Explorando la Membrana Celular y Orgánulos: Composición, Estructura y Funciones Clave
LA MEMBRANA PLASMÁTICA
COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA MEMBRANA: Representa el límite entre el medio extracelular e intercelular. No es observable al microscopio óptico, pero sí con el microscopio electrónico de transmisión. Están compuestos por: LÍPIDOS: Las membranas biológicas de todas las células eucarióticas están constituidas por 3 tipos de lípidos: fosfolípidos, esfingolípidos y esteroles (entre ellos, el colesterol). Todos ellos poseen carácter anfipático y, por tanto, cuando se encuentran en un medio acuoso se orientan formando bicapas lipídicas. Estos lípidos se distribuyen en la membrana de una manera asimétrica.
MOVIMIENTOS QUE PUEDEN REALIZAR LOS LÍPIDOS
La membrana plasmática no es una estructura estática porque los lípidos tienen posibilidad de movimiento, lo que les proporciona fluidez o viscosidad.
Rotación: supone el giro de la moléc. en torno a su eje.
Difusión lateral
Flip-flop
La fluidez es una de las características más importantes de las membranas. Depende de factores como la temperatura, la naturaleza de los lípidos y la presencia del colesterol. De la fluidez dependen importantes funciones de la membrana: transporte, adhesión celular o la función inmunitaria.
PROTEÍNAS: confieren a la membrana sus funciones específicas. Como los lípidos, tienen un movimiento de difusión lateral y según el lugar que ocupan en la membrana se clasifican en:
PROTEÍNAS INTEGRALES: representan entre el 50% – 70% de todas las proteínas de membrana. Se encuentran unidas a la bicapa, atravesándola parcial o completamente y exponiendo dominios a uno o ambos lados de ella.
PROTEÍNAS PERIFÉRICAS: no atraviesan la bicapa y están situadas tanto en el exterior como en el interior.
GLÚCIDOS: están representados por oligosacáridos unidos covalentemente a las proteínas y lípidos, formando glicoproteínas y glicolípidos.
EL GLICOCÁLIX: es una envoltura celular formada por glucoproteínas localizada en la cara externa (solo) de la membrana plasmática de algunas células animales.
FUNCIONES DEL GLICOCÁLIX:
- Protege la superficie de las células de posibles lesiones.
- Se relaciona con las moléculas de la matriz extracelular.
- Presenta propiedades inmunitarias porque los glúcidos constituyentes del glicocálix de los eritrocitos representan a los antígenos de los grupos sanguíneos.
- Interviene en los fenómenos de reconocimiento celular.
- Contribuye al reconocimiento y la fijación de determinadas sustancias que la célula incorporará mediante fagocitosis o pinocitosis.
ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA
La estructura básica de la membrana plasmática es la misma para todas las células y orgánulos. En la actualidad, el modelo de estructura de la membrana más aceptado es el propuesto por Seymour, Singer y Nicolson (1972), denominado modelo del mosaico fluido que tiene las siguientes características:
- Considera la membrana como un mosaico fluido en el que la bicapa lipídica es la red cementante y las proteínas están embebidas en ella.
- Los lípidos y las proteínas se hallan dispuestos en mosaico
- Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución de todos sus componentes químicos: lípidos, proteínas y glúcidos.
FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA Y DEL RESTO DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS
1. Función de transporte: permite el transporte de sustancias (átomos y moléculas) a través de ellas. Actúa como una membrana semipermeable. La membrana plasmática tiene una permeabilidad selectiva, es decir, permite el paso de algunas sustancias, pero no de otras. La bicapa lipídica que forma parte de la membrana plasmática impide el paso de sustancias solubles en agua, así como la propia molécula de agua. Estas sustancias solubles en agua y las propias moléculas de agua tienen que pasar a través de las proteínas que hay en la membrana plasmática.
2. Reconocimiento de las células: Se realiza fundamentalmente entre los glucolípidos y las glucoproteínas que hay en la membrana plasmática de las células
3. Permite la unión entre células cercanas
4. Reconoce estímulos externos como por ejemplo las hormonas
TRANSPORTE PASIVO
Es el mecanismo mediante el cual se transportan a través de la membrana moléculas y átomos de escasa masa molecular y átomos a favor de gradiente y sin consumo de energía (ATP).
2 MECANISMOS DE TRANSPORTE PASIVO:
Difusión simple: gracias a este mecanismo, atraviesan la membrana sustancias solubles en ella, como O2, CO2, etanol, urea… deslizándose entre los fosfolípidos. Se trata de moléculas sin carga o con carga neta cero.
Difusión facilitada: requiere proteínas integrales de la membrana que permiten el paso de sustancias con carga eléctrica a favor del gradiente de concentración y que pueden ser de 2 tipos:
- Proteína canal: permiten el paso de pequeñas moléculas polares como los iones y el agua
- Proteínas transportadoras o carriers: se unen a la molécula que se va a transportar, y sufren cambios conformacionales que posibilitan la transferencia de un lado a otro de la membrana.
