CITOESQUELETO

Introducción

El citoesqueleto es propio de las células eucarióticas. Es una estructura tridimensional dinámica que se extiende a través del citoplasma. Por lo tanto la idea de que el citoplasma de la célula es una masa amorfa y gelatinosa es equivocada.

Esta matriz fibrosa de proteínas se extiende por el citoplasma entre el núcleo y la cara interna de la membrana plasmática, ayudando a definir la forma de la célula e interviniendo en la locomoción y división celular. Es decir que el citoesqueleto no sólo da estabilidad a la célula como un armazón , sino que es también como el músculo interviene en el movimiento celular. Por lo tanto podríamos llamarlo también “citomusculatura”. Podemos agregar que el citoesqueleto condiciona el movimiento de las organelas del interior de la célula y tiene gran importancia metabólica, dando un andamiaje a los procesos moleculares que se realizan en el citoplasma.

El citoesqueleto es característico de las células eucariontes ya que ESTA AUSENTE EN LOS PROCARIONTES. Por lo que podría ser un factor esencial en la evolución de los eucariotas

De esta forma podemos enunciar las siguientes funciones del citoesqueleto:

Ø                     Estabilidad celular y forma celular

Ø                     Locomoción celular

Ø                     División celular

Ø                     Movimiento de los orgánulos internos

Ø                     Regulación metabólica

Sistemas de Filamentos

En los años 1950-1960, la microscopia electrónica consiguió sacar a luz tres sistemas distintos de filamentos del citoplasma. Estudios bioquímicos e inmunológicos posteriores identificaron el conjunto específico de proteínas que caracteriza a cada sistema de filamentos.                                          Los tres sistemas primarios de fibras que componen el citoesqueleto son: microfilamentos, microtúbulos y filamentos intermedios.

Proteínas Accesorias

Estos sistemas primarios de filamentos (microfilamentos , filamentos intermedios y microtúbulos), están asociados a un conjunto de proteínas llamadas proteínas accesorias. Las proteínas accesorias cumplen distintas funciones y de acuerdo a estos roles se las clasifican en:

Ø         Proteínas reguladoras: regulan los procesos de alargamiento y acortamiento de los filamentos principales.

Ø         Proteínas ligadoras: conectan los filamentos entre sí y con distintas estructuras celulares

Ø         Proteínas motoras: sirven para la motilidad, contracción y cambios de forma celulares. También trasladan macromoléculas y organoides de un punto a otro del citoplasma.

Microfilamentos

Son las fibras más delgadas de formados por la proteína actina. La actina es una proteína con funciones contráctiles, es también la proteína celular más abundante. La asociación de estos microfilamentos de actina con la proteína miosina es la responsable de la contracción muscular. Los microfilamentos también pueden llevar a cabo los movimientos celulares, incluyendo desplazamiento, contracción y citiocinesis.

La actina es la proteína base de los microfilamentos. En presencia de ATP, se polimeriza formando largas hélices dobles, denominadas actina F, o actina filamentosa. Para que se lleve a cabo esta polimerización el ATP debe convertirse en ADP, liberando la energía necesaria para el proceso.

Distribución celular

1.         Filamentos Transcelulares (atraviesan el citoplasma en todas las direcciones).

2.        Filamentos Corticales (por debajo de la membrana plasmática)

En las células epiteliales , los filamentos transcelulares transportan organoides, asociados a la proteína motora miosina I.

En las células del tejido conectivo los filamentos de actina transcelulares se llaman fibras tensoras y están asociadas a la proteína motora miosina II.

Los filamentos de actina cumplen un rol principal en la motilidad celular, decisiva en el desarrollo embrionario. En las células musculares los filamentos de actina no se acortan ni se alargan.

Microtúbulos

Los microtúbulos son tubos cilíndricos. Están compuestos de subunidades de la proteína tubulina , estas subunidades se llaman alfa y beta. Los microtúbulos actúan como un andamio para determinar la forma celular, y proveen un conjunto de “pistas” para que se muevan las organelas y vesículas. Los microtúbulos también forman las fibras del huso para separar los cromosomas durante la mitosis y la meiosis. Cuando se disponen en forma geométrica dentro de cilios y flagelos, son usados para la locomoción (autopropulsión) o para mover líquido circundante o partículas (motilidad).

