su distribución es asimétrica y solo se localizan en el exterior de la células eucarióticas. Constituyen la cubierta celular o glucocálix, que muestra las siguientes propiedades:

• Protege mecánicamente a las células.
• Se relaciona con las moléculas de la matriz extracelular.
• Les da a algunas células la capacidad de poder deslizarse y moverse.
• Les confiere a las células una capacidad antigénica (grupos sanguíneos)
• Interviene en fenómenos de reconocimiento celular constituyendo una “huella dactilar” propia; es imprescindible este reconocimiento en fenómenos de desarrollo embrionario.
• Contribuye al reconocimiento y fijación de moléculas que posteriormente entraran por pinocitosis o fagocitosis en el interior celular.

Lípidos

Son biomoléculas orgánicas formadas básicamente por carbono e hidrógeno y generalmente también oxígeno; pero en porcentajes mucho más bajos. Además pueden contener también fósforo, nitrógeno y azufre. Sus formaciones moleculares sirven como reserva de energía y son la base de las estructuras bióticas.

Las membranas plasmáticas de todas las células eucarióticas están formadas por tres tipos de lípidos: fosfolípidos, glucolípidos y esteroles (como el colesterol). Su distribución en la célula es irregular y asimétrica, pudiendo existir zonas de naturaleza fluida (modelo del mosaico fluido). Además, se ha observado que sus componentes se pueden mover lo que le da la fluidez antes comentada. Los movimientos que se han descrito son los siguientes: 

1) De Rotación: Supone el giro de la molécula lipídica en torno a su eje mayor. Es muy frecuente y el responsable, en gran medida, de otros movimientos. 

2) De Difusión Lateral o Flexión: Las moléculas lipídicas pueden difundirse libremente de manera lateral dentro de la bicapa. 

3) Flip-Flop: Es el movimiento de un lípido de una monocapa a su paralela gracias a unos enzimas denominados flipasas.

4) La Fluidez de las moléculas que componen las membranas depende de la temperatura, naturaleza de los lípidos y de la presencia de colesterol. Cuando aumenta la temperatura aumenta la fluidez; de la misma forma si los lípidos son insaturados y de cadena corta la membrana es más fluida. La presencia de colesterol aumenta la rigidez de la membrana.

De la fluidez de las membranas dependen importantes funciones, como el transporte, la adhesión celular, reconocimiento de antígenos. Debido a esto, las membranas tienen mecanismos de adaptación homeoviscosa responsable de mantener la fluidez adecuada en cada momento. 

Propiedades Derivadas de la Composición Lipídica de las Membranas

1) Autoensamblaje: Todos los lípidos tienen una tendencia natural a autoensamblarse y formar bicapas que se cierran espontáneamente, sobre todo los fosfolípidos.

2) Autosellado: Es una consecuencia de la propiedad anterior. Si se rompen o se separan se vuelven a ensamblar. Gracias a esta propiedad se pueden formar vesículas endocíticas y exocíticas; de la misma manera una vesícula se puede dividir en dos y posteriormente volver a unirse.

3) Fluidez: Puesto que no hay enlaces covalentes entre los fosfolípidos, ni entre estos y las proteínas, la bicapa se mantiene con enlaces débiles o fuerzas de Van der Waals, dando a las membranas fluidez.

4) Impermeabilidad: La naturaleza hidrófoba y apolar de la bicapa lipídica es responsable de su relativa impermeabilidad frente a moléculas hidrosolubles; por esta razón las membranas han desarrollado sistemas de transporte por canal.

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