TRANSPORTE ACTIVO
Es el mecanismo mediante el cual se transportan pequeñas moléculas a través de la membrana plasmática en contra de gradiente, lo que requiere un aporte de energía (ATP).
BOMBA DE SODIO POTASIO (Na+ K+)
Es un complejo proteico que permite la salida de iones sodio (Na+) y la entrada iones potasio (K+). Por cada molécula de ATP que gasta esta bomba, 3 átomos de Na al exterior de la célula y dos átomos de K hacia el interior. El funcionamiento continuo de las bombas sodio-potasio que hay en la membrana de una célula lleva a que la cantidad de cargas positivas sea mayor en la parte externa de la célula y así la cara interna de la membrana plasmática queda cargada negativamente respecto a la cara externa de la membrana plasmática. Esto es lo que se conoce como potencial de membrana que es la diferencia de cargas eléctricas entre la cara externa y la cara interna de la membrana plasmática
ENDOCITOSIS
Mediante endocitos y exocitos, se transportan moléculas de elevada masa molecular y es necesario que se formen vesículas de membrana que se forman a partir de la membrana plasmática.
Para el transporte de moléculas de elevada masa molecular existen dos mecanismos principales: la endocitosis y la exocitosis. En ellos es fundamental el papel que desempeñan las llamadas vesículas de membrana.
La endocitosis es el proceso por el que la célula capta partículas del medio externo; lo hace mediante una invaginación de la membrana en la que se engloba la partícula para ingerir y se produce la estrangulación de la invaginación, originándose una vesícula que encierra el material ingerido.
SE DISTINGUEN DIFERENTES TIPOS DE ENDOCITOSIS:
Pinocitosis: es una endocitosis en la que se engloban líquidos
Fagocitosis: se engloban sustancias sólidas, pero también microorganismos y restos celulares
Endocitosis mediada por receptor: se engloban macromoléculas como el colesterol gracias a unos receptores que son un tipo de proteína especial llamada clatrina.
EXOCITOSIS
Es el mecanismo por el que las macromoléculas contenidas en vesículas citoplasmáticas son transportadas desde el interior celular hasta la membrana plasmática para ser vertidas al medio extracelular. Este vertido requiere que la membrana de la vesícula y la membrana plasmática se fusionen, generando un poro a través del cual se puede liberar el contenido de la vesícula citoplasmática.
Mediante este mecanismo, las células son capaces de eliminar sustancias sintetizadas por ellas mismas (secreción) o sustancias de desecho (excreción).
EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
Se trata de un sistema membranoso intracelular que se extiende entre las membranas plasmática y nuclear. Constituye más de la mitad del componente membranoso total de una célula.
En 1950 lo describieron tras estudiarlo con el microscopio electrónico, como una red membranosa citoplasmática constituida por dos compartimentos interconectados, pero con distinta función y composición química: el retículo endoplasmático rugoso (RER) y el retículo endoplasmático liso (REL)…
EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO RUGOSO
Se llama así porque lleva ribosomas adheridos a la cara citosólica:
Las funciones del RER:
- Síntesis y almacenamiento de proteínas: Las proteínas se sintetizan en los ribosomas que van adheridos a la cara citosólica del RER. Al mismo tiempo que se sintetizan, pueden quedarse en la membrana como proteínas transmembrana o pasar al lumen intermembranoso para ser exportadas a otros destinos, incluido el exterior celular.
- Glicosilación de las proteínas. La mayor parte de las proteínas sintetizadas y almacenadas en el RER, antes de ser transportadas a otros orgánulos citoplasmáticos, a la membrana plasmática o al exterior, deben ser glicosiladas para convertirse en glico-proteínas. Este proceso se realiza en el lumen del retículo
EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO es una red tubular constituida por finos túbulos cuyas membranas continúan en las del RER, pero sin llevar ribosomas adheridos.
Es particularmente abundante en las siguientes células:
- Células musculares estriadas, participa en la contracción muscular.
- Hepatocitos, interviene en la degradación de compuestos orgánicos.
Funciones particulares que este orgánulo desempeña:
- Síntesis de lípidos: en las membranas del REL. Se sintetizan los fosfolípidos, el colesterol y la mayoría de los lípidos de las nuevas membranas celulares.
- Contracción muscular: La liberación del calcio acumulado es indispensable para los procesos de contracción muscular.
- Degradación de sustancias nocivas: Consiste en la eliminación de todas aquellas sustancias que puedan resultar tóxicas. Se consideran sustancias tóxicas los pesticidas, determinados conservantes, los barbitúricos, algunos medicamentos… Las células implicadas en la desintoxicación pertenecen a órganos como la piel, el intestino, el pulmón, el hígado o el riñón.
- Liberación de glucosa: Permite que el glucógeno se rompa en moléculas de glucosa
EL APARATO DE GOLGI
Forma parte del sistema de endomembranas y se encuentra en todas las células eucariotas, excepto de los glóbulos rojos.
