3.2B: Modelo de Mosaico Fluido

El modelo de mosaico de fluidos describe la estructura de la membrana plasmática como un mosaico de fosfolípidos, colesterol, proteínas y carbohidratos.

Objetivos de aprendizaje

• Describir el modelo de mosaico de fluidos de membranas celulares

Puntos Clave

• El tejido principal de la membrana está compuesto por moléculas de fosfolípidos anfifílicas o de doble amor.
• Las proteínas integrales, el segundo componente principal de las membranas plasmáticas, se integran completamente en la estructura de la membrana con sus regiones hidrofóbicas que abarcan la membrana interactuando con la región hidrófoba de la bicapa de fosfolípidos.
• Los carbohidratos, el tercer componente principal de las membranas plasmáticas, siempre se encuentran en la superficie exterior de las células donde se unen ya sea a proteínas (formando glicoproteínas) o a lípidos (formando glicolípidos).

Términos Clave

• anfifílico: Tener una superficie que consiste en aminoácidos hidrófilos y la superficie opuesta compuesta por aminoácidos hidrófobos (o lipofílicos).
• hidrófilo: Tener afinidad por el agua; capaz de absorber, o ser humedecido por el agua,” amante del agua”.
• hidrofóbico: Carente de afinidad por el agua; incapaz de absorber, o ser humedecido por el agua,” temeroso del agua”.

El modelo de mosaico de fluidos fue propuesto por primera vez por S.J. Singer y Garth L. Nicolson en 1972 para explicar la estructura de la membrana plasmática. El modelo ha evolucionado algo a lo largo del tiempo, pero sigue siendo el mejor responsable de la estructura y funciones de la membrana plasmática tal como las entendemos ahora. El modelo de mosaico de fluidos describe la estructura de la membrana plasmática como un mosaico de componentes, incluidos fosfolípidos, colesterol, proteínas y carbohidratos, que le da a la membrana un carácter fluido. Las membranas plasmáticas varían de 5 a 10 nm de espesor. A modo de comparación, los glóbulos rojos humanos, visibles mediante microscopía óptica, tienen aproximadamente 8 µm de ancho, o aproximadamente 1,000 veces más anchos que una membrana plasmática. Las proporciones de proteínas, lípidos e hidratos de carbono en la membrana plasmática varían según el tipo de célula. Por ejemplo, la mielina contiene 18% de proteína y 76% de lípidos. La membrana interna mitocondrial contiene 76% de proteína y 24% de lípidos.

Componentes de la Membrana Plasma
Componente	Ubicación
Fosfolípidos	Tejido principal de la membrana
Colesterol	Unido entre fosfolípidos y entre las dos capas de fosfolípidos
Proteínas integrales (por ejemplo, integrinas)	Embebido dentro de la capa (s) de fosfolípidos. Puede o no penetrar a través de ambas capas.
Proteínas periféricas	En la superficie interna o externa de la bicapa de fosfolípidos; no incrustada dentro de los fosfolípidos
Carbohidratos (componentes de glicoproteínas y glicolípidos)	Generalmente unido al exterior de la capa de membrana

Los componentes principales de una membrana plasmática son lípidos (fosfolípidos y colesterol), proteínas y carbohidratos unidos a algunos de los lípidos y algunas de las proteínas.

El modelo de mosaico de fluidos de la membrana plasmática: El modelo de mosaico de fluidos de la membrana plasmática describe la membrana plasmática como una combinación fluida de fosfolípidos, colesterol y proteínas. Los carbohidratos unidos a los lípidos (glicolípidos) y a las proteínas (glicoproteínas) se extienden desde la superficie exterior de la membrana.

