Membranas

El termino memebrana puede referirse a:

*Membrana semipermeable (biológica o articial)

Es una membrana que permite el paso preferencial de ciertas sustancias presentes en una disolución frente a otras. 1

*Membrana celular

Es un elemento en la interficie de una célula con su medio exterior. 1

*Membrana semipermeable

Una membrana semipermeable es una membrana que permitirá que ciertas moléculas o iones pasen a través de ella por difusión, y ocasionalmente especializada en "difusión facilitada". El índice del paso depende de la presión, la concentración y la temperatura de las moléculas o de los solutos en cualquier lado, así como la permeabilidad de la membrana para cada soluto. Dependiendo de la membrana y del soluto, la permeabilidad puede depender del tamaño del soluto, de características de la solubilidad, o de la química. Un ejemplo de una membrana semipermeable es una bicapa lipídica, en la cual se basa la membrana plasmática que rodea todas las células biológicas. Muchos materiales naturales y sintéticos más gruesos que una membrana también son semipermeables. 2

Funcionamiento

Una membrana semipermeable permite el paso preferencial de ciertas sustancias presentes en una disolución frente a otras. Este hecho las hace importantes tanto en sistemas biológicos vivos como en aplicaciones tecnológicas. La parte que ha atravesado la membrana se conoce como "permeado" y la que no lo hace es el "rechazo". En consecuencia, se produce una separación diferencial de unas sustancias frente a otras. Para que el paso de sustancias a través de la membrana se produzca, es necesario la existencia de una fuerza impulsora entre ambos lados de la membrana, la cual puede ser de diferente naturaleza: diferencia de presión, diferencia de concentración, potencial eléctrico, etc. Una vez establecido el flujo, el diferente grado de paso de unas sustancias respecto de otras se produce por criterios físicos (tales como el tamaño del poro) o químicos (como la solubilidad y difusión en la membrana, etc.). 2

Como ejemplo de como actúa una membrana veamos el fenómeno de ósmosis directa. Para ello, supongamos dos compartimentos separados por una membrana semipermeable, de manera que uno contiene agua (compartimento A) y otro una disolución salina concentrada (compartimento B). En esta situación existe un mayor potencial químico del agua presente en A, lo que se manifiesta como una tendencia de difusión hacia B, diluyendo en consecuencia esta disolución. Los iones presentes en la disolución salina no atraviesan la membrana significativamente, por que no tienen afinidad química hacia el material polimérico que la constituye. Por el contrario, las moléculas de agua pueden formar puentes de hidrógeno con el polímero de la membrana y atravesarla. En consecuencia se origina un flujo de agua desde A hacia B, descendiendo el nivel de A y aumentando el de B. El equilibrio se alcanzará cuando la presión estática que origina la diferencia de nivel contrarresta la diferencia de potencial químico correspondiente a las concentraciones existentes. En este momento, la diferencia de alturas será representativa de la diferencia de presión osmótica de ambas disoluciones. Si se aplica ahora una presión al compartimento B mayor que la presión osmótica, se obtendrá un flujo de agua de B hacia A prácticamente desprovisto de iones ya que éstos no atraviesan la membrana fácilmente. Este fenómeno, conocido como ósmosis inversa, es la base para la obtención de agua en muchas plantas desaladoras. 2

*Membrana biologica

La membrana celular o plasmática es una estructura laminar que engloba a las células, define sus límites y contribuye a mantener el equilibrio entre el interior y el exterior de éstas. Además, se asemeja a las membranas que delimitan los orgánulos de células eucariotas.
Está compuesta por una lámina que sirve de "contenedor" para el citosol y los distintos compartimentos internos de la célula, así como también otorga protección mecánica. Está formada principalmente por fosfolípidos (fosfatidiletanolamina y fosfatidilcolina), colesterol, glúcidos y proteínas (integrales y periféricas). 3

La membrana está constituída de lípidos y proteínas. La parte lipídica de la membrana está formada por una película bimolecular que le da estructura y constituye una barrera que impide el paso de substancias hidrosolubles. 4

Las proteínas de la membrana están suspendidas en forma individual o en grupos dentro de la estructura lipídica, formando los canales por los cuales entran a las células, en forma selectiva, ciertas substancias. La selectividad de los canales de proteínas le permite a la célula controlar la salida y entrada de substancias así como los transportes entre compartimentos celulares. Las proteínas de la membrana no solo hacen que el transporte a través de ella sea selectivo, sino que también son capaces de llevar a cabo transporte activo (transferencia en contra del gradiente de concentración). 4

