La Membrana Plasmática y el Transporte Celular

La Membrana Plasmática

Es una envoltura que rodea la célula y le confiere individualidad al separarla de su entorno. Sin ella, la vida es imposible: su aparición fue un paso crucial en el origen de las primeras formas de vida.

Todas las membranas biológicas tienen una estructura general común:

Bicapa lipídica en la que se incluyen proteínas y glúcidos.
La cantidad y tipo de lípidos y proteínas varía entre las diferentes membranas.
Los glúcidos están unidos a lípidos o proteínas (glicolípidos – glicoproteínas).

Funciones

Confiere a la célula su individualidad (la separa de su entorno).
Constituye una barrera de permeabilidad muy selectiva: controla el intercambio de sustancias y regula la composición iónica y molecular del medio interno.
Controla el flujo de información entre las células y su entorno. Contiene receptores específicos a estímulos externos. Además, algunas membranas generan señales químicas o eléctricas. Importante papel en las comunicaciones biológicas.
Proporciona el medio óptimo para el funcionamiento de las proteínas de membrana. Las enzimas de membrana catalizan reacciones que difícilmente tendrían lugar en medio acuoso.
Reconocimiento y adhesividad celular.

Transporte Pasivo

Proceso de difusión a través de membrana que no requiere energía. Las moléculas se desplazan a favor de su gradiente de concentración (desde una zona de concentración elevada hasta una de concentración baja).

Tipos de Transporte Pasivo

Difusión simple: Pasan moléculas:
- No polares: se disuelven fácilmente en la bicapa: O₂, N₂, benceno, éter, hormonas esteroideas, etc.
- Polares sin carga: atraviesan la bicapa si su tamaño es reducido: agua (osmosis), CO₂, urea, etanol. Se difunden a través de los huecos que se abren en la bicapa como resultado de los movimientos moleculares de lípidos.
Difusión facilitada: Los iones y la mayoría de moléculas polares (glucosa, aminoácidos, nucleótidos y otros) se transportan mediante proteínas transmembrana:
- Proteínas de canal:
  - Permiten el paso de iones de tamaño y carga adecuada.
  - Se abren solo de manera transitoria y están regulados:
    - Canales regulados por ligando (intracelular o extracelular)
    - Canales regulados por voltaje: se abren en respuesta a un cambio de voltaje. Son responsables de la excitabilidad de células nerviosas y musculares.
    - Proteínas denominadas acuaporinas: forman canales que permiten que las moléculas de agua pasen rápidamente (por osmosis). Se han encontrado en membrana plasmática y membranas internas de muchas células (vacuolas en vegetales).
- Proteínas transportadoras específicas o permeasas:
  - Se unen a la molécula y sufren un cambio de conformación, que permite la entrada de la molécula a través de membrana.
  - Cada proteína transporta solo un tipo de ión o molécula o un grupo de moléculas estrechamente relacionadas.
  - Existe una velocidad máxima de transporte que se alcanza cuando el transporte está saturado.

Transporte Activo

Proceso de difusión a través de membrana en contra de gradiente y con consumo de energía. Proteínas transportadoras que intervienen se denominan bombas. Las más importantes son las que transportan cationes Na⁺, K⁺, Ca⁺ y H⁺.

Bomba de Na⁺ – K⁺

La mayoría de células animales tienen ↑ [K⁺] y ↓ [Na⁺] con respecto al exterior.
Se bombean 3 Na⁺ hacia el exterior y 2 K⁺ hacia el interior, con la hidrólisis acoplada de ATP. Esta bomba tiene acoplada actividad enzimática ATP-asa.
Las células animales gastan más del 30% del ATP que producen para bombear estos iones (y las células nerviosas más del 70%).
Funciones:
- Controla el volumen celular: mantienen el balance osmótico (regulan la entrada de agua). Si se inhibe el funcionamiento de esta bomba, las células animales (que no poseen paredes celulares), se hinchan y revientan (el interior se vuelve hipertónico).
- Permite que las células nerviosas y musculares sean eléctricamente excitables (transmisión impulso nervioso).
- Impulsa el transporte activo de glucosa y aminoácidos hacia el interior de algunas células. En células del epitelio intestinal el transporte activo de glucosa se realiza mediante sistema de contratransporte (transporte simultáneo de dos solutos) unidireccional: El Na⁺ tiende a penetrar en la célula de forma pasiva (a favor de su gradiente electroquímico) y arrastra consigo a la glucosa (en contra de su gradiente).

