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La membrana celular
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OpenStax
Based on The Cell Membrane† by
OpenStax
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Creative Commons Attribution License 4.0‡
Abstract
Al nal de esta sección serás capaz de:
• Entender el modelo de mosaico uido de membranas.
• Describir las funciones en las membranas de fosfolípidos, proteínas y carbohidratos.
La membrana plasmática dene el límite de la célula y determina la naturaleza del contacto que ésta tiene
con el ambiente. Las células excluyen algunas sustancias, toman otras y excretan otras, todo en cantidades
controladas. La membrana plasmática constituye los límites de la célula, pero ésta no es una bolsa estática,
sino que es dinámica y está en ujo continuo. La membrana plasmática debe ser lo sucientemente exible
para permitir a ciertas células cambiar de forma, como los glóbulos rojos y blancos de la sangre que atraviesan
los capilares estrechos.
Hay funciones mucho más obvias de la membrana plasmática como el acarreo de
marcadores, en la supercie de la membrana, que permiten que las células se reconozcan entre sí, actividad
importante en los primeros estadios de desarrollo de tejidos y órganos, y posteriormente en la respuesta
inmunológica.
La membrana plasmática también posee receptores, o sitios de anclaje especíco, de sustancias que
interactúan con la célula; cada receptor posee una estructura que le permite unirse a una sustancia especíca.
Por ejemplo, los receptores de la supercie de la membrana producen cambios en el interior de la célula, tales
como cambios en la ruta metabólica de las enzimas; estos cambios pueden dotar de energía a la célula, a través
de la producción especíca de sustancias, o pueden degradar toxinas o desechos celulares y deshacerse de ellos.
Los receptores en el exterior de la membrana plasmática interactúan con hormonas o neurotransmisores, y
permiten la transmisión de mensajes hacia el interior de la célula. Los virus utilizan algunos de estos sitios de
reconocimiento para ingresar a las células; aunque los sitios son altamente especícos, diferentes patógenos,
entre ellos los virus, pueden evolucionar y desarrollar sustancias que semejen las moléculas especícas de
algunos receptores y de esta forma acceder a la célula; esto nos ayuda a entender por qué los virus que
producen el síndrome de inmunodeciencia adquirida (VIH) o cualquiera de los cinco virus que causan
hepatitis invaden únicamente células especícas.
Version 1.4: May 2, 2016 10:46 am +0000
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‡ http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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1 El modelo del mosaico uido
En el año de 1972 S. J. Singer y Garth L. Nicolson propusieron un nuevo modelo que, comparado con los
modelos anteriores, explicaba tanto a nivel microscópico como funcional el comportamiento de la membrana
plasmática.
Lo llamaron modelo del mosaico uido, el cual ha evolucionado con el tiempo, pero todavía
modelo del mosaico
uido describe la estructura de la membrana plasmática como un mosaico de componentes (entre los que se
se ajusta a lo que sabemos de la estructura y funcionamiento de la membrana. El
encuentran fosfolípidos, colesterol, proteínas y carbohidratos) que son capaces de uir y cambiar de posición
sin comprometer la integridad básica de la membrana. Tanto las moléculas de fosfolípidos y las proteínas
son capaces de difundirse rápidamente y lateralmente en la membrana; la uidez de la membrana plasmática
es esencial para el funcionamiento de ciertas enzimas y moléculas de transporte dentro de la membrana, la
cual tiene un grosor que oscila entre los 5 y 10 nm. Si observamos glóbulos rojos humanos, a través de un
microscopio óptico, estos tienen un grosor de aproximadamente 8
µm,
es decir, son 1000 veces más gruesos
que la membrana plasmática (Figure 1)
Figure 1: El modelo del mosaico uido describe la estructura de la membrana plasmática, la cual es
una combinación de fosfolípidos, colesterol, colesterol, proteínas y carbohidratos.
La membrana plasmática está constituida por una bicapa de fosfolípidos con proteínas embebidas, carbohidratos, glucolípidos y glicoproteínas, y en las células animales, colesterol. La cantidad de colesterol en la
membrana plasmática animal regula su uidez y los cambios de temperatura en el ambiente celular. En otras
palabras, el colesterol actúa como anticongelante en la membrana celular y es más abundante en animales
de climas fríos.
Las dos capas de moléculas de fosfolípidos son la materia prima más importante de la membrana plasmática, las terminaciones polares (hidrólas) de estas moléculas (Figure 1) están en contacto con el uido
acuoso, tanto dentro como fuera de la célula. Por el contrario, el interior de la membrana, entre sus dos
supercies, es una región no polar o hidrófoba, debido a que está constituida por las colas de los ácidos
grasos (esta región no presenta ninguna atracción por el agua u otras moléculas polares).
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Las proteínas ocupan el segundo lugar en importancia como constituyentes de la membrana plasmática;
las proteínas integrales están embebidas en la membrana plasmática y pueden localizarse a todo lo largo o
en ciertas partes de la membrana. Estas proteínas integrales pueden servir como canales de paso o como
bombas para mover material hacia dentro y fuera de la célula.
