Membrana celular

Membrana celular

(Síntesis)

 Miranda Gálvez Gabriel Vidblain

La aparición de una membrana biológica dio origen a las primeras formas celulares, al rodear su citoplasma y al delimitarla del medio; funcionando como una barrera física altamente selectiva, compuesta principalmente por lípidos, carbohidratos y proteínas especializadas que varían de acuerdo al tipo celular que se avoque, siendo así, aunque no lo parezca, una estructura bastante compleja.

Sin embargo, no siempre ha existido el modelo que en la actualidad se emplea para estudiarla, estando en constante  cambio a través del tiempo a partir de la investigación de diversos científicos.

Comenzando con los estudios de Plinio el Viejo y B. Franklin, al observar la relación física entre un cuerpo de agua en movimiento y el aceite; la hipótesis del botánico alemán Pfeffer, que surgiría tras estos estudios, mencionaría la existencia de una capa protoplásmica con propiedades osmóticas que, años después, C. Overton retomaría para explicar su método de absorción y excreción a partir de los “lipoides” (substancias capaces de atravesar la membrana). 

El científico Irving Langmuir, cerca de 1916, escribiría un artículo acerca de la dinámica que poseían los fosfolípidos en un cuerpo de agua, describiendo unas estructuras en contacto con esta (cabezas hidrofílicas) y unas estructuras que no lo estaban (colas hidrófobicas); siendo estos los pilares para las investigaciones posteriores de Gorter y Grendel, quienes realizarían los primeros estudios en membranas biológicas, admitiendo la existencia de una doble capa de fosfolípidos (bicapa lipídica). 

Más tarde, Kenneth Stewart, especularía que no solo moléculas lipídicas comprendían la estructura de la membrana celular, sino también moléculas proteicas que, Danielli y Davson no solo evidenciarían en 1935, sino también describirían en ellas el transporte facilitado de moléculas. Continuando hacia 1957, el científico J. Robertson, proponía su modelo unidad de membrana , donde citaba una bicapa lipídica como filtro de iones y moléculas hidrofílicas que pronto sería sustituido por el modelo de J. Singler, conocido como “modelo de mosaico fluido”, donde mencionaba la forma flotante y globular que poseían los fosfolípidos aglomerados en la doble capa, como si fuese un sándwich. 

Este hecho revelaría para 1988, uno de los últimos estudios de la membrana biológica, hecho por Simons y van Meer, donde se describiría un nuevo modelo llamado “microdominios lipídicos”, o bien, “balsas de membrana”, debido a que las moléculas glicoesfingolípidas  se comportaban como balsas en el exterior de la misma, definiendo así, estructuras heterogéneas, dinámicas, comprendidas por esteroides y esfingolípidos, y existiendo una bifurcación de balsas planas (pequeñas y dinámicas) y caveolas (invaginaciones de la membrana). 

Retomando lo anterior, se puede decir que una bicapa lipídica es una estructura unida por enlaces covalentes, con la capacidad de cerrarse y abrirse para proteger del agua a las colas hidrófobicas que yacen en su interior, y con una libertad de fluidez, determinada por la longitud de la membrana, el grado de instauración de un ácido graso y las cadenas cortas hidrocarbonadas que posee,  permitiéndole así, funcionar como una barrera permeable.

Por otra parte, los carbohidratos que conforman las membranas biológicas están compuestos por cadenas de oligosacáridos unidas a las proteínas y/o lípidos, mencionados anteriormente, formando compuestos como glicoproteínas y glucolípidos, respectivamente. La función que desempeñan estas moléculas dentro de las membranas aún es desconocida para los investigadores, sin embargo, se cree que poseen propiedades receptoras y sensoriales que les sirven de reconocimiento, permitiendo a la célula discernir distintos tipos celulares. 

Las proteínas que citaban Danielli y Davson, repartidas a lo largo de la membrana, cumplen con la función de  transporte de moléculas pequeñas (transporte facilitado) y pueden clasificarse en proteínas periféricas y proteínas integrales.

Las proteínas periféricas son aquellas que se enlazan a las membranas mediante interacciones polares, frágiles ante un medio salino o a un cambio de pH, mientras que las proteínas integrales interaccionan con la estructura hidrófobica de la membrana y la mayoría de ellas se caracterizan por la capacidad de atravesar la bicapa lipídica, por lo que también son conocidas como proteínas transmembranales y pueden clasificarse en dos grandes grupos: aquellas que atraviesan la membrana una sola vez (adheridas a la membrana) y las que la atraviesan varias veces (ejecutan su función dentro de la membrana).

Por otra parte, de acuerdo al transporte de moléculas pequeñas, existen proteínas transportadoras llamadas carriers que poseen en su estructura un sitio de anclaje para algún soluto específico que requiera atravesar, y los canales polares de proteínas, llamados propiamente canales que pueden difundir un soluto en particular (uniporte), dos solutos específicos al mismo tiempo en una sola dirección (cotransporte), o bien, dos solutos específicos al mismo tiempo en dirección contraria (antiporte). 

De acuerdo a este tipo de transporte, existe uno pasivo y otro activo. El primero de ellos alude a la difusión, ya sea facilitada o simple, de un soluto a partir de su gradiente electroquímico o también de acuerdo a su concentración; definiendo a la difusión facilitada como el transporte de moléculas mediante la participación de proteínas y a la difusión simple como el transporte de moléculas sin la participación de estas.  

Por otra parte, el transporte activo puede definirse como el transporte de moléculas mediante tres principales sistemas enzimáticos (ATPasas transportadora de iones); uno de estos es el Na⁺, K⁺-ATPasa que transporta Na⁺ fuera de la membrana y K^- hacia el interior; el segundo sistema es el Ca⁺ que únicamente bombea iones de calcio fuera de la membrana o dentro del retículo endoplásmico y por último el H⁺, K^- ATPasa, que bombea protones H⁺ hacia el exterior y aniones K^- hacia el interior. 

Para finalizar, las moléculas de gran tamaño, que las proteínas no pueden transportar, son segregadas o ingeridas a partir de una exocitosis y endocitosis, respectivamente; definiendo así a la endocitosis como el proceso por el cual una molécula del exterior es acoplada al interior de la célula en forma vesículas a partir de una invaginación de una membrana y viceversa, una exocitosis se puede definir como la liberación de moléculas atrapadas en una vesícula fuera del citoplasma. Cuando estas vesículas son de gran tamaño, se consideran vesículas fagociticas, mientras que si son de menor tamaño, son denominadas vesículas pinocíticas. 

Imagen tomada de la Web. Esquema de la conformación de la memebrana plásmica, principalmente en eucariontes; señalado cada componente presente algunas veces en ella.

Referencias

Arrazola A. 1994. Biología de la membrana celular En Nefrología (Vol. XIV: 4), 418-226 pp.

Joglar C., Mario Q., Eduardo R. y Juan B.  2011. El desarrollo histórico del modelo científico de la membrana: perspectivas didácticas (1-12 pp.)