Endocitosis

Proceso por el cual las células ingieren macromoléculas, partículas e incluso células pequeñas por invaginación de la membrana plasmática, que luego se estrangula formando una vesícula intracelular.

Tipos de Endocitosis

Fagocitosis:
- Consiste en la ingestión de grandes partículas (microorganismos, restos de células) que se engloban en grandes vesículas llamadas fagosomas.
- Se da en:
  - Protozoos: ingieren partículas alimenticias.
  - Ciertos leucocitos (neutrófilos y macrófagos): ingieren y destruyen microorganismos. Macrófagos destruyen también células viejas y lesionadas y residuos celulares.
- La superficie celular presenta receptores específicos para las sustancias a englobar. Cuando la partícula se une a estos receptores se induce a la formación de pseudópodos que engloban dicha partícula, formando un fagosoma.
- El fagosoma se fusiona con uno o más lisosomas y su contenido es digerido y utilizado como alimento por la célula.
Pinocitosis:
- Consiste en la ingestión de líquidos o solutos disueltos en líquido.
- Se produce de forma continua en las células endoteliales que revisten los capilares sanguíneos.
Endocitosis mediada por receptor:
- Proceso por el que se incorporan a la célula hormonas, proteínas, colesterol e incluso ciertos virus y toxinas bacterianas.
- Las células poseen diferentes receptores para ingerir las diferentes moléculas.
- Se produce en regiones especializadas de la membrana plasmática denominadas depresiones revestidas:
  - Están recubiertas en su cara citoplasmática por proteínas fibrosas, como la clatrina, que se organiza formando una especie de cesto o armazón poliédrico, que es responsable de la invaginación y estrangulamiento de la membrana para formar vesículas revestidas.
  - Estas vesículas pierden rápidamente el revestimiento de clatrina formando vesículas de superficie lisa.
- Ventajas de la endocitosis mediada por receptor:
  - Es específica: la célula debe tener receptores específicos para incorporar las moléculas.
  - Incrementa la eficacia: permite captar en grandes cantidades componentes minoritarios del líquido extracelular sin incorporar el volumen correspondiente de líquido extracelular.
- La mayor parte del colesterol se transporta en sangre formando partículas de lipoproteínas de baja densidad (LDL).
  - Las LDL se unen a los receptores proteicos de membrana y se incorporan a la célula en vesículas de endocitosis (pronto pierden su revestimiento).
  - Las vesículas liberan su contenido a los endosomas: el contenido ácido de éstos provoca la separación del LDL de sus receptores.
  - Las LDL terminan en los lisosomas: se degradan y el colesterol que contienen se libera al citosol.
  - Los receptores permanecen unidos a la vesícula formando vesículas de transporte que finalmente retornan a la membrana plasmática.

Exocitosis

Consiste en la fusión de vesículas intracelulares con la membrana plasmática y la liberación de su contenido al medio extracelular.

Excreción: las células vierten al exterior material no digerido en los lisosomas (defecación celular).
Secreción: importante en moléculas que desempeñan su función fuera de la célula que las produce:
- Renovación de la membrana plasmática: las moléculas se adhieren a la superficie celular y pasar a formar parte del glicocáliz.
- Renovación de la matriz extracelular: las moléculas se incorporan a la matriz.
- Funciones nutritivas o transmisoras de información: las moléculas se difunden hacia el medio interno sirviendo como alimento o señal a otras células (neurotransmisores, hormonas, etc.).
- Función extracelular: se difunden al exterior (como las enzimas digestivas).