Las proteínas periféricas se encuentran
sobre la supercie de la membrana, en el interior y el exterior, y están unidas a proteínas integrales o a
moléculas de fosfolípidos.
Tanto las proteínas integrales como las proteínas periféricas pueden funcionar
como enzimas, como estructuras de anclaje de las bras del citoesqueleto o como constituyentes de los sitios
de reconocimiento de la célula.
Los carbohidratos son el tercer constituyente más importante de la membrana plasmática; siempre se
encuentran en la supercie exterior de las células y pueden estar unidos a proteínas (formando glucoproteínas)
o a lípidos (formando glicolípidos). Las cadenas de estos carbohidratos pueden consistir de 2-60 unidades
de monosacáridos y pueden ser rectos o ramicados; los carbohidratos, junto con las proteínas periféricas,
constituyen sitios especializados en la supercie de las células que permiten el reconocimiento entre éstas.
:
¾Cómo infectan los virus organismos especícos?
Existen moléculas especícas de glucoproteínas expuestas en la supercie de la membrana celular
de las células hospederas; estas moléculas son utilizadas por muchos virus para infectar órganos
especícos. Como ejemplo tenemos al VIH, el cual es capaz de penetrar la membrana plasmática
de cierto tipo de glóbulos blancos, llamados células-T o monocitos, así como a algunas células del
sistema nervioso central. El virus que causa hepatitis únicamente es capaz de atacar células del
hígado.
Los virus pueden invadir células especícas porque poseen glucoproteínas en sus cubiertas que
imitan a las moléculas que tienen acceso a los sitios de reconocimiento y, por tanto, al interior
de la célula (Figure 2).
Los sitios de reconocimiento en la supercie del virus interactúan con
el sistema inmunológico humano, estimulando la producción de anticuerpos.
Los anticuerpos se
producen como respuesta a los antígenos (proteínas asociadas con los patógenos invasores). Estos
sitios funcionan como lugares a los cuales los anticuerpos se pueden unir y destruir al virus o inhibir
su actividad. Desafortunadamente, los sitios en la supercie del VIH son codicados por genes que
cambian muy rápidamente y hacen muy difícil la producción de una vacuna eciente, por lo que la
población del virus en una persona infectada evoluciona muy rápidamente, a través de mutaciones,
a poblaciones diferentes, las cuales poseen sitios diferentes de reconocimiento.
Este cambio tan
vertiginoso de los marcadores en la supercie viral abate la efectividad del sistema inmunológico de
la persona infectada con el virus, ya que sus anticuerpos no reconocen las constantes variaciones en
los patrones superciales.
Figure 2: El VIH aterriza en la supercie de la célula T y se une al receptor CD4, antes de entrar e
infectar a la célula. (créditos: modicación de US/National Institutes of Health/National Institute of
Allergy and Infectious Diseases)
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2 Resumen de la Sección
El modelo del mosaico uido hace referencia al comportamiento de la membrana plasmática que se compone
de una bicapa de fosfolípidos, con los extremos hidrófobos de sus ácidos grasos en contacto. La membrana está
embebida de proteínas, algunas de las cuales abarcan toda la membrana y se encargan de transportar material
hacia dentro y hacia fuera de la célula. Algunas proteínas y lípidos tienen unidos carbohidratos, orientados
hacia la cara externa de la célula, lo cual sirve en el reconocimiento entre células. La naturaleza uida de la
membrana está dada por la conguración de las colas de los ácidos grasos, la presencia de colesterol dentro
de la membrana (en las células animales), y la naturaleza de mosaico dada por los complejos formados por
proteínas y proteínas-carbohidratos, los cuales no están jos. La membrana plasmática encierra los límites
de la célula; sin embargo, no es una bolsa estática, sino que es dinámica y está en ujo continuo.
3 PREGUNTAS DE REVISIÓN
Exercise 1
(Solution on p. 5.)
¾Qué componente de la membrana plasmática puede encontrarse en la supercie o embebida en la
estructura de la membrana?
a. proteínas
b. colesterol
c. carbohidratos
d. fosfolípidos
Exercise 2
(Solution on p. 5.)
Las colas de los lípidos de la membrana plasmática están compuestas de __________ y son
__________.
a. grupos fosfato; hidrófobos
b. ácidos grasos; hidrólos
c. grupos fosfato; hidrólos
d. ácidos grasos; hidrófobos
4 PREGUNTAS DE PENSAMIENTO CRÍTICO
Exercise 3
¾Qué ventajas le conere a la célula la naturaleza uida de la membrana?
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(Solution on p. 5.)
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Solutions to Exercises in this Module
to Exercise (p. 4)
A
to Exercise (p. 4)
D
to Exercise (p. 4)
La uidez de la membrana celular es necesaria para la operación de algunas enzimas y mecanismos de
transporte dentro de la membrana.
Glossary
Denition 1: Modelo del mosaico uido
Modelo de la estructura de la membrana plasmática, en el cual los componentes celulares fosfolípidos, colesterol, proteínas y glicolípidos se comportan como un uido más que como estructuras estáticas.
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