La tubulina es una proteína globular, de la que existen dos polipéptidos distintos aunque similares, la alfa tubulina y la beta tubulina que se unen y forman un tubo cuya parte central se mantiene vacía.

Los microtúbulos se organizan a partir de centros organizadores especializados, que controlan su localización y orientación en el citoplasma. El centro organizador principal en las células animales es el centrosoma, próximo al núcleo.

Por su localización, podemos clasificarlos en:

1.         Citoplasmáticos (célula en interfase)

2.        Mitóticos (fibra del huso)

3.        Ciliares (en el eje de los cilios)

4.        Centriolares (en cuerpos basales y centríolos)

Los microtúbulos citoplasmáticos son necesarios como vías de transporte de macromoléculas y organoides (vesículas, mitocondrias, etc.), intervienen dos proteínas motoras quinesina y dineína.

También establecen la forma celular. En las neuronas se hallan en las dendritas y en el axón, donde son esenciales para el crecimiento de éste último, que depende del alargamiento de sus microtúbulos. Este alargamiento es dependiente de la proteína motora dinamina, que provoca el deslizamiento de los microtúbulos, unos sobre otros.

En las neuronas se ha descubierto una proteína reguladora, denominada tau, que estabiliza los microtúbulos. En la enfermedad de Alzheimer, caracterizada por el deterioro neuronal progresivo, esta alterado el funcionamiento normal de esta proteína y por lo tanto se ve incrementada la inestabilidad de los microtúbulos imposibilitando el transporte axónico.

Los microtúbulos mitóticos movilizan los cromosomas durante la mitosis y la meiosis.

Los microtúbulos de cilias y flagelos crecen a partir de un cuerpo basal o cinetosoma que se encuentra por debajo de la membrana plasmática.

Filamentos intermedios

Proveen fuerza de tensión (resistencia mecánica) a la célula. Según el tipo celular varían sus proteínas constitutivas. Podemos decir que existen seis tipos de filamentos intermedios:

1)                    Neurofilamentos (en la mayoría de las neuronas).

2)                   Filamentos de desmina, en el músculo.

3)                   Filamentos gliales, en las células del mismo nombre, que sirven de soporte en el cerebro, médula espinal y sistema nervioso periférico.

4)                   Filamentos de vimentina en células del tejido conjuntivo y en los vasos sanguíneos.

5)                   Queratinas epiteliales, (o filamentos de queratina o también llamados tonofilamentos), en células epiteliales.

6)                   Laminofilamentos, forman la lámina nuclear, una delgada malla de filamentos intermedios sobre la superficie interna de la envoltura nuclear. Son los únicos que no se encuentran en el citoplasma.

Motilidad y movimiento celular

La motilidad y movimiento celular se logra por medio de cilias y flagelos.

Los cilios son apéndices delgados, que surgen de la superficie de distintos tipos celulares. Los cilios de mayor longitud se llaman flagelos. Las estructuras ciliares se encuentran en epitelios especializados en eucariontes. Por ejemplo, las cilias barren los fluidos sobre células estacionarias en el epitelio de la tráquea y tubos del oviducto femenino (trompas de Falopio).

Los flagelos, son importantes para el movimiento celular. Son más largos que las cilias pero sus estructuras internas de microtúbulos son similares. Los flagelos procarióticos y eucarióticos poseen estructuras muy diferentes.

La célula en movimiento puede tomar también un aspecto poligonal por modificaciones en los filamentos de actina corticales, formándose láminas citoplasmáticas, llamadas lamelipodios con prolongaciones denominadas filopodios.

Los axones crecen en su extremo distal por una especialización, llamada cono de crecimiento que responde a estímulos físicos y químicos.

Movimiento de organelos internos

Anteriormente hemos mencionado que el citoesqueleto actúa como un andamiaje sobre el cual, con la ayuda de las proteínas accesorias (como por ejemplo las proteínas motoras) es posible mover organelas, cromosomas, provocar flujos citoplasmáticos y lograr la división celular (citocinesis).

