La membrana celular, también llamada membrana plasmática o membrana citoplásmica, se encuentra entre las construcciones más fascinantes y elegantes del mundo de la biología. la célula se considera la unidad fundamental o "bloque de construcción" de todos los seres vivos en la tierra; su propio cuerpo tiene trillones de ellos, y las diferentes células en diferentes órganos y tejidos tienen diferentes estructuras que se correlacionan exquisitamente con las funciones de los tejidos que forman estas células.
Mientras que los núcleos de las células a menudo atraen la mayor atención, ya que contienen el material genético necesario para transmitir información a las generaciones posteriores del organismo, la membrana celular es el guardián literal y el guardián de los contenidos de la célula. sin embargo, lejos de un mero contenedor o barrera, la membrana ha evolucionado para mantener el equilibrio celular, o equilibrio interno, a través de mecanismos de transporte eficientes e incansables que hacen de la membrana una especie de oficial de aduana microscópica, que permite y niega la entrada y salida de iones y Moléculas de acuerdo con las necesidades de la célula en tiempo real.
membranas celulares a través del espectro de vida
Todos los organismos tienen membranas celulares de algún tipo. esto incluye procariotas, que en su mayoría son bacterias y se cree que representan algunas de las especies vivas más antiguas de la Tierra, así como eucariotas, que incluyen animales y plantas. tanto las bacterias procariotas como las plantas eucariotas tienen una pared celular externa a la membrana celular para una protección adicional; en las plantas, este muro tiene poros y no son especialmente selectivos en cuanto a lo que puede pasar y lo que no. Además, los eucariotas poseen orgánulos, como el núcleo y las mitocondrias, encerrados por membranas como la que rodea a la célula en su conjunto. Los procariotas ni siquiera tienen núcleos; su material genético se dispersa, aunque de forma algo apretada, a lo largo del citoplasma.
una considerable evidencia molecular sugiere que las células eucariotas descienden de las células procarióticas, perdiendo la pared celular en algún momento de su evolución. Aunque esto hizo que las células individuales fueran más vulnerables a los insultos, también les permitió volverse más complejas y expandirse geométricamente en el proceso. de hecho, las células eucariotas pueden ser diez veces más grandes que las células procarióticas, un hallazgo hecho aún más sorprendente por el hecho de que una sola célula es la totalidad de un organismo procariótico por definición. (Algunos eucariotas también son unicelulares).
estructura de la membrana celular
La membrana celular consiste en una estructura de doble capa (a veces llamada "modelo de mosaico fluido") compuesta principalmente de fosfolípidos. una de estas capas se enfrenta al interior de la célula, o citoplasma, mientras que la otra se enfrenta al entorno externo. los lados que miran hacia afuera y hacia adentro se consideran "hidrófilos" o atraídos a ambientes acuosos; la parte interior es "hidrófoba" o repelida por ambientes acuosos. aisladamente, las membranas celulares son fluidas a la temperatura corporal, pero a temperaturas más bajas, adquieren una consistencia de gel.
los lípidos en la bicapa representan aproximadamente la mitad de la masa total de la membrana celular. el colesterol constituye aproximadamente una quinta parte de los lípidos en las células animales, pero no en las células de las plantas, ya que el colesterol no se encuentra en ninguna parte de las plantas. la mayor parte del resto de la membrana se debe a proteínas con una variedad de funciones. Dado que la mayoría de las proteínas son moléculas polares, como la propia membrana, sus extremos hidrófilos se extienden hacia el exterior de la célula, y sus extremos hidrófobos apuntan hacia el interior de la bicapa.
