Antecedentes de la Membrana Celular

El estudio de la membrana celular tiene sus orígenes en la biología que es la ciencia que estudia el origen de los seres vivos, su estructura y los procesos vitales a lo largo de su ciclo, así como su evolución y adaptación, lo que incluye un amplio repertorio de áreas de estudio y especializaciones. Pero para comprender la biología en cualquiera de sus ramas, es indispensable el estudio de la unidad fundamental para la vida: la célula. 

La biología celular se centra en la estructura y composición de las células que existen para los distintos tipos de organismos. Asimismo, explica su función o funciones de manera general y específica; es decir, general cuando las células comparten ciertas características, y específica cuando un grupo de células con algunas particularidades realiza tareas complejas y especializadas a beneficio de un proceso vital.

Las células se clasifican en dos tipos: procariotas y eucariotas.

Células Procariotas

Las células procariotas son aquellas de estructura interna sencilla y un tamaño pequeño comparadas con las eucariotas, las cuales tienen mayores dimensiones y una estructura interna más compleja.

Otras diferencias entre ambos tipos de célula, es que en las procariotas no se halla una envoltura nuclear que contenga el material genético, sino que este se encuentra en el citoplasma. De igual forma, estas células carecen de organelos u orgánulos diferenciados (aparato de Golgi, peroxisomas, etc.) y su organización es principalmente unicelular. Las bacterias y arqueas representan a las células procariotas.

Células Eucariotas

Por su parte, en las eucariotas el material genético está contenido en un núcleo diferenciado y los organelos son membranosos y complejos. Su organización es principalmente pluricelular y están representadas por hongos, protistas, plantas y animales.

Membrana Celular

Componentes Fundamentales de las Células.

A pesar de sus diferencias, las células comparten cuatro componentes fundamentales: citoplasma, material genético, ribosomas y membrana celular, también llamada membrana plasmática

El citoplasma es un fluido de textura viscosa al interior, compuesto de sales, agua y diversos tipos de moléculas orgánicas. Constituye la mayor parte del interior de las células y es el espacio donde los orgánulos “flotan” o se mantienen suspendidos.

El material genético es el ADN, que en células procariotas se encuentra disperso en el citoplasma, en un área llamada nucleoide. En cambio, en las células eucariotas, la mayor parte del ADN se concentra dentro del organelo más grande de la célula: el núcleo. Esta cápsula se diferencia de otras partes de la célula eucariota y está cubierta por una membrana con pequeños poros que filtran lo que ingresa.

Los ribosomas son orgánulos citoplasmáticos, es decir, estructuras formadas por proteínas y ácidos ribonucleicos (ARN) que intervienen en la síntesis de proteínas. 

Para realizar esta función, se requiere un proceso donde varios tipos de ARN están involucrados: ARN nucleolar, ARN mensajero, ARN de transferencia y ARN ribosómico. Este último se identifica por encontrarse solamente en los ribosomas.

La membrana celular, también denominada membrana plasmática, membrana citoplasmática o rara vez, plasmalema, es una bicapa semipermeable formada por lípidos y proteínas que se halla en todas las células y separa el interior y el exterior de estas, además de que regula todo lo que entra y sale.

Funciones de la Membrana Celular.

La membrana celular forma parte de una gran variedad de procesos celulares, entre los que destaca la protección a la célula, el transporte de nutrientes, la expulsión de sustancias tóxicas para la célula, la adherencia celular, la señalización celular y la conductividad iónica. Por si fuera poco, también sirve de conexión para algunas estructuras extracelulares y es útil en el anclaje del citoesqueleto para darle forma a la célula.

Se identifican distintos tipos de membranas plasmáticas para los diversos tipos de células. 

Tipos de Membrana Celular

En las células procariotas, la membrana plasmática está cubierta por la pared celular que funge como una barrera selectiva. Como sabemos, este tipo de células se representan por las arqueas y las bacterias, y a su vez, las bacterias se dividen en grampositivos y gramnegativos. Las bacterias que son gramnegativas cuentan con una membrana plasmática y una membrana externa separadas por periplasma, pero otras procariotas cuentan con una sola membrana celular.