Para tener una visión más precisa de estos y otros fenómenos celulares veremos cómo actúan las proteínas accesorias motoras.

Las proteínas accesorias motoras, son motores proteicos que ligan dos moléculas y que utilizando ATP, provocan el desplazamiento de una molécula con respecto a la otra. Estas proteínas tienen un extremo motor que unen al citoesqueleto (microtúbulos y actina) y por el extremo ligante pueden unirse a diferentes tipos de estructuras moleculares, como por ejemplo organelas, vesículas u otras proteínas del citoesqueleto.

Ejemplos de proteínas motoras:

Ø                     Miosina que se une a actina

Ø                     Quinesina o Kinesina que se une a microtúbulos

Ø                     Dineína que se une a microtúbulos

MATRIZ EXTRACELULAR

Bajo el nombre de matriz extracelular (MEC) se agrupan los elementos intercelulares presentes en los organismos pluricelulares. La composición de la MEC es única para cada tipo de tejido.

La MEC es un medio dinámico que juega un rol central en la regulación de las funciones celulares durante la remodelación y el crecimiento celular normal y patológico, como en el desarrollo embrionario y toda una serie de procesos que acontecen en el organismo adulto por ejemplo, la coagulación sanguínea, la curación de heridas, la inflamación, la reparación de tejidos dañados, y la erradicación de infecciones. Paradójicamente, la adhesividad a la MEC puede facilitar también, la aparición de artritis reumatoide, ataques cardíacos, los accidentes cerebro vasculares (ACV), la invasión tumoral y la metástasis.

Las células del cuerpo se mantienen pegadas unas a otras y a un material cohesivo extracelular (la MEC), que las circunda. Esta cohesión es esencial para la supervivencia, ya que mantiene unidos a los tejidos. Las células normales no logran sobrevivir si no están adheridas a algún tipo de sustrato o entre ellas.

Los componentes de la MEC pueden clasificarse en fluidos y fibrosos. Los componentes fluidos son los glicosaminglicanos (polisacárido) y proteoglicanos (glicoproteína). Por otro lado, los componentes fibrosos se dividen en proteínas estructurales (colágenos) y proteínas adhesivas (fibronectina, laminina).

Componentes Fluidos

La MEC posee glicosaminoglicanos, un heteropolisacárido que se hallan asociados entre sí o a glicoproteínas llamadas proteoglicanos.

Los glicosaminoglicanos y los proteoglicanos se asocian entre sí formando agregados moleculares de gran tamaño. Estos agregados tienen un papel estructural debido a que presentan excelente resistencia mecánica a los golpes debido a sus propiedades viscoso elásticas.

Todos los glicosaminoglicanos, son moléculas ácidas con numerosas cargas negativas. Además, todos los glicosaminoglicanos, excepto el ácido hialurónico, poseen grupos sulfatos (también un grupo ácido). Por lo tanto podemos decir que el carácter ácido de los proteoglicanos y los glicosaminoglicanos, los conduce a fijar cationes (Na+, K+), en consecuencia constituyen una reserva de estos. Por otra parte los cationes están rodeados de agua, esto aumenta el volumen de la MEC. Debido a que los proteoglicanos retienen agua, son directamente responsables del grado de hidratación de la matriz extracelular.

Componentes Fibrosos

Colágeno

Es un grupo de glucoproteínas fibrilares presentes en los tejidos conjuntivos. Existen varios tipos que se denominan con números romanas.

Principales tipos de colágenos:

Ø                     Tipo I: presente en la dermis, los huesos y en los tendones.

Ø                     Tipo II: presente en el cartílago.

Ø                     Tipo III: existe en la dermis

Ø                     Tipo IV: se encuentra en la membrana basal

La subunidad de colágeno, se llama tropocolágeno (tropos, en griego significa bastoncito). Está formado por tres cadenas polipeptídicas de 1050 aminoácidos cada una. Uno de cada tres aminoácidos es una glicina, seguido muy probablemente de una prolina o hidroxiprolina.

