MEMBRANAS
BIOLÓGICAS
Cuando
se inició la vida en la Tierra, los primeros proyectos de seres
vivos solamente pudieron ser tales al momento de lograr una
separación con el medio. La Evolución química de Oparin explica
que los primeros sistemas lograron su delimitación formando los
Coacervados, gotas coloidales con sustancias orgánicas. De ahí en
adelante, las membranas biológicas han seguido el paso de la
evolución, diferenciándose no tanto en su estructura pero sí en su
composición.
¿Qué
es una membrana?
Según la R.A.E.: (femenino Física.) Placa o
lámina de pequeño espesor, generalmente flexible.
La
principal característica de una membrana es su grosor pero también
que puede separar un espacio de otro. No importa si es rodeando un
órgano o recubriendo el techo de una casa, es un espacio de un lado
y otro diferente del otro lado.
¿Por
qué Membranas Biológicas?
Se
denomina Membrana Biológica a toda aquella membrana que este
formando parte de una célula, sea limitándola como en su interior.
La principal es la MEMBRANA CELULAR que limita la célula, la separa
del exterior y, a la vez, la comunica con este. Las membranas
biológicas están compuestas de lípidos característicos en los que
se insertan diversos tipos de proteínas también particulares de
membrana. Esta composición es la que determina su funcionamiento y
otras propiedades de su estructura.
TIPOS
DE MEMBRANA
- Las membranas impermeables no dejan pasar nada.
- Las membranas semipermeables dejan pasar algunas cosas y otras no
- Las membranas permeables dejan pasar todo.
¿De
qué tipo es una membrana biológica?
Se
podría decir que una membrana biológica deja pasar ciertas
sustancias y otras no, es decir que sería semipermeable. Pero sus
propiedades hacen que el pasaje de sustancias se realice dependiendo
de las condiciones de los compartimientos que separa, el exterior y
el interior celular. En esas condiciones no solo incide el tipo de
sustancia sino que también el momento en que se encuentra el
funcionamiento celular, haciendo que la permeabilidad dependa tanto
en forma química como temporal del estado de la célula. Por lo
tanto las membranas biológicas presentan una PERMEABILIDAD
SELECTIVA
¿Cómo
es una Membrana Biológica?
El
modelo que mejor explica la estructura y composición de una membrana
biológica se denomina “Mosaico Fluido”. Dicho modelo establece
que se trata de dos capas de lípidos que contienen a proteínas en
forma fluida.
La
bicapa está formada por lípidos con una característica particular,
son moléculas anfipáticas, es decir existe una parte polar o
hidrófila y otra parte apolar o hidrófoba en una misma molécula.
Los lípidos característicos de las membranas biológicas son los
fosfolípidos. La cabeza hidrofílica se mantiene en contacto con el
medio acuoso formando puentes de Hidrógeno. Las colas hidrofóbicas
de una capa se mantienen en contacto con las colas de la otra capa a
través de interacciones débiles.
Los
medios acuosos, el exterior y el interior, quedan separados por una
zona que repele el agua, por lo que dificulta su pasaje.
¿Qué
son las proteínas de membrana?
A
la bicapa de lípidos se integran ciertas proteínas con
características particulares que le proporcionan la propiedad de ser
permeable selectivamente. Además son las encargadas de las demás
funciones específicas que tienen las membranas biológicas como por
ejemplo la comunicación entre los compartimientos. Así como las
moléculas de lípidos, las proteínas que atraviesan la membrana son
anfipáticas, con una parte hidrófila y otra hidrófoba.
Simplemente, la parte hidrófila queda en contacto con el medio
acuoso y la parte hidrófoba en contacto con las colas hidrofóbicas
de los lípidos.
TIPOS
DE PROTEÍNAS DE MEMBRANA
Proteínas
integrales: poseen una parte hidrofílica en contacto con el
medio acuoso y una parte hidrofóbica en contacto con las colas de
los fosfolípidos. Pueden atravesar la bicapa por completo o no.
Pueden presentar cadenas de polisacáridos asociados únicamente del
lado externo de la célula.
Ejemplos:
- transportadores o canales
-
intercambiadores
-
bombas
Proteínas
periféricas: son plenamente hidrófilas, por lo que no ingresan al
sector de las colas hidrofóbicas de la bicapa. Pueden estar del lado
externo o interno de la célula. Pueden presentar cadenas de
polisacáridos asociados únicamente del lado externo de la célula.