algunas de estas proteínas tienen cadenas de carbohidratos adheridas a ellas, lo que las convierte en glicoproteínas. muchas de las proteínas de la membrana participan en el transporte selectivo de sustancias a través de la bicapa, lo que pueden hacer creando canales de proteínas a través de la membrana o transportándolas físicamente a través de la membrana. otras proteínas funcionan como receptores en las superficies celulares, proporcionando sitios de unión para moléculas que transportan señales químicas; estas proteínas luego transmiten esta información al interior de la célula. otras proteínas de la membrana actúan como enzimas que catalizan reacciones particulares de la propia membrana plasmática.
funciones de la membrana celular
el aspecto crítico de la membrana celular no es que sea "impermeable" o impermeable a sustancias en general; Si lo fuera, la célula moriría. La clave para entender el trabajo principal de la membrana celular es que es selectivamente permeable . una analogía: al igual que la mayoría de las naciones de la tierra no prohíben por completo a las personas que viajen a través de las fronteras internacionales de la nación, los países de todo el mundo no tienen la costumbre de permitir que nadie y todos entren. las membranas celulares intentan hacer lo que hacen los gobiernos de estos países, en una escala mucho más pequeña: permitir que las entidades deseables ingresen a la célula después de ser "examinadas", mientras se prohíbe la entrada a entidades que puedan resultar tóxicas o destructivas para el interior o la célula como entero.
En general, la membrana actúa como un límite formal, que mantiene unidas las distintas partes de la célula de la misma manera que una cerca alrededor de una granja mantiene al ganado unido incluso mientras les permite deambular y mezclarse. Si tuviera que adivinar los tipos de moléculas que pueden entrar y salir con mayor facilidad, podría decir "fuentes de combustible" y "desechos metabólicos" respectivamente, dado que esto es esencialmente lo que hacen los cuerpos en su conjunto. y tú estarías bien. Las moléculas muy pequeñas, como el oxígeno gaseoso (o 2 ), el dióxido de carbono gaseoso (co 2 ) y el agua (h 2 o), pueden pasar libremente a través de la membrana, pero el paso de moléculas más grandes, como los aminoácidos y los azúcares, está estrechamente controlado.
la bicapa lipídica
las moléculas que casi se llaman universalmente "fosfolípidos" que forman la bicapa de la membrana celular se denominan más apropiadamente "glicerofosfolípidos". consisten en una molécula de glicerol, que es un alcohol de tres carbonos, unido a dos ácidos grasos largos en un lado y un grupo fosfato en el otro. esto le da a la molécula una forma larga y cilíndrica que se adapta bien a la tarea de ser parte de una lámina ancha, que es lo que se parece a una sola capa de la bicapa de membrana en la sección transversal.
La porción de fosfato del glicerofosfolípido es hidrofílica. el tipo específico de grupo fosfato varía de una molécula a otra; por ejemplo, puede ser fosfatidilcolina, que incluye un componente que contiene nitrógeno. es hidrófilo porque tiene una distribución desigual de la carga (es decir, es polar), al igual que el agua, por lo que los dos "se llevan bien" en cuartos microscópicos cercanos.
Los ácidos grasos en el interior de la membrana no tienen una distribución desigual de carga en ninguna parte de su estructura, por lo que son no polares y, por lo tanto, hidrofóbicos.
Debido a las propiedades electroquímicas de los fosfolípidos, la disposición de bicapa de fosfolípidos no requiere ningún aporte de energía para crear o mantener. de hecho, los fosfolípidos colocados en el agua tienden a asumir espontáneamente la configuración de dos capas de la misma manera que los fluidos "buscan su propio nivel".
transporte de la membrana celular
Debido a que la membrana celular es selectivamente permeable, debe proporcionar un medio para obtener una variedad de sustancias, algunas grandes y otras pequeñas, de un lado a otro. piensa en las formas en que puedes cruzar un río o un cuerpo de agua. usted podría tomar un ferry; simplemente puede desviarse con una brisa ligera, o puede ser transportado por corrientes constantes de ríos u océanos. y es posible que solo te encuentres cruzando el cuerpo de agua en primer lugar porque hay una concentración demasiado alta de personas de tu lado y una concentración demasiado baja en el otro, presentando la necesidad de igualar las cosas.
