RESUMEN:

LAS MEMBRANAS CELULARES

La estructura y función de las células dependen de la forma de la membrana tanto interna como externa definiendo compartimentos internos de las células eucariotas, organelas de núcleo y citoplasma. La formación se basa en las propiedades de los lípidos y las proteínas; siendo responsables de funciones especializadas para responder a señales externas, transporte de electrones  y forforilación radioactiva. En los lípidos de la membrana los bloques de construcción de todas las membranas son los fosfolípidos; las bicapas fosfolipidas forman una barrera estable entre dos compartimentos acuosos y representan la estructura básica de todas las membranas biológicas, los lípidos constituyen el 50% de su masa dependiendo del tipo de membrana: las membranas plasmáticas son 50% lípidos y 50% proteínas; la membrana interna contiene un 75% de proteínas. La composición lipídica también varía: membrana plasmática de E. coli la fosfatidiletanola  constituye el 80%, las membranas plasmáticas de mamíferos contienen fosfatidilicona, fosfatidilserina fosfatidiletanolamina y esfingomielina constituyen  50% y el 60%, además glucolípidos y colesterol aproximadamente el 40% de las moléculas de lípidos totales. Una propiedad de las bicapas lipídicas es que se comportan como fluidos bidimensionales en los que moléculas individuales son libres para moverse en direcciones. Esta fluidez es determinada por la temperatura y también por la composición lipídica, así que las membrana que contienen cadenas de ácidos grasos más cortas son más rígidas y se mantienen fluidas a temperaturas más bajas. Los lípidos que contienen ácidos grasos insaturados incrementan su fluidez de forma similar. Debido a su estructura el colesterol desempeña un papel importante ya que se insertan en la bicapa con sus grupos polares hidroxilo próximo a grupos de cabeza hidrofílicos de los fosfolípidos y los anillos hidrocarbonados rígidos del colesterol interactúan con los anteriores, esta disminuye la movilidad haciendo que la membrana sea más rígida. Por otra parte mantiene de este modo la fluidez de la membrana a temperaturas más bajas.                                                                                                                          Las proteínas constituyen entre el 25 y el 75% de la masa de las diversas membranas de la célula. El modelo actual propuesto por Jonathan Singer y Garth Niolson en 1972, considera las membranas como un mosaico fluido en el que las proteínas están insertadas en la bicapa lipídica. Mientras los fosfolípidos proporcionan la organización estructural de las membranas, las proteínas desempeñan dos funciones muy específicas, se divide basándose en la naturaleza de su asociación con la membrana. Las proteínas integrales de membrana están enviadas directamente dentro de la bicapa lipídica. Las proteínas periféricas de membrana están asociadas indirectamente y por lo general a través de interacciones con las proteínas integrales de la membrana. Las proteínas transmembrana atraviesan la bicapa lipídica, con partes expuestas en ambos lados de la membrana, habitualmente aminoácidos no polares. Algunas proteínas transmembrana atraviesan la membrana una sola vez otras varias veces.                           

 Las membranas biológicas consisten en proteínas insertadas en una bicapa lipídica; las integrales están embebidas en la membrana, habitualmente de entre 20 a 25 aminoácidos hidrfóbos. Las proteínas periféricas de membrana no están insertadas pero no adheridas a través de interacciones con proteínas integrales de membrana.                               

En la permeabilidad de las bicapas de fosfolípidos las moléculas más pequeñas no cargadas pueden difundir libremente a través de una bicapa de fosfolípidos, sin embargo, la bicapa es impermeable a moléculas polares mayores y a los iones. Las modificaciones lipídicas específicas anclan proteínas a las vertientes citosílica y extracelular de la membrana plasmática. De forma alternativa las proteínas son ancladas a la vertiente extracelular de la membrana plasmática a través de la adición de glicolípidos a su extremo carboxilo terminal.

Las moléculas pequeñas no polares, son solubles en la bicapa lipídica y por lo tanto pueden cruzar fácilmente las membranas y las moléculas polares pequeñas no cargadas también pueden fluir, pero moléculas polares no cargadas mayores como la glucosa no pueden. Moléculas cargadas son incapaces de difundir a través de una bicapa de fosfolípidos no pueden cruzar por su difusión libre. Estas moléculas pasan gracias a la actuación de las proteínas de transporte, que determinan la permeabilidad selectiva de la membrana. Contienen múltiples regiones que atraviesan la membrana formando un conducto a través de la bicapa lipídica, permitiendo que moléculas polares o cargadas atraviesen por un poro proteínico sin interactuar con cadenas hidrófobas de los fosfolípidos en la membrana.

Los canales proteínicos forman poros abiertos a través de la membrana permitiendo el paso de cualquier molécula, como iones inorgánicos, una vez abiertos estos canales, pueden cruzar la membrana por difusión libre iones del tamaño y carga adecuados; estos canales no están permanentemente abiertos, pueden ser abiertos o cerrados selectivamente en respuesta a señales extracelulares, permitiendo a la célula controlar el movimiento.

En contraste las proteínas transportadoras unen y transportan selectivamente  moléculas pequeñas específicas como la glucosa, actúan tipo enzimas para facilitar el paso de las moléculas a través de las membranas; las proteínas de transporte unen moléculas específicas y después experimentan cambios que abren canales a través de los cuales la molécula que será transportada puede pasar a través de la membrana y ser liberada en oro lado, denominado un transporte pasivo. Las moléculas pueden ser transportadas en una dirección energéticamente desfavorable a través de una membrana, si su transporte en esa dirección esta acoplado  a la hidrólisis de ATP como fuente de energía es un proceso denominado transporte activo

La energía libre almacenada como ATP puede controlar la composición interna de la célula, así como para promover la biosíntesis de los componentes celulares.