La Membrana Plasmática: Un Orgánulo Fundamental

La membrana plasmática es una estructura fundamental de la célula. Invisible al microscopio óptico, su presencia solo se intuía hasta la llegada de tecnologías más avanzadas, ya que su grosor es de apenas 7,5 nm.

Composición de la Membrana Plasmática

La composición en masa de la membrana es aproximadamente:

• Proteínas: 50%
• Lípidos: 40-50%
• Glúcidos: Menos del 8%

Proteínas de Membrana

Las proteínas pueden ser integrales o periféricas, desempeñando roles cruciales.

• Proteínas integrales o intrínsecas: Están fuertemente asociadas a la membrana mediante enlaces hidrofóbicos, incrustadas en la bicapa lipídica. Su extracción requiere la destrucción de la membrana. Algunas, conocidas como proteínas transmembrana, atraviesan completamente la bicapa, comunicando el exterior con el interior celular. En la cara externa, pueden unirse a glúcidos para formar glucoproteínas. Sus funciones incluyen:
  • Recepción de señales o estímulos.
  • Defensa.
  • Transporte de sustancias (permeasas o proteínas de canal).
  • Sistemas enzimáticos.
• Proteínas periféricas: Se unen a la membrana mediante enlaces más débiles, generalmente iónicos, en la cara interna. Pueden separarse sin romper la bicapa. Son menos abundantes que las integrales y suelen tener actividad enzimática, desencadenando reacciones en el interior para generar una respuesta celular.

Lípidos de Membrana

Los lípidos son el componente estructural básico de la membrana.

• Fosfolípidos: Son los más abundantes y forman la bicapa lipídica, lo que los hace imprescindibles. La mayoría son fosfoglicéridos. Su estructura anfipática organiza la membrana: la parte hidrófila (cabeza polar) se orienta hacia el medio acuoso externo e interno, mientras que la parte hidrófoba (colas apolares) se orienta hacia el interior de la bicapa.
• Glucolípidos: Se forman por la asociación de lípidos (esfingolípidos) con oligosacáridos de 8-10 unidades. Se encuentran exclusivamente en la cara externa de la membrana.
• Colesterol: Se intercala entre los fosfolípidos, aportando estabilidad a la membrana y regulando su fluidez.

Glúcidos de Membrana

Los glúcidos, mayoritariamente oligosacáridos, se localizan en la cara externa, asociados a proteínas (glucoproteínas) o a lípidos (glucolípidos). Cuando son muy abundantes, forman una cubierta llamada glucocálix, aunque nunca superan el 8% de la composición total. Su función principal es la recepción de señales y el reconocimiento y defensa celular.

Modelo Estructural: El Mosaico Fluido

El primer modelo propuesto, basado en las observaciones iniciales con el microscopio electrónico, fue el modelo de sándwich de Davson y Danielli. Este modelo interpretaba las partes oscuras observadas como capas proteicas polares y la parte clara central como una banda lipídica apolar. Sin embargo, este modelo implicaba una simetría que no se correspondía con las complejas funciones que más tarde se atribuyeron a la membrana, inicialmente considerada una simple barrera de contención.

En 1972, Singer y Nicholson propusieron el modelo actual: el modelo del mosaico fluido. Este modelo describe la membrana como una doble capa lipídica en la que las proteínas se intercalan o dispersan, como un mosaico. Pone de manifiesto características clave como la asimetría electroquímica, la fluidez (no rigidez) y el comportamiento diferenciado de sus dos caras.

Esta asimetría se refleja en la composición y en el comportamiento eléctrico. La cara externa presenta una predominancia de carga positiva, mientras que la interna es negativa. En el exterior abundan los cationes de sodio (Na+), a los que la membrana es bastante impermeable, mientras que en el interior se encuentran aniones orgánicos y cationes de potasio (K+).

Esta distribución de cargas genera una diferencia de potencial de reposo en la membrana. Es decir, en reposo, la membrana está polarizada. Al recibir una señal (por ejemplo, un impulso nervioso), se despolariza, creando un potencial generador. Esto ocurre porque una proteína de canal cambia su conformación y se vuelve temporalmente permeable a los iones Na+, permitiendo su entrada masiva y alterando la distribución de cargas. Mientras está despolarizada, la célula no puede recibir otras señales.

Para regresar al estado polarizado, la célula primero bombea potasio hacia fuera para repeler al sodio. Sin embargo, para restablecer completamente la situación original, es necesario expulsar el sodio y reintroducir el potasio. Este proceso requiere un gasto de energía (ATP) y es llevado a cabo por un sistema multienzimático llamado bomba de sodio-potasio, un claro ejemplo de transporte activo.

Funciones de la Membrana Plasmática

• Aislamiento y compartimentación: Separa el medio interno celular del externo, creando un entorno controlado indispensable para un metabolismo eficaz.
• Interacción con el medio: Permite la percepción de estímulos (térmicos, químicos, nerviosos) y la emisión de respuestas. Los receptores proteicos captan señales específicas, y la fluidez de la membrana facilita respuestas como el movimiento o la excreción.
• Identificación y reconocimiento celular: El glucocálix actúa como una «huella dactilar» celular, permitiendo al sistema inmunitario reconocer las células propias y distinguirlas de las ajenas o alteradas (intrusos, células cancerosas).
• Defensa: Algunas proteínas de membrana, como las inmunoglobulinas en los linfocitos B, actúan como anticuerpos, reconociendo, marcando y ayudando a destruir antígenos.
• Actividad enzimática: Alberga sistemas enzimáticos y complejos multienzimáticos que catalizan reacciones y transmiten señales hacia el interior o el exterior de la célula.
• Control del transporte de sustancias: Actúa como una barrera con permeabilidad selectiva, regulando de forma precisa qué sustancias entran y salen de la célula.

Transporte de Sustancias a Través de la Membrana

Transporte de Moléculas Pequeñas

• Transporte pasivo: No requiere gasto de energía (ATP), ya que ocurre a favor de gradiente (de concentración, osmótico o electroquímico).
  • Difusión simple: Para moléculas pequeñas y sin carga (apolares), como el agua, que atraviesan directamente la bicapa lipídica.
  • Difusión facilitada: Requiere la intervención de proteínas transmembrana (proteínas de canal o permeasas) que crean canales para el paso de iones o moléculas específicas.
• Transporte activo: Requiere un gasto de energía (ATP) porque se realiza en contra de gradiente. Un ejemplo clave son las bombas de iones, como la bomba de sodio-potasio.

Transporte de Macromoléculas y Partículas

Este tipo de transporte implica la deformación de la membrana y la formación de vesículas.

• Endocitosis: Proceso de incorporación de sustancias al interior celular. La membrana se pliega hacia dentro (invaginación) para formar una vesícula que engloba el material.
  • Fagocitosis: Incorporación de partículas sólidas.
  • Pinocitosis: Incorporación de sustancias líquidas.
• Exocitosis: Proceso de expulsión de sustancias. Las vesículas excretoras se fusionan con la membrana plasmática desde el interior y liberan su contenido al exterior (evaginación). Se habla de secreción si se liberan sustancias útiles (hormonas, enzimas) y de excreción si son productos de desecho.