La Célula y su Entorno: La Membrana Plasmática
Las células mantienen su independencia del medio que las rodea gracias a que poseen una estructura que separa su medio interno, o citoplasma, del externo. Esta estructura es la membrana plasmática.
Todas las células están rodeadas por la membrana plasmática, una capa muy delgada y flexible que les permite mantener su forma e individualidad.
Función de la Membrana Plasmática: Barrera Selectiva y Comunicativa
La membrana plasmática no es un límite celular pasivo, ya que establece una constante interacción entre su medio interno y el medio que la circunda.
Estructura de la Membrana Plasmática: Componentes Moleculares
¿Qué biomoléculas forman parte de la estructura de la membrana plasmática? La membrana plasmática está compuesta por proteínas, lípidos y glúcidos. La cantidad de cada una de estas biomoléculas varía entre los distintos tipos de célula.
Componentes de la Membrana Plasmática
- Proteínas Integrales: Atraviesan toda la membrana y se encuentran fuertemente unidas a los fosfolípidos. Su principal función es el transporte de sustancias desde o hacia la célula.
- Lípidos: Los principales lípidos que forman parte de la estructura de la membrana plasmática son los fosfolípidos, los que están organizados en una doble capa, llamada bicapa lipídica. Los fosfolípidos se caracterizan por tener dos zonas, que tienen distinta afinidad con el agua: las cabezas son hidrofílicas, es decir, pueden estar en contacto con el agua; y las colas son hidrofóbicas, lo que significa que «repelen» el contacto con ella.
- Glucoproteínas: Son glúcidos unidos a proteínas.
- Glucolípidos: Son glúcidos unidos a los fosfolípidos.
- Colesterol: Lípido que forma parte de la membrana plasmática de las células animales. Es un lípido complejo, de naturaleza apolar, que se encuentra asociado a las colas hidrofóbicas de los fosfolípidos.
- Proteínas Periféricas: Se encuentran unidas a las caras externa o citoplasmática de la bicapa lipídica. Principalmente, actúan como enzimas y receptores de señales.
Modelo del Mosaico Fluido de la Membrana Plasmática
Este modelo fue propuesto por Singer y Nicolson en el año 1972, gracias a los avances en microscopía electrónica que les permitieron ver la estructura de la membrana plasmática con mayor detalle. El nombre de este modelo se debe a que su forma recuerda los cuadros artísticos denominados mosaicos. La membrana plasmática presenta dos superficies. La superficie o cara citoplasmática (interna) es la que está en contacto con el citoplasma.
Gradiente de Concentración y Transporte a Través de la Membrana
Tanto el medio intracelular como el extracelular contienen sustancias disueltas en agua, a las que se les llama solutos. El agua que las disuelve se denomina solvente y al conjunto de solutos disueltos en agua se le llama disolución. Las moléculas de una disolución están en constante movimiento, debido a la energía cinética que poseen. Como se ha visto, cuando las moléculas de una sustancia se mueven, lo hacen desde donde están más concentradas hacia donde están menos concentradas. Debido a esto, se establece un cambio paulatino en la concentración de las moléculas en el espacio, como si fuera un degradé de colores. Este cambio en la concentración de una sustancia a lo largo del espacio se denomina gradiente de concentración.
Transporte Pasivo a Través de la Membrana
Como se ha visto anteriormente, si las partículas se mueven a favor de su gradiente de concentración, el transporte es pasivo, ya que estas no necesitan energía extra para su movilización, pues usan su propia energía cinética.
En el transporte pasivo, el flujo de sustancias ocurre hasta que en ambos lados de la membrana plasmática la sustancia alcanza igual concentración. Este estado se conoce como isotonicidad.
Tipos de Transporte Pasivo
A. Difusión Simple: Este tipo de transporte pasivo lo realizan moléculas relativamente pequeñas e hidrofóbicas. Su vía de paso a través de la membrana plasmática es la bicapa de fosfolípidos.
B. Difusión Facilitada: Es un mecanismo de transporte de sustancias que pertenece al transporte pasivo (sin gasto de energía). Se produce a favor de un gradiente de concentración sin gasto de energía celular (ATP) con participación de las carrier, por ejemplo, transporte de sustancias solubles en agua.
Transporte Activo a Través de la Membrana
En el transporte activo, las proteínas transportadoras (carrier) producen el pasaje de sustancias en contra de un gradiente de concentración y necesitan para realizar este proceso ATP celular, por ejemplo, transporte de iones.
Transporte Activo a Través de Bombas
Se encuentra en todas las células del organismo. En cada ciclo consume una molécula de ATP y es la encargada de transportar 2 iones de potasio que logran ingresar a la célula, al mismo tiempo bombea 3 iones sodio desde el interior hacia el exterior de la célula (exoplasma), ya que químicamente tanto el sodio como el potasio poseen cargas positivas. El resultado es ingreso de 2 iones potasio (Ingreso de 2 cargas positivas) y egreso de 3 iones sodio (Egreso de 3 cargas positivas), esto da como resultado una pérdida de la electropositividad interna de la célula, lo que convierte a su medio interno en un medio «electronegativo con respecto al medio extracelular». En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo-descanso. Participa activamente en el impulso nervioso, ya que a través de ella se vuelve al estado de reposo.
El Movimiento del Agua a Través de la Membrana: Ósmosis
La membrana celular actúa como barrera semipermeable impidiendo la entrada de la mayor parte de las moléculas, dejando pasar selectivamente a otras. Para entender los sucesos que acontecen es necesario refrescar los conceptos de potencial de agua, difusión y ósmosis.
El potencial de agua es la tendencia del agua a moverse de un área de mayor concentración a una de menor concentración. Las moléculas de agua se mueven de acuerdo a la diferencia de energía potencial entre el punto donde se encuentran y el lugar hacia donde se dirigen. La presión y la gravedad son dos de los orígenes de este movimiento.
Recuerde por ejemplo el ciclo hidrológico en el cual el agua fluye de las partes altas a las bajas, al igual que el agua de lluvia cae de las nubes, y para volver a formar parte de ellas es necesario que el sol la evapore. La energía es necesaria tanto para mantener este ciclo, como para llevar el agua a una zona alta.
La difusión es el movimiento neto de sustancia (líquida o gaseosa) de un área de alta concentración a una de baja concentración. Dado que las moléculas de cualquier sustancia se encuentran en movimiento cuando su temperatura está por encima de cero absoluto (0 grados Kelvin o -273 grados C), existe una disponibilidad de energía para que las mismas se muevan desde un estado de potencial alto a uno de potencial bajo. La mayoría de las moléculas se mueven desde una concentración alta a una baja, es decir el movimiento neto es desde altas concentraciones a bajas concentraciones. Eventualmente, si no se agrega energía al sistema las moléculas llegan a un estado de equilibrio en el cual se encuentran distribuidas homogéneamente en el sistema.