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Membrana Celular

    Estructura y función de la membrana celular. Modelo del mosaico fluido.


    
La membrana plasmática constituye una barrera flexible y fuerte que envuelve y contiene el citoplasma o matriz de la célula. 

    El "modelo de mosaico del líquido (fluido)"  describe su estructura. El marco estructural básico de la membrana plasmática es la "bicapa de lípidos" (o lipídica), dos capas confrontadas que están constituidas por tres tipos de moléculas de lípidos -fosfolípidos, colesterol y glucolípidos-. Los "fosfolípidos", que contienen grupos o radicales fosfato, integran 75% de la membrana. En cantidades pequeñas se halla el "colesterol", un esteroide al que está unido un radical -OH (alcohol), así como diversos "glucolípidos" enlazados a grupos de hidrato de carbono (azúcares). La disposición de la bicapa se mantiene porque los lípidos son "amfipáticas", es decir, tienen partes de carácter polar y apolar. En los fosfolípidos la parte polar corresponde al fosfato, que es hidrófilo. 




    Las partes no polares son dos caudas largas de ácido graso, formadas por cadenas hidrófobas de hidrocarburos. Debido a que hay afinidad entre iguales, en la bicapa las moléculas fosfolípidas orientan sus cabezas polares hacia afuera, es decir, uno de sus lados se proyecta hacia el entrono acuoso -citosol en la cara interna y líquido extracelular hacia la externa-. Los ácidos grasos hidrófobos extienden sus caudas en ambas mitades de un punto de la bicapa hacia el centro de la membrana, con lo que conforman en la zona interna una región apolar e hidrófoba.

    Los glucolípidos constituyen 5% de la membrana lipídica; sus grupos carbohidratos forman una cabeza polar, mientras que sus caudas de ácidos grasos carecen de polaridad. Se encuentran sólo en la capa de la membrana que comunica con la fase del líquido extracelular y, por ello, se dice que la bicapa es asimétrica; dicho en otras palabras, sus dos lados son diferentes.

    De la membrana plasmática, 20% restante de los lípidos está compuesto por moléculas de colesterol débilmente anfipáticas, las cuales se hallan interpuestas entre los otros lípidos de ambas capas. El diminuto grupo unido al radical -OH constituye la única región polar del colesterol y forma enlaces de hidrógeno con las cabezas polares de los fosfolípidos y los glucolípidos. Los anillos de esteroides rígidos y las cuadas de hidrocarbono del colesterol, que no son de carácter polar, se hallan fijas entre las colas de ácido graso de los fosfolípidos y los glucolípidos. De manera característica la membrana plasmática tiene más colesterol que la membrana de los organelos.




    Se encuentran en la membrana dos categorías de proteínas -íntegras y periféricas- según se hallen insertas o no en la membrana. Las "proteínas íntegras" se extienden dentro o a través de la bicapa entre las caudas de los ácidos grasos. Por otro lado, las "proteínas periféricas" se relacionan con lípidos o con las proteínas que la membrana tiene en sus lados interno o externo. 

    Las proteínas íntegras que pasan a través de la bicapa entera y sobresalen en ambos lados de la membrana reciben el nombre de "proteínas transmembranosas". Muchas proteínas íntegras son "glucoproteínas" con grupos de carbohidratos unidos a los extremos que se extienden hasta la fase del líquido extracelular. Los carbohidratos pueden ser cortos, rectos o en cadenas ramificadas compuestas por dos a 60 monosacáridos. Las porciones carbohidrato de los glucolípidos y las glucoproteínas forman una extensa cubierta de azúcar llamada "glucocáliz", cuya composición actúa como una forma de identidad molecular que permite que las células se reconozcan unas a otras.

    Algunas proteínas transmembranosas forman "canales" que tienen un poro o agujero a través del cual pueden entrar o salir de la célula sustancias específicas como ,os iones potasio (K+). La mayoría de dichos canales son selectivos, ya que solo permiten el paso de un ion determinado. Otras proteínas de la embrana actúan como "transportadores"; es decir se unen a una sustancia polar en un lado de la membrana y luego cambian su forma para llevarla al otro lado donde la liberan. Algunas proteínas íntegras se denominan "receptores" los cuales sirven como sitios de reconocimiento celular. Estas proteínas identifican y enlazan una molécula específica (p.ej., la hormona insulina o un nutriente como la glucosa). Se denomina "ligando" una molécula específica que se une a un receptor. 

    Algunas proteínas íntegras y periféricas son "enzimas". Las membranas de las glucoproteínas y los glucolípidos con frecuencia se llaman "marcadores de identidad celular",  los cuáles hacen posible que una célula reconozca a otrras de la misma clase durante la formación de un tejido o identifiquen y respondan a células extrañas portencialmente peligrosas. Entre los los marcadores de identidad celular están los del tipo sanguíneo (ABO). Las proteína íntegrales y periferiféricas pueden servir como "ligadores", que fijan las proteínas en la membrana plasmática de las células vecinas, una a otra, o a los filamentos dentro y fuera de la célula.