Ejemplos:
- citoesqueleto (internas)
-
receptores de hormonas (externas)
-
receptores de antígenos (externas)
MODELO
DE MOSAICO FLUIDO
Las
proteínas de membrana se asocian a una bicapa lipídica mediante
interacciones débiles (hidrofóbicas – apolares – y puentes de
Hidrógeno – polares –). Estas interacciones posibilitan que,
tanto las moléculas de lípidos como de proteínas, puedan fluir
facilmente, trasladándose de un punto a otro de la membrana
biológica. Hay que agregar como componente de membrana a los
glúcidos. Estos forman cadenas de polisacáridos unidos químicamente
a proteínas de membrana. Se encuentran únicamente del lado externo
de la membrana celular por el hecho que en el interior están
expuestas a la degradación química que normalmente funciona dentro
de la célula. Por último, es importante mencionar como componente
de membrana al colesterol. Es una molécula lipídica que se inserta
como una cuña entre los fosfolípidos cambiando la fluidez de la
membrana. Cuanto mayor cantidad de moléculas de colesterol, menos
fluida y más rígida es la membrana.
¿Cuáles
son las funciones de la membrana?
Debido
a la ubicación de la Membrana Celular, la función primaria es
delimitar a la célula, determina que es célula y que no. A partir
de esto, las demás funciones se establecen por su estructura, su
composición y las condiciones de los medios acuosos que separa.
Estas son algunas de las principales funciones:
- Mantenimiento de las condiciones diferenciales entre los medios acuosos que separa.
- Comunicación entre el medio interno y el externo o viceversa.
- Transporte de sustancias desde y hacia el interior celular.
- Control de reacciones bioquímicas internas y externas.
- Forma y movimiento celular
¿Qué
pasa por la membrana?
Una
de las funciones principales de las membranas biológicas es el
transporte de sustancias. Su propiedad de permeabilidad selectiva se
debe a que la bicapa lipídica impide el pasaje de ciertas
sustancias, sea por su tamaño o por su composición. De ahí que la
selectividad es determinada por las proteínas de membrana.
Al
separar medios acuosos, la membrana esta sujeta a fenómenos físicos
propios de las soluciones, es decir una sustancia solvente (agua) con
otras disueltas en ella (solutos). La difusión de solutos en
solución es un fenómeno fundamental para el funcionamiento de las
membranas biológicas. Las sustancias en solución, siempre se mueven
desde donde hay más (mayor concentración) a donde hay
menos. El pasaje se realiza gracias a que la diferencia entre las
concentraciones de un lado y otro es un tipo de energía llamada
Gradiente. Sólo culmina cuando las concentraciones se equilibran,
así el gradiente se vuelve cero.
Normalmente, la membrana celular
divide el exterior con una gran concentración del ion positivo sodio
(Na+) y una baja concentración del ion positivo potasio
(K+). Como son partículas cargadas positivamente, no
pueden cruzar, por sí mismas, la bicapa lipídica, precisamente el
sector hidrofóbico.
Los gradientes de estos dos iones son la energía que se necesita para transportar sustancias a través de la membrana, principalmente el ingreso de los nutrientes a la célula. Este transporte es llevado a cabo por las proteínas integrales que la atraviesan. Las proteínas canales y los intercambiadores se abren cuando se necesita transportar cierta sustancia y utilizan el gradiente de sodio para ingresarla o potasio para sacarla.
Los gradientes de estos dos iones son la energía que se necesita para transportar sustancias a través de la membrana, principalmente el ingreso de los nutrientes a la célula. Este transporte es llevado a cabo por las proteínas integrales que la atraviesan. Las proteínas canales y los intercambiadores se abren cuando se necesita transportar cierta sustancia y utilizan el gradiente de sodio para ingresarla o potasio para sacarla.
TRANSPORTE ACTIVO
A
diferencia del pasivo que ocurre gracias a los gradientes de iones
como el sodio o el potasio, el transporte activo se lleva a cabo con
el gasto de otro tipo de energía. Para transportar sustancias en
contra de su gradiente, la membrana puede utilizar la energía de las
moléculas de ATP (adenosin tri fostato). Estas se componen de
una adenina (nucleótido) unida a una ribosa (azúcar) y a tres
grupos fosfatos. Se generan en la respiración celular de
mitocondrias (en eucariotas) o de la propia membrana celular (en
procariotas) agregando un fosfato a un ADP (adenosina di
fostato).
La
bomba de sodio y potasio (Na+–K+ ATPasa) es
un ejemplo característico de este tipo de transporte. Luego que una
sustancia es ingresada gracias al gradiente de sodio, la membrana
debe contrarrestar el ingreso de átomos cargados, por lo que se
activa el transporte del potasio hacia afuera. Los dos pasajes
mantienen la estabilidad de las cargas, esto evita que la célula se
llene de agua, pero se genera una disminución del gradiente
(energía). Los gradientes de sodio y potasio son esenciales para las
propiedades de la membrana, por lo que se necesita sacrificar un poco
de energía de los ATP para mantenerlos. La bomba Na+–K+
retira sodio del interior celular e introduce potasio gastando ATP.
En cada ciclo salen de la célula 3 átomos de Na+ al
exterior y entran, desde el exterior a la célula, 2 átomos de K+.
La bomba restituye los valores de gradientes de estos iones
posibilitando que continúe ocurriendo los demás transportes.