Cada uno de estos escenarios guarda cierta relación con una o más formas en que las moléculas pueden pasar a través de la membrana celular. estas formas incluyen:
Difusión simple: en este proceso, las moléculas simplemente se desplazan a través de la doble membrana para pasar dentro o fuera de la célula. La clave aquí es que las moléculas en la mayoría de las situaciones se moverán hacia abajo en un gradiente de concentración, lo que significa que, naturalmente, se desplazan de las áreas de mayor concentración a las áreas de menor concentración. Si tuviera que verter una lata de pintura en el medio de una piscina, el movimiento hacia afuera de las moléculas de pintura representaría una forma de difusión simple. Las moléculas que pueden atravesar las membranas celulares de esta manera, como usted puede predecir, son moléculas pequeñas como o 2 y co 2 .
ósmosis: la ósmosis se puede describir como una "presión de succión" que provoca el movimiento del agua cuando el movimiento de las partículas disueltas en el agua es imposible. esto ocurre cuando una membrana permite que el agua, pero no las partículas disueltas ("solutos") en cuestión, pasen a través de ella. la fuerza motriz es nuevamente un gradiente de concentración, porque todo el entorno local "busca" un estado de equilibrio en el que la cantidad de soluto por unidad de agua sea la misma en todo momento. Si hay más partículas de soluto en un lado de una membrana impermeable al soluto permeable al agua que el otro, el agua fluirá hacia el área de mayor concentración de soluto. es decir, si las partículas no pueden cambiar su concentración en el agua moviéndose, entonces el agua misma se moverá para realizar más o menos el mismo trabajo.
Difusión facilitada: de nuevo, este tipo de transporte de membrana hace que las partículas se muevan desde áreas de mayor concentración a áreas de menor concentración. Sin embargo, a diferencia del caso con difusión simple, las moléculas se mueven dentro o fuera de la célula a través de canales de proteínas especializados, en lugar de simplemente desviarse a través de los espacios entre las moléculas de glicerofosfolípidos. si alguna vez has visto lo que sucede cuando algo que se deriva de un río se encuentra repentinamente en un pasaje entre rocas, sabes que el objeto (¡tal vez un amigo en un tubo interior!) se acelera considerablemente mientras se encuentra en este pasaje; Lo mismo ocurre con los canales de proteínas. Esto es más común con moléculas polares o con cargas eléctricas.
transporte activo: los tipos de transporte de membrana discutidos previamente implican un movimiento hacia abajo en un gradiente de concentración. a veces, sin embargo, al igual que los barcos deben moverse río arriba y los automóviles tienen que subir colinas, la mayoría de las sustancias se mueven en contra de un gradiente de concentración, una situación energéticamente desfavorable. como resultado, el proceso tiene que ser impulsado por una fuente externa, y en este caso esa fuente es el trifosfato de adenosina (atp), que es un combustible generalizado para transacciones biológicas microscópicas. en este proceso, uno de los tres grupos de fosfato se elimina de atp para crear difosfato de adenosina (adp) y un fosfato libre, y la energía liberada por la hidrólisis del enlace fosfato-fosfato se utiliza para "bombear" las moléculas hasta el gradiente y a través de la membrana.
El transporte activo también puede ocurrir de manera indirecta o secundaria. por ejemplo, una bomba de membrana puede mover el sodio a través de su gradiente de concentración de un lado de la membrana al otro, fuera de la célula. cuando el ión sodio se difunde en la otra dirección, podría transportar una molécula de glucosa contra el gradiente de concentración de esa molécula (la concentración de glucosa suele ser más alta en el interior de las células que en el exterior). ya que el movimiento de la glucosa está en contra de su gradiente de concentración, este es un transporte activo, pero como no hay atp directamente involucrado, este es un ejemplo de transporte activo secundario .