Proteínas adhesivas: Fibronectina y Laminina

La fibronectina,  Esta importante proteína adhesiva, cumple funciones que involucran procesos de adhesión, como la migración y la invasión celular. ejemplo uniéndose al fibrinógeno/fibrina (coagulación sanguínea).

La laminina es una glicoproteina de adhesión que se encuentran en todas las membranas basales (se encuentra asociada al colágeno IV). La laminina cumple una función estructural muy importante. Participa en la migración, proliferación y diferenciación celular.

Es la primera proteína adhesiva que aparece en la MEC, durante el desarrollo embrionario.

Receptores de la matriz extracelular y moléculas de adhesión celular (MAC)

Son glicoproteínas transmembranosas que intervienen en el reconocimiento y la adhesión celular. Las moléculas de Adhesión se encuentran en la superficie celular y solo se unen a moléculas idénticas a ellas mismas (uniones homófilicas). Mediante las MAC (o CAM en inglés) la célula migratoria busca una célula del mismo tipo, para formar un tejido.

Los receptores de la matriz extracelular, las integrinas forman parte de los denominados contactos focales. La integrina por sus dominios extracelulares se une a las fibras de colágeno a través de una proteína adhesiva, la fibronectina o laminina. Por sus dominios intracelular se une a los filamentos de actina a través de un conjunto de proteínas ligadoras, como la talina, vinculina, paxilina y a-actinina. La unión de las integrinas es dependiente de calcio y magnesio.

Degradación y recambio de la matriz extracelular (MEC)

La degradación de la matriz extracelular y su recambio son importantes procesos en la remodelación de tejidos durante el desarrollo, curación de heridas, necrosis tumoral e inflamación. Factores clave del recambio de la matriz extracelular son las metaloproteasas de la matriz (MPM) y sus inhibidores. Estas moléculas degradan las moléculas de la matriz extracelular, proteoglicanos, glicoproteínas y varios tipos de colágenos. Las metaloproteasas son secretadas por las células en una forma inactiva (prometaloproteasa), activándose luego en la matriz, por una cascada de metaloproteasas.

Miniglosario:

Tejido conjuntivo: Constituye el compartimiento extracelular o matriz extracelular, en el que se encuentran sumergidas fibras y células especializadas. Las moléculas que se encuentran en esta matriz son sintetizadas en el interior celular. Este compartimiento, es muy importante pues constituye del 15-20 % del volumen del organismo según las especies.

Lamina o membrana basal: Se denomina membrana basal a una formación de membrana constituida por moléculas que pertenecen al tejido conjuntivo y que sostienen los epitelios y los endotelios. Esta membrana no es de naturaleza fosfolipídica sino glucoproteica.

MEMBRANA PLASMATICA

MEMBRANA PLASMÁTICA

Introducción

Las células están separadas del medio que las rodea por una delgada lámina denominada membrana plasmática, que define los límites de las mismas.

Hace 3700 millones de años, la formación espontánea de una estructura similar a la membrana plasmática de las células actuales permitió aparición de los primeros seres vivos. Sin esta barrera protectora, las células estarían expuestas a los rigores del mundo externo, no podrían regular su medio interno y, en consecuencia, no serian viables. La membrana plasmática no aísla a la célula completamente sino que constituye una barrera altamente selectiva, que tiene la propiedad de regular el intercambio de materiales entre la célula y el medio que la rodea.

La membrana es una estructura muy delgada: sólo tiene un espesor de 6 a 10 nm (1nm=10^-9m). Por lo tanto, se necesitarían mil membranas plasmáticas apiladas, una sobre otra, para igualar el espesor de una hoja de papel. Precisamente debido a su delgadez, cuando se examina una célula al microscopio óptico convencional, puede observarse sin dificultad el interior de la misma; en el mejor de los casos podrá apreciarse el contorno de la membrana, pero nunca podrá distinguirse su ultraestructura. Recién las primeras microfotografías al microscopio electrónico demostraron que la ultraestructura las membranas era siempre la misma. Esta estructura se denominó unidad de membrana y la misma no sólo es válida para la membrana plasmática, sino para casi todas las membranas celulares.

FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

Como ya se mencionó, las membranas no son simples barreras sino que:

·  Definen la extensión de la célula y establecen sus límites.

·  Constituyen barreras selectivamente permeables, dado que impiden el intercambio indiscriminado de sustancias entre el citoplasma y el medio extracelular. La membrana plasmática, gracias a sus propiedades fisicoquímicas, está capacitada para transportar de un lado a otro determinados solutos, macromoléculas y complejos macromoleculares. Sin embargo, hay moléculas, que a pesar de ser toxicas para la célula, pueden ingresar sin dificultad a la misma a través de la membrana. Un ejemplo seria el CO (monóxido de carbono).

·  Controlan las interacciones de la célula con el medio extracelular (tanto con la matriz extracelular como con otras células vecinas). Permite a las células reconocerse, adherirse entre sí cuando sea necesario e intercambiar materiales e información.

·  Intervienen en las respuestas a señales externas a la célula. La membrana posee receptores, que son moléculas o conjuntos de moléculas, capaces de reconocer y responder a señales provenientes del medio extracelular portando información específica. Cuando dichas señales llegan hasta la membrana plasmática, se desencadenan señales internas en la célula, tanto activadoras como inhibitorias de distintos procesos celulares. Como ejemplos de estas señales externas podemos citar a los factores de crecimiento que favorecen la división celular.

Singer y Nicholson propusieron en 1972 un modelo estructural para las membranas al cual denominaron modelo del mosaico fluido. De acuerdo al mismo las membranas son “disoluciones bidimensionales de lípidos y proteínas.” Según este modelo, la estructura de la membrana sería una delgada lámina formada por dos capas superpuestas de lípidos (también llamadas hemimembranas), con la fluidez propia de los aceites, en la cual se encuentran insertadas proteínas. Esto le confiere el aspecto de un “mosaico”.

Esquema del "Modelo del mosaico fluido" de las membranas

Las membranas no son estructuras estáticas ni rígidas. Están formadas por un conjunto de moléculas hidrofóbicas e hidrofílicas que se mantienen unidas por enlaces, en general, no covalentes. Una de las principales características de las membranas biológicas es su alto grado de fluidez. Esto implica que sus lípidos y proteínas pueden desplazarse libremente en todas las direcciones, pero siempre sobre el plano de la membrana. De allí entonces la denominación de “mosaico fluido”; a esta propiedad también se la conoce como difusión lateral.

Las membranas también presentan glúcidos unidos por enlaces covalentes a lípidos y proteínas. Esto da lugar a los llamados glucolípidos y glucoproteínas, respectivamente.

Estas membranas carecen de resistencia mecánica y en muchas células, como en el caso de hongos, bacterias y plantas están reforzadas por paredes celulares.

1. COMPOSICIÓN DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS

Todas las membranas biológicas de los seres vivos, tanto la membrana plasmática, como las de las organelas, están formadas por:

A.   Lípidos.     B.    Proteínas       C.    Glúcidos

La proporción de cada uno de estos componentes varía de acuerdo a la función que realiza cada tipo de membrana. Por ejemplo, las membranas mitocondriales tienen una proporción muy elevada de proteínas.

A. Lípidos

La variedad de lípidos presentes en las membranas es muy amplia; sin embargo, todos poseen una característica en común: son moléculas anfipáticas. Esto significa que sus moléculas contienen una zona hidrofílica o polar y una hidrofóbica o no polar.

Hidrofóbica es aquella sustancia que es repelida por el agua o que no se pueden mezclar con ella. Ejemplos de hidrófobos son los aceites.
Hidrofílica es el comportamiento de toda molécula que tiene afinidad por el agua.                                                                                                                  Anfipaticos son sustancias simultáneamente hidrofílicos e hidrofóbicos.                              Los fosfolípido, posee una "cabeza" polar, hidrofílica y dos "colas" no polares, hidrofóbicas.

