Membrana celular: responsable de las relaciones externas de la célula
2002/10/01 Orobengoa, Olatz - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
Las reacciones en la célula condicionan el correcto funcionamiento del cuerpo. Y al mismo tiempo, para que la célula funcione correctamente es necesario que la membrana celular funcione correctamente, ya que es la estructura de la célula en contacto con el exterior. Su función básica es delimitar cada célula. Pero su contacto con el exterior le permite identificar e interiorizar todas las sustancias procedentes del exterior y, por el contrario, protegerlas de las moléculas malas y eliminarlas.
Límite formado por lípidos
La membrana es la estructura de todos los tipos de células. Rodea toda la célula y tiene un espesor de 5-8 nanómetros. La estructura básica de la membrana es la molécula denominada fosfolípido, que son de alguna manera los ‘ladrillos’ necesarios para construir la membrana.
Los fosfolípidos tienen una estructura molecular muy especial: son anfibólicos. Si nos fijamos en la estructura tridimensional de la molécula, ésta presenta dos extremos muy distintos. En uno de los extremos de la molécula se encuentra un grupo de fosfatos. El grupo de fosfatos es polar, es decir, tiene capacidad de reacción con el agua. En el otro extremo se encuentran dos moléculas de ácidos grasos. No tienen ninguna capacidad de reacción con el agua, es más, comparan el agua. A este extremo se le llama no polar.
Al tener una parte polar y otra no polar en la misma molécula, su comportamiento es muy particular. Una vez colocados los fosfolípidos en un medio acuoso, los extremos polares de las moléculas tienden a interconectarse entre sí, y lo mismo ocurre con los lados no polares. Por tanto, gracias a los enlaces que se generan, las moléculas forman por sí mismas capas. A un lado de la capa se encuentran los extremos polares y al otro los extremos no polares.
La célula, a la hora de formar la membrana, aprovecha la estructura ordenada propia de los fosfolípidos. La base de la membrana son dos capas de fosfolípidos superpuestas. La parte polar de una capa se orienta hacia el interior de la célula y la otra hacia el exterior, ya que ambas caras son acuosas. La parte no polar de cada capa se colocará en el interior de la membrana.
A pesar de que los fosfolípidos constituyen una estructura estable, las relaciones entre ellos no son muy sólidas. Los fosfolípidos son capaces de moverse por la capa, no tienen una posición fija e inmóvil, por lo que se consigue dar cierta fluidez a la membrana. Esta característica es muy útil cada vez que aparece un agujero por cualquier motivo, ya que los fosfolípidos son capaces de moverse por el lugar donde estaban y llenar el agujero.
Además de los fosfolípidos, las moléculas más abundantes y más importantes de la membrana son las proteínas. Se pueden clasificar en función de su posición en la membrana: en el exterior de la membrana, en el interior o atravesando toda la membrana. En estas últimas, un extremo de la molécula está en contacto con el medio externo y otro extremo con el interior de la célula. La posición de la proteína dependerá siempre de su función.
Transporte y comunicación de moléculas
Además de tener membranas, orgánulos y moléculas dentro de la célula, cumple muchas otras funciones. Entre ellas, la más importante es actuar como barrera selectiva. Por la composición de la membrana, las moléculas muy pequeñas, como las del agua, y las no polares, no tienen problemas para atravesar la membrana. Pero las moléculas polares o muy grandes no pueden penetrar en la célula sin ayuda.
La célula, para interiorizar las moléculas polares necesarias, ha tenido que crear caminos muy especializados. Para cada tipo de molécula habrá una entrada específica insertada en la membrana. Por ejemplo, algunas proteínas de membrana forman canales. Sólo se podrán introducir moléculas de forma determinada a través de canales o tubos.
En otros casos, tiene la capacidad de unir proteínas con la molécula necesaria, como las piezas de un puzzle. Posteriormente, la propia proteína transportará la molécula a través de la membrana. Evidentemente, para cada tipo de molécula habrá una proteína específica o un sistema de entrada especial de proteínas integrado en la membrana.
Sin embargo, cuando el alimento es demasiado grande, no es posible utilizar modos de transporte a nivel molecular. En su lugar, la célula utiliza la membrana en su totalidad. Cuando se trata de interiorizar una macromolécula, la propia macromolécula se rodea de membranas, como un abrazo. Cuando los extremos de los dos ‘brazos’ de la membrana se tocan entre sí, la membrana se fusiona. De esta forma se crea una vesícula intracelular rodeada de membranas con macromolécula en su interior.
Si se desea digerir la macromolécula, la enzima digestiva segregará las células dentro de esta vesícula. Cuando gracias al trabajo enzimático se obtienen moléculas de menor tamaño que se transportan fácilmente, se eliminan de la vesícula y se introducen en el metabolismo celular.