    Dinámica de la membrana. Mecanismos de intercambio de solutos: 

    Transporte pasivo: cuando no se requiere energía para que la sustancia cruce la membrana plasmática

    Transporte activo: cuando la célula utiliza ATP como fuente de energía para hacer atravesar la membrana a una sustancia en particular

    Los mecanismos de transporte pasivo son:

    Difusión simple

Las moléculas pequeñas de soluto no polares (sin carga) se mueven directamente a través de la membrana La velocidad de difusión simple está directamente relacionada con la liposolubilidad; cuanto más liposoluble sea el elemento, más rápida es la difusión también esta se puede dar en algunas sustancias iónicas también pueden cruzar la membrana plasmática por difusión, pero empleando los canales constituidos por proteínas integrales llenas de agua.

    



    Ósmosis. 

    Por ósmosis se conoce al fenómeno de difusión de agua a través de una membrana semipermeable. Cuando estos dos fluidos están separados por una membrana semipermeable (que deja pasar el fluido y no los sólidos disueltos), el fluido que contenga menor concentración se moverá a través de la membrana hacia el fluido con mayor concentración de sólidos disueltos.

    Filtración

    La filtración por membrana es un término genérico que se utiliza para describir distintos y muy característicos procesos de separación, que tienen en común el uso de una membrana semi-permeable y la aplicación de presión como fuerza impulsora, La membrana funciona no sólo en función del tamaño de la partícula, sino como una pared de separación selectiva algunas sustancias pueden atravesar la membrana, mientras que otras quedan atrapadas en ella

    Difusión facilitada

    Algunas moléculas son demasiado grandes como para difundir a través de los canales de la membrana y demasiado insolubles en lípidos como para poder difundir a través de la capa de fosfolípidos. Tal es el caso de la glucosa y algunos otros monosacáridos. Estas sustancias, pueden sin embargo cruzar la membrana plasmática mediante el proceso de difusión facilitada, con la ayuda de una proteína transportadora.

    Gradiente de concentración. Una gradiente de concentración es el proceso de partículas, que se mueven a través de una solución o gas desde un área con un mayor número de partículas a un área con un menor número de partículas.

    Gradiente de potencial eléctrico. Diferencia de carga eléctrica a uno y otro lado de la membrana celular.

    Transporte activo

    Transporte activo primario

    En este caso, la energía derivada del ATP directamente empuja a la sustancia para que cruce la membrana, modificando la forma de las proteínas de transporte (bomba) de la membrana plasmática.

    Transporte activo secundario

    Esto se puede gracias a una proteína transmembrana donde abrirán un canal donde algunos iones tienen tendencia a entrar de la célula a través de los poros y esta energía potencial es aprovechada para que otras moléculas, como la glucosa y los aminoácidos, puedan cruzar la membrana en contra de un gradiente de concentración. Cuando la glucosa cruza la membrana en el mismo sentido que el Na+, el proceso se llama Symporte o cotransporte ; cuando los hacen en sentido contrario, el proceso se llama Anti porte o contra transporte

    Bomba Sodio Potasio ATPasa

    Esta bomba actúa como una enzima que rompe la molécula de ATP y también se llama bomba Na+/K+-ATPasa. Todas las células poseen cientos de estas bombas por cada cm2 de membrana. Funciona de la siguiente manera Iones de sodio son expulsados al espacio extracelular atreves de una proteína Transmembrana Llamada la Bomba Sodio Potasio ATPasa donde al entrar tres iones de sodio una molécula de ATP acciona la proteína y esta cambia su polaridad dejando salir el Sodio y ahora guardando en ella Potasio, dos iones de potasio es lo que entra en la proteína para que se retire la molécula de Fosfato y regrese a su anterior polaridad y deje entrar al espacio intracelular el potasio. Este proceso es de suma importancia para algunas funciones del cuerpo por ejemplo la actividad cardiaca.

  


        Transporte Grueso

    Algunas sustancias más grandes como polisacáridos, proteínas y otras células cruzan las membranas plasmáticas mediante varios tipos de transporte grueso

    Endocitosis: es el proceso mediante el cual la sustancia es transportada al interior de la célula a través de la membrana. Se conocen tres tipos de endocitosis

    Pinocitosis: La pinocitosis es el proceso por el cual la célula ingiere o transporta para dentro de su membrana celular líquidos que se encuentran en el exterior.

    Fagocitosis: En este proceso, la célula crea unas proyecciones de la membrana y el citosol llamadas pseudópodos que rodean la partícula sólida. Una vez rodeada, los pseudópodos se fusionan formando una vesícula alrededor de la partícula llamada vesícula fagocítica o fagosoma. El material sólido dentro de la vesícula es seguidamente digerido por enzimas liberadas por los lisosomas.

    

    Exocitosis: la membrana de la vesícula secretora se fusiona con la membrana celular liberando el contenido de la misma. Por este mecanismo las células liberan hormonas.





Membrana celular 2EV1




Memebrana celular 2EV2




Membrana celular 2EV3




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Fuente:

Guyton. Tratado de Fisoología Médica. Ed. Mosby, 2011. 12a edición. ISBN: 9788480868198.
Kim Barrett. Fisiología Humana. Ed. McGraw-Hill, 2010. 23a edición. ISBN: 9786071503053.
Silverton. Fisiología Humana. Ed. Panamericana, 2008. 4a edición. ISBN: 9789500619820.
Boron, F. Medical Physiology. Ed. Elsevier, 2009. eth ed. Idioma inglés. ISBN: 9780808923336.
Druker Colin, René. Fisiología Médica. Editorial Manual Moderno, México, 2005. ISBN: 9707290602.

Dr. Víctor H. Loo A.
Psiquiatría Infantil y de la Adolescencia.
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