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6.2: El origen de las membranas biológicas

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    La membrana celular moderna está compuesta por una serie de diferentes tipos de lípidos. Aquellos lípidos con una o más “colas” hidrofóbicas tienen colas que típicamente varían de 16 a 20 carbonos de longitud. Sin embargo, las membranas más tempranas probablemente estaban compuestas por moléculas similares pero más simples con cadenas hidrófobas más cortas. Con base en las propiedades de los lípidos, podemos trazar una secuencia plausible para la aparición de membranas. Los lípidos con cadenas hidrófobas muy cortas, de 2 a 4 carbonos de longitud, pueden disolverse en agua (¿puedes explicar por qué?) A medida que aumentan las longitudes de las cadenas hidrofóbicas, las moléculas comienzan a autoensamblarse en micelas. Para cuando las cadenas hidrofóbicas alcanzan ~10 carbonos de longitud, se vuelve cada vez más difícil encajar las cadenas de hidrocarburos en el interior de la micela sin hacer espacios cada vez más grandes entre las cabezas hidrofílicas. Las moléculas de agua pueden comenzar a moverse a través de estos espacios e interactuar con las colas de hidrocarburos. En este punto, las moléculas lipídicas de la cadena hidrocarbonada comienzan a asociarse en bicapas semiestables. Una característica interesante de estas bicapas es que la longitud de la cadena hidrocarbonada ya no es limitante de la misma manera que limitaba en una micela. Un problema, sin embargo, son los bordes de la bicapa, donde la región hidrocarbonada del lípido entraría en contacto con el agua, una situación termodinámicamente desfavorable. Este problema se evita uniendo los bordes de la bicapa entre sí, formando una estructura similar a un globo. Dichas bicapas pueden capturar regiones de disolvente, es decir, agua y cualquier soluto disuelto dentro de ella.

    La estabilidad de la bicapa aumenta más a medida que aumenta la longitud de la cadena Al mismo tiempo, disminuye la permeabilidad de la membrana. Es una suposición razonable que los primeros sistemas biológicos utilizaron lípidos de cadena más corta para construir sus “proto-membranas” y que estas membranas tenían relativamente fugas 171. Por lo tanto, la aparición de lípidos más complejos, capaces de formar membranas más impermeables, debe haber dependido de la aparición de mecanismos que permitan que las moléculas hidrófilas pasen a través de las membranas. El proceso de interdependencia del cambio se conoce como coevolución. Aparentemente, los procesos coevolutivos fueron lo suficientemente comunes como para hacer posible el establecimiento de sistemas vivos. Consideraremos los caminos a través de una membrana en detalle a continuación.

    Preguntas para responder y reflexionar:

    • ¿Está el universo en equilibrio? Si no, ¿cuándo llegará al equilibrio?
    • Dibuje diagramas para mostrar cómo el aumento de la longitud de las cadenas de hidrocarburos de un lípido afecta a las estructuras que puede formar.
    • ¿Cómo se minimizan los efectos en los bordes hidrófobos de una bicapa lipídica?
    • ¿Qué tipos de moléculas podrían atravesar la membrana plasmática por su cuenta?
    • Dibuja cómo se ven los lípidos de “doble cabeza” en el contexto de una membrana bicapa.
    • A la luz de la teoría celular, ¿qué podemos decir de la historia del citoplasma y de la membrana plasmática?
    • ¿Por qué los ácidos grasos y los lípidos de isopreno forman estructuras bicapa similares?
    • ¿Especular sobre por qué es común ver fosfato y otros grupos altamente hidrófilos unidos a los grupos glicerol de los lípidos?
    • ¿Las membranas de bacterias y arqueas son homólogas o análogas? ¿Qué tipo de datos te ayudaría a decidir?
    • ¿Por qué el movimiento de materiales a través de la membrana es esencial para la vida?
    • ¿Por qué los lípidos de membrana se solidifican a baja temperatura? ¿Cómo están involucradas las interacciones de van der Waals? ¿Están involucradas las interacciones electrostáticas del tipo H-bond?
    • Predecir (y justificar) el efecto de cambiar la posición de un doble enlace en una cadena hidrocarbonada sobre la temperatura de solidificación de la membrana.
    • ¿Una membrana sería más permeable a moléculas pequeñas a altas o bajas temperaturas y por qué?

    Colaboradores y Atribuciones


    This page titled 6.2: El origen de las membranas biológicas is shared under a not declared license and was authored, remixed, and/or curated by Michael W. Klymkowsky and Melanie M. Cooper.