Las demás funciones de la membrana, como son el reconocimiento y unión de determinadas substancias en la superficies celular están determinadas también por la parte proteica de la membrana. A estas proteínas se les llaman receptores celulares. Los receptores están conectados a sistemas internos que solo actúan cuando la substancia se une a la superficie de la membrana. Mediante este mecanismo actúan muchos de los controles de las células, algunos caminos metabólicos no entran en acción a menos que la molécula "señal", por ejemplo, una hormona, haya llegado a la superficie celular. En la membrana se localizan unas glicoproteínas que identifican a otras células como integrantes de un individuo o como extrañas (inmunoreacción).
Las interacciones entre las células que conforman un tejido están basadas en las proteínas de las membranas.4

La principal característica de esta barrera es su permeabilidad selectiva, lo que le permite seleccionar las moléculas que deben entrar y salir de la célula. De esta forma se mantiene estable el medio intracelular, regulando el paso de agua, iones y metabolitos, a la vez que mantiene el potencial electroquímico (haciendo que el medio interno esté cargado negativamente).
Cuando una molécula de gran tamaño atraviesa o es expulsada de la célula y se invagina parte de la membrana plasmática para recubrirlas cuando están en el interior ocurren respectivamente los procesos de endocitosis y exocitosis

Endocitosis

Exocitosis

Composición química

La composición química de la membrana plasmática varía entre células dependiendo de la función o del tejido en la que se encuentren, pero se puede estudiar de forma general. La membrana plasmática está compuesta por una doble capa de fosfolípidos, por proteínas unidas no covalentemente a esa bicapa, y glúcidos unidos covalentemente a los lípidos o a las proteínas. Las moléculas más numerosas son las de lípidos, ya que se calcula que por cada 50 lípidos hay una proteína. Sin embargo, las proteínas, debido a su mayor tamaño, representan aproximadamente el 50% de la masa de la membrana. 3

Lípidos

El 98% de los lípidos presentes en las membranas celulares son anfipáticos, es decir que presentan un extremo hidrófilo (que tiene afinidad e interacciona con el agua) y un extremo hidrofóbico (que repele el agua). Los más abundantes son los fosfoglicéridos fosfolípidos) y los esfingolípidos, que se encuentran en todas las células; le siguen los glucolípidos, así como esteroides (sobre todo colesterol). Estos últimos no existen o son escasos en las membranas plasmáticas de las células procariotas. Existen también grasas neutras, que son lípidos no anfipáticos, pero sólo representan un 2% del total de lípidos de membrana.3

Fosfoglicéridos

Tienen una molécula de glicerol con la que se esterifica un ácido fosfórico y dos ácidos grasos de cadena larga; los principales fosfoglicéridos de membrana son la fosfatidiletanolamina o cefalina y la fosfatidilcolina o lecitina. 3

Esfingolípidos

Son lípidos de membrana constituidos por ceramida (esfingosina + ácido graso); solo la familia de la esfingomielina posee fósforo mientras el resto poseen glúcidos y se denominan por ello glucoesfingolípidos o, simplemente glucolípidos. Los cerebrósidos poseen principalmente glucosa, galactosa y sus derivados (como N-acetilglucosamina y N-acetilgalactosamina). Los gangliósidos contienen una o más unidades de ácido N-acetilneuramínico (ácido siálico).3

Colesterol

El colesterol representa un 23% de los lípidos de membrana. Sus moléculas son pequeñas y más anfipáticas en comparación con otros lípidos. Se dispone con el grupo hidroxilo hacia el exterior de la célula (ya que ese hidroxilo interactúa con el agua). El colesterol es un factor importante en la fluidez y permeabilidad de la membrana ya que ocupa los huecos dejados por otras moléculas. A mayor cantidad de colesterol, menos permeable y fluida es la membrana. Se ha postulado que los lípidos de membrana se podrían encontrar en dos formas: como un líquido bidimensional, y de una forma más estructurada, en particular cuando están unidos a algunas proteínas formando las llamadas balsas lipídicas. Se cree que el colesterol podría tener un papel importante en la organización de estas últimas. Su función en la membrana plasmática es evitar que se adhieran las colas de ácido graso de la bicapa, mejorando la fluidez de la membrana. 3

