BLOQUE 6: MEMBRANA CELULAR

1. Teoría Celular

En 1665, Robert Hooke acuñó el nombre de célula a las celdillas que observó en el corcho. Para ello empleó un microscopio rudimentario. En 1667 Anton Van Leeuwenhoek elaboró unas lentes de aumento, siendo el primero en observar los glóbulos rojos, los espermatozoides y los protozoos (Animálculos). En 1838 Schleiden y Schwann enunciaron el postulado básico de la teoría celular: Todos los tejidos vegetales y animales están compuestos por una o más células, unidades básicas de todos los organismos. En 1855 Virchow estableció que todas las células procedían de otras células.

1.1 Teoría Celular. Puntos

• Todos los organismos vivos están compuestos por células.
• La célula es la unidad estructural y fisiológica de los seres vivos.
• La célula constituye la unidad básica de la reproducción.
• La célula es la unidad de vida independiente más elemental.

1.2 Teoría de la endosimbiosis

Explica la evolución de las células eucariotas a partir de diferentes uniones endosimbióticas de procariotas. Ocurre a partir de una célula ancestral procariota heterótrofa anaerobia. Se fueron uniendo mediante fagocitosis otras células. Así por ejemplo:

• Mitocondrias: Provienen de procariotas aerobias.
• Cloroplastos: Algas unicelulares cianofíceas
• Flagelos/Cilios: Bacterias espiroquetas.

1.3 Microscopía. Tipos

• Microscopía óptica: Se observa la estructura celular y el interior celular. Formados por lentes oculares. Es estimulado por un haz de luz visible. Su poder de resolución mínimo es de 200 nm (0,2 µm) y el máximo de 300 nm (0,3 µm). Ampliación: 1000 aumentos o 1400 con aceite de inmersión.
• Microscopía electrónica: Se utilizan para observar superficies celulares y células por completo. Virus y bacteriófagos. Se visualizan las imágenes en una pantalla. Utilizan un haz de electrones. Ampliación: 250.000 aumentos. Poder de resolución: A partir de 0,3 nm. Distinguimos la microscopía electrónica de transmisión y de barrido.

2. Membrana plasmática

2.1 Características

• Presenta un espesor de 7,5 nm.
• Presenta una estructura trilaminar (Cabeza fosfolípidos – Colas fosfolípidos – Cabeza fosfolípidos).
• Es asimétrica, distinta composición en la cara externa, que en la capa interna.
• Los principales componentes son los lípidos (fosfolípidos, glucolípidos, esteroides) y las proteínas (transmembranales y periféricas).
• Su estructura se explica con el modelo de Mosaico Fluido.

2.2 Modelo Mosaico Fluido (Singer y Nicholson) 1972

• La membrana plasmática tiene composición asimétrica.
• No es rígida, sino fluida, debido a los siguientes factores:
  • Colesterol: Mayor cantidad menor fluidez.
  • Longitud ácidos grasos: Menos fluidez, con mayor longitud.
  • Saturación ácidos grasos: Disminuye la fluidez cuanto mayor es el grado de saturación.
  • Temperatura: La fluidez disminuye cuando aumenta la temperatura.

3. Funciones de la membrana celular

Además de las básicas como separar el citoplasma y los orgánulos del medio externo, distinguimos las siguientes:

• Protección de la célula.
• Reconocimiento celular.
• En células animales, interviene en la división celular.
• Transporte de sustancias entre el medio intracelular y extracelular.
• Unión de sustancias externas que desencadenan reacciones en el interior celular.

4. Transporte de moléculas

Las membranas son semipermeables. Permiten el paso de unas moléculas o iones y restringen el paso de otras.

• Moléculas apolares de pequeño tamaño como el oxígeno, polares sin carga como H₂O o CO₂, o solubles en lípidos (ácidos grasos y alcoholes) pueden atravesar la membrana libremente.
• Moléculas con carga, como ácidos orgánicos, aminoácidos y otros iones (H, Na, Cl, K) no pueden atravesar la membrana. Según el gasto energético que requieren las proteínas transportadoras distinguimos dos transportes.

4.1 Transporte pasivo

Transporte de sustancias a favor de gradiente, ya sea gradiente de concentración o gradiente de carga, no requiere gasto energético. Sin gasto de ATP.