El tejido principal de la membrana está compuesto por moléculas de fosfolípidos anfifílicas o de doble amor. Las áreas hidrófilas o amantes del agua de estas moléculas están en contacto con el fluido acuoso tanto dentro como fuera de la célula. Las moléculas hidrofóbicas o que odian el agua tienden a ser no polares. Una molécula de fosfolípido consiste en una cadena principal de glicerol de tres carbonos con dos moléculas de ácido graso unidas a los carbonos 1 y 2, y un grupo que contiene fosfato unido al tercer carbono. Esta disposición le da a la molécula global un área descrita como su cabeza (el grupo que contiene fosfato), que tiene un carácter polar o carga negativa, y un área llamada cola (los ácidos grasos), que no tiene carga. Interactúan con otras moléculas no polares en reacciones químicas, pero generalmente no interactúan con moléculas polares. Cuando se colocan en agua, las moléculas hidrófobas tienden a formar una bola o racimo. Las regiones hidrófilas de los fosfolípidos tienden a formar enlaces de hidrógeno con el agua y otras moléculas polares tanto en el exterior como en el interior de la célula. Así, las superficies de membrana que miran hacia el interior y el exterior de la célula son hidrófilas. En contraste, la mitad de la membrana celular es hidrofóbica y no interactuará con el agua. Por lo tanto, los fosfolípidos forman una excelente membrana celular bicapa lipídica que separa el fluido dentro de la célula del fluido exterior de la célula.

Agregación de fosfolípidos: En una solución acuosa, los fosfolípidos tienden a disponerse con sus cabezas polares orientadas hacia afuera y sus colas hidrofóbicas hacia adentro.

La estructura de una molécula de fosfolípido: Esta molécula de fosfolípido está compuesta por una cabeza hidrofílica y dos colas hidrófobas. El grupo de cabeza hidrófilo consiste en un grupo que contiene fosfato unido a una molécula de glicerol. Las colas hidrófobas, cada una de las cuales contiene un ácido graso saturado o insaturado, son cadenas largas de hidrocarburos.

Las proteínas constituyen el segundo componente principal de las membranas plasmáticas. Las proteínas integrales (algunos tipos especializados se llaman integrinas) se integran, como su nombre indica, completamente en la estructura de la membrana, y sus regiones hidrofóbicas que abarcan la membrana interactúan con la región hidrófoba de la bicapa fosfolípida. Las proteínas integrales de membrana de un solo paso suelen tener un segmento transmembrana hidrófobo que consta de 20—25 aminoácidos. Algunos abarcan solo una parte de la membrana, asociándose con una sola capa, mientras que otros se extienden de un lado a otro de la membrana y están expuestos a ambos lados. Algunas proteínas complejas están compuestas por hasta 12 segmentos de una sola proteína, los cuales están extensamente plegados e incrustados en la membrana. Este tipo de proteína tiene una región o regiones hidrófilas, y una o varias regiones ligeramente hidrófobas. Esta disposición de regiones de la proteína tiende a orientar la proteína junto a los fosfolípidos, con la región hidrófoba de la proteína adyacente a las colas de los fosfolípidos y la región o regiones hidrófilas de la proteína sobresaliendo de la membrana y en contacto con el citosol o fluido extracelular.

Estructura de proteínas integrales de membrana: Las proteínas integrales de membrana pueden tener una o más hélices alfa que abarcan la membrana (ejemplos 1 y 2), o pueden tener láminas beta que abarcan la membrana (ejemplo 3).

Los carbohidratos son el tercer componente principal de las membranas plasmáticas. Siempre se encuentran en la superficie exterior de las células y se unen ya sea a proteínas (formando glicoproteínas) o a lípidos (formando glicolípidos). Estas cadenas de carbohidratos pueden consistir en 2—60 unidades de monosacáridos y pueden ser lineales o ramificadas. Junto con las proteínas periféricas, los carbohidratos forman sitios especializados en la superficie celular que permiten que las células se reconozcan entre sí. Esta función de reconocimiento es muy importante para las células, ya que permite que el sistema inmunitario se diferencie entre las células del cuerpo (llamadas “self”) y las células o tejidos extraños (llamados “no-self”). Tipos similares de glicoproteínas y glicolípidos se encuentran en las superficies de los virus y pueden cambiar con frecuencia, evitando que las células inmunitarias los reconozcan y ataquen. Estos carbohidratos en la superficie exterior de la célula, los componentes de carbohidratos tanto de las glicoproteínas como de los glucolípidos, se denominan colectivamente el glicocáliz (que significa “recubrimiento de azúcar”). El glicocáliz es altamente hidrofílico y atrae grandes cantidades de agua a la superficie de la célula. Esto ayuda en la interacción de la célula con su ambiente acuoso y en la capacidad de la célula para obtener sustancias disueltas en el agua.