Los fosfolípidos son los lípidos más abundantes en las membranas. Debido a su carácter anfipático, los fosfolípidos, en un medio acuoso se organizan espontáneamente conformando la denominada bicapa lipídica. Las cabezas polares están orientadas hacia el medio acuoso (intra y extracelular) y las colas hidrofóbicas hacia el medio lipídico, es decir, al interior de la bicapa, constituyendo la matriz de la membrana. A su vez, estas bicapas tienden a cerrarse espontáneamente sobre sí mismas formando vesículas, es decir, compartimientos cerrados en toda su extensión tridimensional, similares a una esfera.

Esquema de un fosfolípido

Corte esquemático de una vesícula de fosfolípidos

La bicapa de fosfolípidos funciona principalmente como armazón estructural de la membrana y como barrera que impide el pasaje de sustancias hidrosolubles a través de la misma; esto último es debido al carácter fuertemente hidrofóbico de la matriz de la membrana.

Los fosfolípidos más frecuentes de las membranas son la fosfatidiletanolamina, la fosfatidilcolina, la fosfatidilserina y la esfingomielina.

 La estabilidad de las bicapas lipídicas esta dada por:

• interacciones hidrofóbicas entre las colas hidrocarbonadas.
• fuerzas de van der Waals entre las colas hidrofóbicas.
• fuerzas electrostáticas y puentes hidrogeno entre las cabezas polares de los lípidos, ya sea entre ellos mismos y con las moléculas de agua de los medios extra e intracelular.

Como se notará todas estas son uniones débiles (no covalentes) y le confieren simultáneamente estabilidad y fluidez a la membrana.

Las cadenas hidrocarbonadas de los ácidos grasos que forman parte los fosfolípidos (también denominadas “colas” o grupos acilo), pueden presentarse:

• saturados (sin dobles enlaces)
• monoinsaturados (con un único doble enlace)
• poliinsaturados (más de un doble enlace)

El colesterol es un esteroide que se encuentra en un alto porcentaje en la membrana plasmática de las células animales. Su concentración varía mucho de un tipo de membrana a otro; en animales hay membranas donde el colesterol constituye hasta el 50% del total de los lípidos. Contrariamente, la mayoría de las células vegetales y bacterianas carecen de colesterol.

El colesterol, al ser también una molécula anfipática, presenta una orientación similar a la de los fosfolípidos: el grupo hidroxilo (polar) se orienta hacia el exterior de la bicapa y el sector hidrofóbico hacia el interior de la misma.

                                                             

Las funciones del colesterol se pueden resumir de la siguiente manera:

• Inmoviliza los primeros carbonos de las cadenas hidrocarbonadas. Esto hace a la membrana menos deformable y menos fluida, es decir, la estabiliza. Sin colesterol, la membrana necesitaría de una pared celular que le otorgue contención mecánica.
• Previene el compactamiento de las cadenas hidrocarbonadas a bajas temperaturas, ya que evita que las colas se junten y se “cristalicen” (adopten una estructura muy compacta).

B. Proteínas 

Mientras que los lípidos ejercen principalmente una función estructural, las proteínas no sólo desempeñan un rol estructural sino que además son las responsables de las funciones específicas de las membranas biológicas. Estas según su función pueden agruparse en:enzimáticas, de transporte, receptoras y de reconocimiento. Diferentes membranas tienen distinta proporción y composición de proteínas, de acuerdo a sus funciones. En otras palabras, son las proteínas las que le otorgan distintas funciones a las membranas. Estas en su mayoría son proteínas globulares.

Según su ubicación en la membrana se clasifican en:

-Proteínas intrínsecas, integrales o transmembrana: Pueden atravesar total o parcialmente la bicapa, asomando a una o ambas superficies de la misma. Únicamente pueden ser extraídas de la membrana por medio de detergentes que rompen la bicapa. Tienen un sector hidrofóbico, que es el que esta insertado en la membrana y una o dos regiones hidrofílicas, expuestas a los medios intra y extracelulares (ambos acuosos). De lo anterior se deduce que estas proteínas son moléculas anfipáticas. La porción que atraviesa la membrana  presenta una elevada porción de aminoácidos hidrofóbicos que interaccionan con las colas hidrocarbonadas de la matriz de la membrana. El sector proteico (también llamado dominio) expuesto a los medios acuosos suele tener estructura globular e interacciona con las cabezas polares de los fosfolípidos y con otras moléculas a través de uniones iónicas y puente de hidrógeno.