• Difusión simple: Las moléculas atraviesan directamente la membrana (O, N, CO₂).
• Difusión facilitada: Moléculas grandes o iones pasan a favor de gradiente a través de proteínas transmembranales. De canal o canales membranosos: No sufren cambios. Las transportadoras o Permeasas: Experimentan cambios.

Dentro de la difusión facilitada, distinguimos dos modalidades:

• Uniporte: Se transporta solo una sustancia.
• Contransporte: Se transportan dos sustancias simultáneamente. Si se transportan hacia el mismo lado se habla de simporte, y en sentidos opuestos, antiporte.

Las proteínas transportadas presentan alta especificidad. El ligando, se une a sitios específicos en el exterior (estado pong) y se produce un cambio conformacional (estado ping) Haciendo que el lugar donde se une el ligando, pase a estar expuesto al interior celular.

4.2 Transporte activo

• Transporte de sustancias en contra de gradiente de concentración o electroquímico.
• Se requiere un gasto energético en forma de ATP.

4.2.1 Transporte activo directo

La proteína transportada puede estar directamente acoplada a una ATPasa (aporte directo de energía).

4.2.2 Transporte activo indirecto

La proteína transportadora puede transportar una molécula en contra de gradiente y otra molécula a favor de gradiente (simporte o antiporte).

4.2.3 ATPasa de membranas

Proteínas transmembranales con distinta configuración a ambos lados de la membrana. Ejemplo: Bomba de Na/K.

5. Endocitosis

Implica el paso de sustancias hacia el interior. Junto a la exocitosis, permiten el tránsito de macromoléculas de mayor tamaño a través de la célula, gracias a un gasto energético.

5.1 Proceso

La membrana plasmática de la célula se invagina y engloba partículas del exterior. De esta manera, forma una vesícula que pasa al interior celular.

• La endocitosis puede ser simple, o mediada por receptor.

Una vez dentro, las vesículas pueden seguir dos caminos:

• Fusión con lisosomas primarios para formar vacuolas digestivas, o el tránsito intracelular de sustancias desde un punto a otro de la célula.

5.2 Endocitosis mediada por receptor

Los receptores están en la cara externa, mientras que en la cara interna se encuentra la clatrina. Una proteína generada por los ribosomas del citosol, libre en el citoplasma. Estas favorecen la formación de vesículas endocíticas.

5.3 Tipos de endocitosis

Según el tamaño y naturaleza de las partículas distinguimos dos tipos:

• Pinocitosis: Ingestión de líquidos o partículas pequeñas, mediante la formación de pequeñas vesículas visibles al microscopio electrónico.
• Fagocitosis: Ingestión de partículas de gran tamaño, organismos vivos o restos celulares, que forman grandes vesículas (vacuolas de fagocitosis (fagosomas)).

6. Exocitosis

Paso de sustancias y partículas desde el interior hacia el exterior celular. Proceso opuesto a la endocitosis.

• Implica la fusión con la membrana plasmática, de vesículas del citoplasma. Las vesículas de secreción son transportadas, y posteriormente se unen a la membrana.

6.1 Funciones celulares

• Estructural: Secreción de sustancias sintetizadas en el interior celular. Ejemplos: Formación del glicocálix, la matriz celular o la pared vegetal. Por otro lado la formación de caparazones o escamas.
• Funciones de relación: Intercambio de metabolitos o señales con otras células o con el medio.
• Funciones de excreción: Secreción de productos de desechos, producidos tras la digestión celular. Proceso común en protistas o macrófagos.

6.2 Tipos de secreción

• Constitutiva: Se realiza a partir de vesículas originadas en el sistema retículo endoplasmático-aparato de Golgi. Se lleva a cabo con sustancias de función estructural. Ejemplo: Renovación de la membrana plasmática.
• Regulada: Expulsión de hormonas, enzimas o neurotransmisores.

7. Diferenciaciones de membrana

La membrana se especializa para cumplir distintas funciones.

• Apicales: Microvellosidades y estereocilios.
• Basal: Invaginaciones.
• Lateral: Uniones intercelulares.

7.1 Microvellosidades

Expansiones pequeñas de la membrana plasmática. Células del intestino delgado.

7.2 Estereocilios

Prolongaciones de la membrana con fibras de actina. Células de la cóclea.

7.3 Uniones intracelulares

Tipo Gap. Formadas por proteínas.

En células animales: Desmosomas (células del miocardio).

En células vegetales: Plasmodesmos y punteaduras.