Membrana Plasmática: Estructura y Funciones Esenciales

Funciones de la Membrana Plasmática

• Regula el movimiento de sustancias desde y hacia la célula.
• Conduce potenciales de acción electroquímicos (en células excitables).
• Delimita y protege a la célula.
• Actúa como barrera selectivamente permeable.
• Posee receptores químicos para la comunicación celular.
• Es una estructura asimétrica y altamente dinámica.

Componentes Principales de la Membrana Plasmática

Fosfolípidos

• La cabeza hidrofílica está compuesta por un glicerol unido a un grupo fosfato.
• Las colas hidrofóbicas y apolares están constituidas por ácidos grasos.
• Son anfipáticos (poseen una parte polar y otra apolar).
• Conforman la bicapa lipídica, la estructura fundamental de la membrana.
• Otorgan movimiento a la membrana, incluyendo:
  • Difusión lateral: Intercambio de lugar con un fosfolípido vecino en la misma monocapa.
  • Rotación: Giro rápido sobre su propio eje.
  • Flip-flop: Movimiento de una monocapa a otra, facilitado por enzimas como la flipasa (requiere un gran gasto energético).

Colesterol

• Conformado por cuatro anillos.
• Proporciona estabilidad, disminuye la fluidez de la membrana y reduce su permeabilidad.
• Las células vegetales carecen de colesterol (poseen otros tipos de esteroles).

Proteínas Integrales

• Atraviesan completamente la bicapa lipídica.
• Las regiones que interactúan con la porción hidrofóbica de la bicapa están compuestas por aminoácidos hidrofóbicos, mientras que las regiones expuestas al medio extracelular y al citosol contienen aminoácidos hidrofílicos.

Proteínas Periféricas

• No atraviesan la bicapa y se ubican en una sola de las monocapas (interna o externa).
• Tanto las proteínas integrales como las periféricas pueden presentar movimientos como la difusión lateral y la rotación.

Carbohidratos

• Los oligosacáridos se encuentran en la cara externa de la membrana.
• Su función principal es el reconocimiento de la superficie celular.
• Las glicoproteínas son oligosacáridos unidos a proteínas.

Glucocálix

• Se ubica en la cara externa de la membrana.
• Se encarga del reconocimiento entre células y la adhesión celular.

Fibras del Citoesqueleto

• Le otorgan un armazón a la célula, proporcionando soporte estructural y forma.

Tipos de Transporte a Través de la Membrana Plasmática

Transporte Pasivo

• No requiere energía adicional (ATP).
• Ocurre a favor del gradiente de concentración o electroquímico.

Difusión Simple

• Transporta moléculas apolares (sin carga e hidrofóbicas), de pequeño tamaño y liposolubles.
• Atraviesan la bicapa lipídica directamente a través de los espacios entre los fosfolípidos.

Difusión Facilitada

• Transporta moléculas polares (con carga e hidrofílicas), de mayor tamaño e hidrosolubles.
• Requiere de proteínas integrales de membrana:
  • Canales iónicos: No modifican su estructura, permiten el paso rápido de iones hasta equilibrar el gradiente.
  • Proteínas transportadoras (o carriers): Modifican su estructura para translocar la molécula, luego regresan a su conformación original. La cantidad de moléculas transportadas es limitada (saturable).

Ósmosis (Célula Animal)

• Movimiento neto de agua a través de la membrana.
• El agua puede atravesar la membrana directamente por los fosfolípidos o a través de acuaporinas (proteínas canal específicas para agua).
• La célula animal puede encontrarse en tres tipos de medios:
  • Medio hipotónico: Menor concentración de soluto en el exterior que en el interior celular (más agua exterior). La célula aumenta de tamaño y puede sufrir citólisis (estallido).
  • Medio isotónico: Igual concentración de soluto y solvente en el exterior e interior de la célula. Es la condición óptima, se produce un equilibrio dinámico y la célula mantiene su forma normal.
  • Medio hipertónico: Mayor concentración de soluto en el exterior que en el interior celular (menos agua exterior). La célula disminuye su tamaño y se produce la crenación.

Ósmosis (Célula Vegetal)

• Medio isotónico: La célula se encuentra en equilibrio dinámico, pero la pared celular evita cambios drásticos de volumen.
• Medio hipertónico: La célula disminuye su tamaño y la membrana plasmática se separa de la pared celular, generando plasmólisis.
• Medio hipotónico: La vacuola central aumenta su tamaño, empujando la membrana contra la pared celular y generando presión de turgencia, lo que confiere rigidez a la célula.

Transporte Activo

• Requiere energía adicional.
• La energía se obtiene principalmente de la hidrólisis del ATP (ATP → ADP + Pi).
• Ocurre en contra del gradiente de concentración o electroquímico.
• Necesita proteínas de membrana específicas (bombas o transportadores activos) que, al ser activadas por ATP, unen la molécula a transportar en un sitio específico y la translocan a través de la membrana.

Transporte Activo Primario

• Utiliza directamente la energía del ATP para mover moléculas en contra de su gradiente.
• Ejemplo: La bomba de sodio-potasio (Na+/K+ ATPasa).
  • Genera un antiporte (3 Na+ salen, 2 K+ entran).
  • Mantiene el potencial de membrana y es esencial para procesos de transporte secundario.
  • El transporte de sodio y potasio ocurre simultáneamente.

Transporte Activo Secundario

• Depende indirectamente del transporte activo primario.
• No utiliza directamente ATP, sino que aprovecha la energía almacenada en el gradiente de concentración (generado por el transporte primario) de una molécula para transportar otra.
• Ejemplos: Cotransporte Na+/glucosa (simporte) o Cotransporte Na+/Ca2+ (antiporte).

Clasificación de Transportadores de Membrana por Número y Sentido

• Uniporter: Transporta una sola molécula en una dirección.
• Cotransportadores: Transportan dos moléculas distintas simultáneamente.
  • Simporte: Ambas moléculas viajan en el mismo sentido.
  • Antiporte: Las moléculas viajan en sentidos opuestos.

Transporte en Masa

• Proceso para el transporte de partículas de gran tamaño o grandes volúmenes de sustancias.

Endocitosis

• Proceso de captura de sustancias del exterior celular, formando vesículas.

Fagocitosis

• Transporta principalmente sustancias sólidas (partículas grandes, microorganismos, restos celulares).
• La membrana plasmática se deforma, generando pseudópodos que engloban la partícula.
• Se forma una vesícula endosómica (fagosoma) que se separa de la membrana.
• El fagosoma se fusiona con lisosomas para formar un fagolisosoma, donde el contenido es digerido.
• Las vesículas suelen tener un tamaño mayor a 150 nm de diámetro.
• Ejemplo: Macrófagos o neutrófilos atrapando bacterias.

Pinocitosis

• Transporta moléculas en disolución y fluidos del líquido extracelular.
• La membrana forma invaginaciones que se cierran, formando vesículas pinocíticas.
• La membrana de las vesículas puede retornar a la membrana celular.

Endocitosis Mediada por Receptores

• Transporta sustancias grandes y específicas que se unen a receptores de membrana.
• La unión de la sustancia al receptor induce la formación de una invaginación (fosa recubierta) que se cierra, formando una vesícula endocítica.
• Estas vesículas se fusionan con otras para formar endosomas, donde el contenido puede ser clasificado o enviado a lisosomas.

Exocitosis

• Proceso de liberación o expulsión de sustancias desde el interior de la célula hacia el exterior.
• Las vesículas que contienen las sustancias se fusionan con la membrana plasmática, liberando su contenido.