Dentro de las proteínas integrales encontramos:

• Proteínas monopaso: La proteína “atraviesa” una sola vez la membrana.
• Proteínas multipaso: La cadena polipeptídica atraviesa dos o más veces la bicapa lipídica. Por lo tanto, esta posee varias regiones hidrofóbicas insertadas en la matriz de la membrana alternada con sectores hidrofílicos que se exponen hacia los medios acuosos.                                                                                                                               

                                                 

Algunas proteínas multipaso atraviesan muchas veces la membrana y forman un cilindro hueco con un interior hidrofílico por el que pueden pasar moléculas pequeñas solubles en agua. Este es el principio de las proteínas canal que se analizaran más adelante.

Las proteínas integrales pueden difundir lateralmente y rotar sobre su propio eje. Las proteínas integrales suelen desplazarse acompañadas de los lípidos que las rodean ya que estos le ayudan a mantener su conformación.

Sin embargo, algunas proteínas integrales están ancladas a componentes del citoesqueleto y no pueden trasladarse. De esta manera intervienen en la morfología de la célula, por ejemplo alargada (o ahusada), cúbica, cilíndrica, etc.

-Proteínas extrínsecas o periféricas: Se encuentran sobre la cara externa o también interna de la membrana y pueden estar ligadas tanto a las proteínas integrales como a los fosfolípidos.

C. Hidratos de carbono

Las membranas celulares contienen entre un 2-10% de glúcidos. Estos se asocian covalentemente a los lípidos (glicolípidos) y a las proteínas (glicoproteínas).

Los glicolípidos (o glucolipidos) presentes en las membranas son los gangliósidos y cerebrósidos.       

Los gangliósidos se forman por la unión de un oligosacárido con la ceramida. La estructura de los cerebrósidos es similar, sólo que el hidrato de carbono no es uno oligosacárido sino una galactosa o una glucosa.

Los hidratos de carbono de los glucolípidos y las glucoproteínas, en su mayoría oligosacáridos, suelen ubicarse en la cara no citosólica de la membrana plasmática formando una estructura llamada glicocálix  cuyas funciones se pueden resumir de la siguiente manera:

· Proteger a la superficie de la célula de agresiones mecánicas o físicas. Como ejemplo podemos citar a las células situadas en la luz del intestino delgado que presentan un glicocálix muy pronunciado.

· Poseer muchas cargas negativas, que atraen cationes y agua del medido extracelular.

· Intervenir en el reconocimiento y adhesión celular. Actúan como una “huella dactilar” característica de cada célula, que permite distinguir lo propio de lo ajeno.

· Actuar como receptores de moléculas que provienen del medio extracelular y que traen determinada información para la célula, por ejemplo, receptores de hormonas y neurotransmisores.

Las diferencias entre los grupos sanguíneos se hallan determinadas por ciertos oligosacáridos muy cortos, presentes en las membranas plasmáticas de los glóbulos rojos o eritrocitos. Estos oligosacáridos sólo difieren en sus monómeros terminales y están ligados a una proteína transmembranosa o a una ceramida de la membrana plasmática. Por ejemplo, los eritrocitos pertenecientes al grupo sanguíneo A, presentan como monosacárido terminal una N-acetilgalactosamina y los del grupo B una galactosa. Cuando ambos monosacáridos terminales están ausentes estamos en presencia del grupo 0.

2. FLUIDEZ DE LA MEMBRANA

Como ya se mencionó, las membranas son estructuras dinámicas donde los componentes pueden desplazarse en todas las direcciones sobre el plano de la bicapa. De ahí que el modelo reciba el nombre de mosaico fluido.