Este orgánulo está constituido por una o varias unidades morfofuncionales, los dictiosomas.
FUNCIONES DEL APARATO DE GOLGI:
- Mecanismo de transporte golgiano: las proteínas producidas por el RER salen en unas vesículas de transición, llegan a la cara proximal del aparato de Golgi y van pasando a través de este hasta que llegan a la cara distal del aparato de Golgi. Durante este camino las proteínas se han modificado para ser funcionales y finalmente salen del aparato de Golgi en unas vesículas secretoras.
- Modificación de lípidos y proteínas.
- Formación del tabique telofásico en células vegetales.
- Formación de los lisosomas primarios: entre ellos cabe destacar la formación del acrosoma del espermatozoide, que digiere las cubiertas del ovocito (óvulo) en la fecundación.
LISOSOMAS
Son orgánulos membranosos capaces de digerir cualquier sustancia biológica gracias a unas enzimas que poseen en su interior llamadas hidrolasas ácidas. Se llaman así porque trabajan a un pH de 4,6 (ácido). Los lisosomas son llamados los “estómagos” de la célula porque destruyen microorganismos que la célula capta del exterior o bien materiales de la propia célula que ya han cumplido su función biológica.
PEROXISOMAS
Son orgánulos membranosos que destruyen sustancias tóxicas (alcohol, medicamentos…) Tienen enzimas en su interior que destruyen estas sustancias tóxicas convirtiéndolas en sustancias inocuas (no tienen peligro) Una de las enzimas más importantes que hay en los peroxisomas es la Catalasa. Los peroxisomas están en gran número y son muy activos en órganos de nuestro cuerpo en los que filtran y eliminan sustancias tóxicas como son el hígado y los riñones
VACUOLAS
Son orgánulos más característicos y abundantes en las células vegetales, pero no exclusivos de ellas. Constan de una membrana que recibe el nombre de tonoplasto.
FUNCIONES DE LAS VACUOLAS:
- Mantenimiento de la turgencia celular: La presión osmótica en el interior de las vacuolas es muy alta por la elevada concentración de sustancias. El agua tiende a penetrar en las vacuolas por ósmosis para equilibrar la presión osmótica, y así la célula se mantiene turgente.
- Digestión celular: las vacuolas están relacionadas con los procesos de digestión intracelular, en su interior se encuentran las hidrolasas ácidas.
- Almacenamiento de sustancias diversas
MITOCONDRIA: Tienen ADN porque según la teoría Endosimbiótica de Lynn Margulis eran antiguas bacterias de vida libre. Aparecen tanto en las células eucariotas como en las vegetales. Las ATP sintetasas que hay en su membrana interna son enzimas que sintetizan ATP.
FUNCIONES:
- Ciclo de Krebs
- Cadena de transporte de electrones
- Fosforilación oxidativa
- β-oxidación de los ácidos grasos.
CLOROPLASTO: La principal función que realizan los cloroplastos es la fotosíntesis. La fotosíntesis es un proceso en el que la planta produce energía en forma de ATP y en forma de NADPH. Con esta energía la planta puede posteriormente fabricar su propia materia orgánica (glúcidos, lípidos y proteínas) que le servirá para nutrirse.
Para que se forme energía en forma de ATP y NADPH la planta necesita captar luz gracias a un pigmento llamado clorofila.
Por último, en la fotosíntesis las plantas fijan (cogen) CO2 gracias a una enzima que hay en el estroma del cloroplasto llamada rubisco.
Las plantas son organismos autótrofos porque gracias a la fotosíntesis son capaces de fabricar la materia orgánica que necesitan para nutrirse.
Tienen ADN porque según la teoría Endosimbiótica de Lynn Margulis eran antiguas bacterias de vida libre.
CARACTERÍSTICAS DEL NÚCLEO
El núcleo, como orgánulo celular, alberga en su interior la información genética en forma de ADN, y es el lugar donde se realiza la replicación del ADN y la síntesis de todos los ARN.
Estructuralmente, el aspecto del núcleo depende del momento del ciclo celular en el que se encuentre la célula: se habla de núcleo interfásico cuando no está en fase de división, y de núcleo mitótico o meiótico cuando se diferencian los cromosomas.
LA CROMATINA
CARACTERÍSTICAS
Es la forma en la que se presenta el ADN en el núcleo celular interfásico. Está formada por ADN asociado a proteínas.
Las proteínas presentes en la cromatina pueden ser de 2 tipos: Histonas y No histonas
ULTRAESTRUCTURA DE LA CROMATINA
Cada fibra cromática aislada presenta el aspecto de un “collar de perlas”. Cada perla recibe el nombre de nucleosoma. Un nucleosoma consta de 2 vueltas de ADN alrededor de un octámero de histonas (8 histonas)
Vista al microscopio, la cromatina aparece como una mezcla de dos regiones:
La heterocromatina: aspecto más teñido que corresponde a partes del ADN que no se están transcribiendo
La eucromatina: teñida y en la que se está llevando a cabo la transcripción del ADN.