Lo mismo ocurre con la eliminación de los residuos que genera la célula, pero al revés. Las vesículas intracelulares se fusionan con la membrana externa, quedando fuera lo que había en el interior de la vesícula.
Además del transporte de las moléculas, otra función muy importante de la membrana es la comunicación. En los organismos unicelulares es imprescindible comunicarse con otras especies para la reproducción o la cooperación. En los organismos pluricelulares, la comunicación es obligatoria para que el crecimiento, desarrollo y organización de todo el organismo se produzca de forma coordinada.
La principal vía de comunicación celular es la química. Las células están fluyendo y recibiendo sustancias químicas de forma continua. En organismos pluricelulares, las sustancias químicas para comunicarse con células alejadas se vierten a la sangre.
La comunicación entre células consecutivas es mucho más directa. Las membranas de células contiguas están unidas gracias a unas proteínas especiales que forman los canales. Los canales se conocen como enlaces gap. Por los canales se mueven las moléculas que actúan como señales, consiguiendo que la respuesta de la célula sea mucho más rápida y directa.
Sin embargo, cuando llega la señal de una célula alejada, unas proteínas especiales situadas en el exterior de la membrana conocen la señal. Dependiendo de la naturaleza química de la señal, la proteína que recibe la señal actúa de una manera u otra. Al igual que con todas las moléculas, si la señal es polar, tiene problemas para atravesar la membrana y es la propia proteína la que tiene que transportar al interior de la célula.
Además, en muchas ocasiones, las señales no entran dentro de la célula. Quedan unidas a una proteína receptora situada en el exterior de la membrana. Esta proteína será la encargada de llevar la señal al interior de la célula mediante una cadena de reacciones químicas. Cuando la señal es una molécula no polar, no tiene ningún problema de atravesar la membrana ni necesita de un transportador específico.
En general se puede decir que la función principal de la membrana es controlar qué entra y sale dentro de la célula. Pero hay otras funciones: estructuras de unión entre células, sistemas de proteínas capaces de generar energía... todos aparecerán integrados en la membrana para cada tipo de célula.
Las funciones que puede desempeñar la membrana dependerán del número de proteínas presentes en la membrana. Esto se ve claramente al comparar una célula eucariota con un procarioto. El primero tiene mucha menos proteínas en la membrana que el procarioto. La explicación es sencilla: los procariotas no tienen orgánulos. En su lugar, las funciones que desempeñarán los orgánulos serán realizadas por complejos proteicos integrados en la membrana. Por lo tanto, cuanto más proteínas esté en la membrana, más funciones cumplirá la membrana.
Está claro que la membrana es importante para la célula, pero físicamente la estructura es muy débil. Un cambio brusco en la concentración de agua en el medio externo de la célula, por ejemplo, un aumento importante de la concentración de sales, hará que las aguas salgan fuera de la célula y la membrana no pueda hacer nada para evitarlo.
Además, no tiene capacidad para dar rigidez a la célula, y en muchos seres vivos, como las bacterias, es imprescindible tener una estructura que ofrezca rigidez y protección a la célula. Por ello, en la mayoría de los organismos unicelulares y en muchos pluricelulares existe otra estructura por encima de la membrana celular: la pared celular.
Pared celular: barrera protectora
A diferencia de la membrana celular, la pared celular presenta una composición específica para cada tipo de célula. Cabe destacar que la pared celular aparece en todos los organismos procariotas (excepto algunas bacterias llamadas micoplasma), células vegetales y hongos. Las células animales no tienen ninguna pared celular.
El componente principal de la pared de las células vegetales es la celulosa. Todas las células vegetales vivas están incluidas en pequeñas cajas de celulosa. Esto es muy fácil de ver con el microscopio: se ven miles de cajitas. Cada una de ellas es una célula metida en su caja de celulosa. Gracias a las estuches, las células ocupan una posición muy específica dentro de la planta, lo que permite que la planta mantenga su forma. Si bien la célula que se encuentra en el interior del estuche se hincha totalmente o disminuye, la pared celular mantendrá la forma de la planta.
En el caso de las bacterias, aunque su composición es muy diferente, cumple las mismas funciones. Proporciona rigidez a la célula y reduce la influencia de las concentraciones salinas externas. Además, la pared celular es el punto de adhesión de los estiramientos fuera de la célula (pilas, finbrias, etc.).
¿Y por qué las células animales no han desarrollado una pared celular? Según diversas teorías, la ausencia de pared celular ha permitido una mayor especialización de las células animales. De esta forma se han creado células para crear movimiento, células nerviosas y otras estructuras que sólo aparecen en los animales. Por tanto, las células animales no han tenido que formar ninguna pared.
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