Movimientos de los fosfolípidos en una bicapa liplídica

2.1. MOVILIDAD DE LOS COMPONENTES DE LAS MEMBRANAS

Existen tres tipos de movimientos posibles en las membranas:

• rotación (sobre su propio eje)
• traslación (o difusión lateral) sobre el plano de la membrana.
• flip-flop

El movimiento de flip-flop es el intercambio de fosfolípidos de una monocapa (o hemimembrana) a la otra; está sumamente restringido, debido a la dificultad que posee la cabeza polar para atravesar el medio hidrofóbico de la matriz de la membrana. De allí que no sea un movimiento que ocurra de manera espontánea sino que está mediado por enzimas denominadas flipasas.

Tanto los movimientos de difusión lateral como el de rotación se llevan a cabo sobre la misma hemimembrana de la bicapa lipídica.

EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA FLUIDEZ

El ascenso de la temperatura aumenta la energía cinética entre las moléculas y, por lo tanto, el movimiento de las colas hidrocarbonadas. Esto lleva a una disminución de las interacciones atractivas entre los mismos y a un aumento de los movimientos de rotación y de difusión lateral. Por el contrario, una disminución de la temperatura vuelve más rígida a la membrana ya “empaqueta” las colas hidrofóbicas de los fosfolípidos e impide sus movimientos. Si la temperatura desciende significativamente, la membrana puede llegar a “cristalizarse”, con la pérdida consiguiente de muchas funciones vitales de la membrana.

Los organismos que habitan regiones donde hay grandes amplitudes térmicas estacionales varían la composición de los fosfolípidos de sus membranas en forma periódica, asegurando así una fluidez más o menos constante durante todo el año. Por otra parte, organismos que habitan ambientes extremos poseen composiciones fosfolipídicas muy particulares en sus membranas, por ejemplo, los que viven a temperaturas inferiores a los 0ºC tienen membranas muy ricas en lípidos poliinsaturados.

4. FUSIÓN DE MEMBRANAS

Las membranas tienen una elevada capacidad para fusionarse entre sí. Por ejemplo, cuando una vesícula se aproxima a la membrana plasmática, a una cisterna o, inclusive, a otra vesícula, al entrar en contacto ambas superficies, las dos membranas se fusionan, constituyendo a partir de ese momento una sola membrana. Este fenómeno explica el tránsito de sustancias desde un compartimiento celular a otro, y desde las endomembranas a la membrana plasmática. Este es el principio en el que se basa la administración de fármacos vehiculizadas dentro de liposomas, que son vesículas fosfolipídicas artificiales que contienen alguna droga de interés terapéutico. Cuando el liposoma se aproxima a la célula blanco (o target), la membrana del liposoma se fusiona con la membrana plasmática liberando su contenido directamente en el citoplasma de la célula. Este fenómeno permite que el contenido del liposoma sólo sea captado por ciertos tipos celulares y no por otros. Técnicas basadas en esta propiedad de las membranas se utilizan, por ejemplo, para combatir células tumorales.

5. PERMEABILIDAD DE LAS MEMBRANAS CELULARES

Como ya se ha mencionado la membrana plasmática es una barrera con permeabilidad selectiva que regula el intercambio de sustancias entre el citoplasma y el medio extracelular. Sus propiedades aseguran que las sustancias esenciales, como la glucosa, los aminoácidos y los lípidos entren a la célula fácilmente, que los intermediarios metabólicos permanezcan en la célula y que los productos de desecho, como la urea, abandonen la misma. Todo esto permite a la célula mantener el medio interno relativamente constante. La membrana, debido a sus características hidrofóbicas, es impermeable a la mayor parte de las moléculas hidrosolubles, como la glucosa, los aminoácidos y los iones en general. En cambio, las moléculas hidrofóbicas, siempre y cuando su tamaño no sea demasiado grande, pueden atravesarla fácilmente.

únicamente atravesarán la membrana las moléculas no polares y pequeñas como el O₂, CO₂, N₂ e incluso el CO (tóxico), compuestos liposolubles como los ácidos grasos y esteroides y, además, a pesar de ser moléculas polares, el glicerol, la urea y el agua. El resto de las moléculas se transfiere de un lado a otro de la membrana gracias a proteínas integrales que actúan como transportadores; sin estas transportadoras dichas moléculas no pueden difundir a través de las membranas.