En las eucariotas, la membrana celular participa en procesos de transportación y señalización. Posee una estructura denominada glucocáliz (o glucocálix), la cual representa la zona de identificación de la célula y además determina el comportamiento inmunológico de esta. 

Componentes de la Membrana Celular.

Los glóbulos rojos han sido para la ciencia, fuentes importantes para la investigación de la membrana plasmática, ya que arrojaron la primera evidencia de que estas membranas son bicapas lipídicas con cierta permeabilidad, en lugar de monocapas.

Bicapa de Fosfolípidos

La bicapa de fosfolípidos forma una barrera entre dos partes acuosas, que son el interior y el exterior de la célula. Dentro de dicha bicapa, las proteínas incrustadas realizan funciones específicas que incluye el transporte de moléculas seleccionadas y el reconocimiento celular.

Los fosfolípidos son dos cadenas de hidrocarburos (ácidos grasos) unidas a un grupo fosfato, consideradas como los componentes principales de las membranas celulares. Las membranas plasmáticas pertenecientes a las células animales, contienen cuatro fosfolípidos principales: fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina y esfingomielina.

Estos cuatro fosfolípidos se distribuyen de forma asimétrica entre las dos mitades de la bicapa, de manera que la valva externa de la membrana celular consiste en fosfatidilcolina y esfingomielina, principalmente, mientras que en la valva interna predomina la fosfatidiletanolamina y la fosfatidilserina. 

Existe un quinto fosfolípido que no está presente en gran cantidad en la valva interna, pero que tiene una función relevante en la señalización celular. Este fosfolípido se denomina fosfatidilinositol.

Membrana celular

Glucolípidos y Colesterol

Las membranas celulares animales no solo contienen fosfolípidos, sino otros componentes de suma importancia como glucolípidos y colesterol. Los primeros, localizados únicamente en la valva exterior de la membrana plasmática, constituyen aproximadamente el 2% de los lípidos que forman la membrana y tienen la función principal de servir como sitios de reconocimiento para las interacciones célula-célula, además de que también son responsables del reconocimiento de las células huésped por los virus.

Colesterol

El siguiente componente, el colesterol, es un lípido de 4 anillos de hidrocarburos que se inserta en una bicapa de fosfolípidos y ocupa las mismas cantidades molares que estos, o al menos un porcentaje aproximado.

El colesterol actúa sobre la membrana celular con base a la temperatura. Si la temperatura es alta, el colesterol provoca menos fluidez en la parte exterior de la membrana, lo que reduce la permeabilidad a moléculas pequeñas. Contrariamente, ante una temperatura baja, el colesterol mantiene una buena fluidez de la membrana al evitar que se congele. 

El colesterol es esencial en membranas plasmáticas de células animales, pero no está presente en las bacterias ni en las células vegetales, aunque estas últimas, poseen compuestos llamados esteroles que realizan funciones similares al colesterol. 

Otros Lípidos

Aunque los lípidos son fundamentales dentro de la estructura de las membranas plasmáticas al ocupar alrededor del 50% del peso de estas, las proteínas conforman el otro 50% restante y juegan un papel indispensable en ciertas tareas específicas de la membrana. La membrana consta de tres tipos principales de proteína: proteínas integrales (o proteínas intrínsecas de membrana), proteínas periféricas (o proteínas extrínsecas de membrana) y proteínas ancladas a lípidos.

Y en otras cantidades, los glicolípidos y glicoproteínas constituyen del 5 al 10% de la masa de la membrana. Pero las proteínas tienen mayor tamaño que los lípidos, por lo que, por cada molécula de proteína, hay hasta 100 moléculas de lípido. 

Fuentes:

Conceptos Básicos de Biología Celular. CENTRO NACIONAL DE REFERENCIA FITOSANITARIA. http://sinavef.senasica.gob.mx/ 

http://www.fisio.cinvestav.mx/posgrado/biologia-celular/lipids-on-the-frontier-nrm1102.pdf

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9898/