3.6A: La membrana plasmática y el citoplasma

La membrana plasmática está compuesta por una bicapa fosfolipídica que regula la concentración de sustancias que pueden permear una célula.

Objetivos de aprendizaje

• Explicar la estructura y propósito de la membrana plasmática de una célula

Puntos Clave

• Todas las células eucariotas tienen una membrana plasmática circundante, que también se conoce como la membrana celular.
• La membrana plasmática está compuesta por una bicapa de fosfolípidos con proteínas incrustadas que separa el contenido interno de la célula de su entorno circundante.
• Solo materiales relativamente pequeños y no polares pueden moverse fácilmente a través de la bicapa lipídica de la membrana plasmática.
• El transporte pasivo es el movimiento de sustancias a través de la membrana que no requiere el uso de energía mientras que el transporte activo es el movimiento de sustancias a través de la membrana usando energía.
• La ósmosis es la difusión del agua a través de una membrana semipermeable por su gradiente de concentración; esto ocurre cuando hay un desequilibrio de solutos fuera de una célula en comparación con el interior de la célula.

Términos Clave

• fosfolípido: Cualquier lípido consistente en un diglicéridos combinados con un grupo fosfato y una molécula orgánica simple como colina o etanolamina; son constituyentes importantes de membranas biológicas
• hipertónico: tener una presión osmótica mayor que otra
• hipotónico: Tener una presión osmótica menor que otra; una célula en este ambiente hace que el agua entre en la célula, provocando que se hinche.

La Membrana Plasma

A pesar de las diferencias en estructura y función, todas las células vivas en organismos multicelulares tienen una membrana plasmática circundante (también conocida como membrana celular). A medida que la capa externa de tu piel separa tu cuerpo de su entorno, la membrana plasmática separa el contenido interno de una célula de su ambiente exterior. La membrana plasmática puede describirse como una bicapa de fosfolípidos con proteínas incrustadas que controla el paso de moléculas orgánicas, iones, agua y oxígeno dentro y fuera de la célula. Los desechos (como el dióxido de carbono y el amoníaco) también salen de la célula al pasar a través de la membrana.

Membrana plasmática eucariota: La membrana plasmática eucariota es una bicapa de fosfolípidos con proteínas y colesterol incrustados en ella.

La membrana celular es una estructura extremadamente flexible compuesta principalmente por dos láminas adyacentes de fosfolípidos. El colesterol, también presente, contribuye a la fluidez de la membrana. Una sola molécula de fosfolípido consiste en una “cabeza” de fosfato polar, que es hidrófila, y una “cola” lipídica no polar, que es hidrófoba. Los ácidos grasos insaturados producen torceduras en las colas hidrofóbicas. La bicapa de fosfolípidos consiste en dos fosfolípidos dispuestos cola a cola. Las colas hidrófobas se asocian entre sí, formando el interior de la membrana. Las cabezas polares entran en contacto con el fluido dentro y fuera de la célula.

Bicapa fosfolípida: La bicapa fosfolipídica consiste en dos láminas adyacentes de fosfolípidos, dispuestas cola a cola. Las colas hidrófobas se asocian entre sí, formando el interior de la membrana. Las cabezas polares entran en contacto con el fluido dentro y fuera de la célula.

La función principal de la membrana plasmática es regular la concentración de sustancias dentro de la célula. Estas sustancias incluyen iones como Ca ⁺⁺, Na ⁺, K ⁺ y Cl ^—; nutrientes incluyendo azúcares, ácidos grasos y aminoácidos; y productos de desecho, particularmente dióxido de carbono (CO ₂), que deben salir de la célula.

La estructura bicapa lipídica de la membrana proporciona a la célula un control de acceso a través de la permeabilidad. Los fosfolípidos están estrechamente empaquetados, mientras que la membrana tiene un interior hidrófobo. Esta estructura hace que la membrana sea selectivamente permeable. Una membrana que tiene permeabilidad selectiva permite que solo las sustancias que cumplan ciertos criterios pasen a través de ella sin ayuda. En el caso de la membrana plasmática, solo los materiales relativamente pequeños y no polares pueden moverse a través de la bicapa lipídica (recuerde, las colas lipídicas de la membrana son no polares). Algunos ejemplos de estos materiales son otros lípidos, gases de oxígeno y dióxido de carbono, y alcohol. Sin embargo, los materiales solubles en agua, como la glucosa, los aminoácidos y los electrolitos, necesitan cierta ayuda para cruzar la membrana porque son repelidos por las colas hidrófobas de la bicapa fosfolipídica.

Transporte a través de la membrana

Todas las sustancias que se mueven a través de la membrana lo hacen por uno de dos métodos generales, los cuales se categorizan en función de si se requiere o no energía. El transporte pasivo (que no requiere energía) es el movimiento de sustancias a través de la membrana sin el gasto de energía celular. Durante este tipo de transporte, los materiales se mueven por simple difusión o por difusión facilitada a través de la membrana, bajando su gradiente de concentración. El agua pasa a través de la membrana en un proceso de difusión llamado ósmosis. La ósmosis es la difusión del agua a través de una membrana semipermeable en su gradiente de concentración. Ocurre cuando hay un desequilibrio de solutos fuera de una célula versus dentro de la célula. Se dice que la solución que tiene la mayor concentración de solutos es hipertónica y se dice que la solución que tiene la menor concentración de solutos es hipotónica. Las moléculas de agua se difundirán fuera de la solución hipotónica y hacia la solución hipertónica (a menos que actúen sobre ellas por fuerzas hidrostáticas).

Osmosis: La ósmosis es la difusión del agua a través de una membrana semipermeable por su gradiente de concentración. Si una membrana es permeable al agua, aunque no a un soluto, el agua igualará su propia concentración difundiéndola al lado de menor concentración de agua (y por lo tanto al lado de mayor concentración de soluto). En el vaso de precipitados de la izquierda, la solución del lado derecho de la membrana es hipertónica.

En contraste con el transporte pasivo, el transporte activo (que requiere energía) es el movimiento de sustancias a través de la membrana usando energía del trifosfato de adenosina (ATP). La energía se gasta para ayudar al movimiento del material a través de la membrana en una dirección contra su gradiente de concentración. El transporte activo puede realizarse con la ayuda de bombas de proteínas o mediante el uso de vesículas. Otra forma de este tipo de transporte es la endocitosis, donde una célula envuelve materiales extracelulares utilizando su membrana celular. El proceso opuesto se conoce como exocitosis. Aquí es donde una célula exporta material mediante transporte vesicular.

Citoplasma

La membrana plasmática de la célula también ayuda a contener el citoplasma de la célula, que proporciona un ambiente similar a un gel para los orgánulos de la célula. El citoplasma es la ubicación de la mayoría de los procesos celulares, incluyendo el metabolismo, el plegamiento de proteínas y el transporte interno.