Las membranas permiten separar la célula de su ambiente extracelular pero generan interacción debido a su estructura y composición. De la misma manera las membranas ubicadas en el interior de la célula a nivel de la mitocondria, los lisosomas, el retículo, el complejo de golgi, los lisosomas y el núcleo permiten aislar cada uno de estos compartimientos, los cuales son especializados para realizar una función específica.
Compuestos Químicos presentes en las Membranas Biológicas: Los componentes químicos de las membranas son básicamente lípidos, carbohidratos y proteínas; la cantidad y proporción de cada uno varía de acuerdo al tipo de membrana, generalmente las proteínas igualan o exceden a los lípidos a excepción de la mielina encontrada en algunas fibras nerviosas.
Las membranas son láminas selectivas, con plasticidad, estables y metabólicamente activas con proteínas ancladas que generan funciones como la comunicación intra e intercelular.
Los fosfolípidos, glucoesfingolípidos y esteroles son los principales lípidos de membrana, forman una doble capa y dan propiedad anfipática a ésta. La bicapa lipídica se forma de manera espontánea en un medio acuoso y es la unidad estructural de las membranas, es impermeable a la mayor parte de las moléculas solubles en agua ya que no se disuelven en el centro hidrofóbico de la bicapa. Gases como N, O2, CO2 al ser pequeñas moléculas se difunden fácilmente a través de las regiones hidrofóbicas, igualmente los derivados de lípidos como las hormonas esteroides. Aquellas moléculas no solubles en lípidos son transportadas por las proteínas insertas en la membrana las cuales también tienen carácter
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anfipático. El número de proteínas varía en cada tipo de membrana, por ejemplo, en el retículo sarcoplásmico se encuentran de 6 a 8, en la membrana plasmática más de 100, las cuales actúan como enzimas, proteínas transportadoras, proteínas estructurales, antígenos y receptores para varias moléculas.
Modelo del Mosaico Fluido: Los componentes químicos de las membranas, lípidos, carbohidratos y proteínas, interactúan formando el Modelo del Mosaico Fluido de la estructura de la membrana, según lo propusieron Singer y Nicolson (1972) (Figura 2.12). Consiste en una bicapa lipídica en la cual se encuentran diversas proteínas, formando un paquete denso que excluye el agua. En la parte central se generan interacciones de los espacios hidrofóbicos de lípidos y proteínas, mientras que hacia la superficie las moléculas anfipáticas están solvatadas en el medio acuoso. Las proteínas pueden estar inmersas firmemente la bicapa lipídica, denominándose proteínas integrales. Algunas integrales atraviesan completamente la doble capa por tanto se llaman proteínas transmembrana. Otras proteínas pueden unirse débilmente a la superficie interna ó externa de la membrana, recibiendo el nombre de proteínas periféricas.
Tanto lípidos como proteínas tienen movilidad en la membrana y pueden tener cadenas de oligosacáridos expuestos en la cara externa de la membrana. El movimiento de los componentes lipídicos es denominado flip-flop el cual no es favorable termodinámicamente debido a la distribución asimétrica de los diversos lípidos a uno y otro lado de la membrana. Por ejemplo se genera asimetría en el interior y exterior de los fosfolípidos debido a que el tipo de fosfolípido es diferente. Así en la capa molecular exterior se encuentra fosfolípidos como la fosfatidilcolina y esfingomielina; mientras que en la capa interna se ubican los aminofosfolipidos como la fosfatidilserina y etanolamina. Generalmente, el esterol más abundante es el colesterol, el cual se encuentra en mayor proporción en el exterior ocasionando asimetría con respecto a la capa interior.
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FIGURA 0.12:MODELO DEL MOSAICO FLUIDO DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA.(FUENTE:AUDERSIK,2001)
Mecanismos Moleculares de ensamblaje de Membranas: El ensamblaje de la membrana es bastante complejo debido a que la inserción de las proteínas integrales, en el interior de la bicapa lipídica, requiere de señales especiales; de hecho, las vías de biosíntesis celular de las proteínas son consideradas como un gran sistema clasificador dividido en la rama citosólica y la rama del retículo endoplásmico rugoso.
Esta clasificación se da porque las proteínas, sintetizadas por los polirribosomas ligados a la membrana, contienen un péptido señal (secuencia específica de aminoácidos) que es el encargado de la adhesión a la membrana del retículo. Por el contrario, las proteínas sintetizadas en los polirribosomas libres no presentan este péptido señal; por lo tanto, el transporte hacia el citosol y la ubicación en la membrana mitocondrial, perixosómica o el núcleo es realizada por señalización celular.
Los fosfolípidos son la clase principal de lípidos de la membrana, las enzimas responsables de su síntesis se encuentran en la superficie del retículo generando el autoensamblaje en el interior de la bicapa de esta forma, expanden la membrana y generan el desprendimiento de las vesículas de lípidos. Otra forma de incorporar lípidos a la membrana es a través de proteínas citosólicas de
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recambio de lípidos que captan fosfolípidos de una membrana y los liberan en otra.
Funciones de la Membrana: La membrana de la célula aísla el citoplasma celular del medio externo, sólo permite la entrada de sustancias específicas y que algunos mensajes pasen del medio extracelular al intracelular. Las proteínas sirven para el transporte de moléculas, como receptores o como ligandos y para la comunicación celular. La membrana es selectivamente permeable y regula el movimiento de materiales hacia adentro y hacia fuera de la célula. Igualmente, por las características bioquímicas de los componentes moleculares de la membrana se regula la cantidad de agua en la célula; por consiguiente, es semipermeable.
Lección 4. Transporte a través de la membrana: Difusión pasiva,