Proteínas

El porcentaje de proteínas oscila entre un 20% en la vaina de mielina de las neuronas y un 70% en la membrana interna mitocondrial; el 80% son intrínsecas, mientras que el 20% restantes son extrínsecas. Las proteínas son responsables de las funciones dinámicas de la membrana, por lo que cada membrana tienen una dotación muy específica de proteínas; las membranas intracelulares tienen una elevada proporción de proteínas debido al elevado número de actividades enzimáticas que albergan. Las proteínas la membrana plasmáticacon desempeñañ diversas funciones: transportadoras, conectoras (conectan la membrana con la matri extracelular o con el interior), receptoras (encargadas del reconocimiento celular y adhesión) y enzimas. 3

Las proteínas de la membrana plasmática se pueden clasificar según cómo se dispongan en la bicapa lipídica

Proteínas integrales

Embebidas en la bicapa lipídica, atraviesan la membrana una o varias veces, asomando por una o las dos caras (proteínas transmembrana); o bien mediante enlaces covalentes con un lípido o un glúcido de la membrana. Su aislamiento requiere la ruptura de la bicapa. 3

Proteínas periféricas
A un lado u otro de la bicapa lipídica, pueden estar unidas débilmente por enlaces no covalentes. Fácilmente separables de la bicapa, sin provocar su ruptura. 3

En el componente proteico reside la mayor parte de la funcionalidad de la membrana; las diferentes proteínas realizan funciones específicas:

Proteínas estructurales
Estas proteínas hacen de "eslabón clave" uniéndose al citoesqueleto y la matriz extracelular.3

Receptores de membrana
Se encargan de la recepción y transducción de señales químicas. 3

Transportadoras a través de membrana
Mantienen un gradiente electroquímico mediante el transporte de membrana de diversos iones.3

Estas a su vez pueden ser:

Proteínas transportadoras
Son enzimas con centros de reacción que sufren cambios conformacionales. 3

Proteínas de canal
Dejan un canal hidrofílico por donde pasan los iones. 3





Glúcidos
Están en la membrana unidos covalentemente a las proteínas o a los lípidos. Pueden ser polisacáridos u oligosacáridos. Se encuentran en el exterior de la membrana formando el glicocalix. Representan el 8% del peso seco de la membrana plasmática. Sus funciones principales son dar soporte a la membrana y el reconocimiento celular (colaboran en la identificación de las señales químicas de la célula). 3

Transporte
Los mecanismos que permiten a las sustancias cruzar las membranas plasmáticas son esenciales para la vida y la comunicación de las células. Para ello, la célula dispone de dos procesos: transporte pasivo y transporte activo. 3

Transporte pasivo
Las sustancias disueltas en copartimientos separados por una membrana biológica tienden a pasar espontáneamente a través de la membrana desde el compartimiento donde la energía de Gibbs (o energía libre) es mayor. El movimiento cesa cuando la energía de Gibbs de la sustancia en ambos compartimiento se iguala, alcanzando el equilibrio termodinámico. 5

Difusión simple
Es el movimiento de partículas desde una zona de mayor concentración a una de menor concentración, sin gasto de energía. Las sustancias que ingresan a la célula deben ser apolares, liposolubles y de tamaño pequeño. 5

Difusión facilitada
Es el movimiento de ciertas sustancias desde zonas de mayor concentración con la participación de ciertas proteínas que presentan afinidad con la membrana plasmática llamadas permeasas que, al unirse específicamente con ciertas moléculas, aumentan enormemente la permeabilidad de la membrana a estas sustancias. Este tipo de transporte reconoce la sustancia que transporta y es específico. 5

Ósmosis
Es el movimiento de las moléculas del solvente (agua), a través de una membrana semipermeable hacia un área en la cual existe mayor concentración de soluto, para el cual es impermeable la membrana. La osmosis es un proceso fundamental para los sistemas vivientes. También se puede definir como el movimiento de agua a través de la membrana plasmática a favor de su gradiente químico, es decir, desde donde el agua está en mayor concentración (menor concentración de soluto) hacia donde está en menor proporción (mayor concentración de soluto). 5

Transporte activo

Gradiente electroquímico

El gradiente electroquímico es debido a que el número de iones (moléculas cargadas) del medio extracelular es muy diferente del que se encuentra en el citosol. En el medio extracelular los iones más importantes son el Na+ y el Cl−, mientras que en el interior de la célula predomina el K+ y fosfatos orgánicos aniónicos. Como resultado de ello, existe una diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana (potencial de membrana) que se mide en voltios. Esta diferencia produce el impulso nervioso.El voltaje en las células vivas es de -20 a -200 mV (milivoltios), representando el signo negativo que el interior es más negativo que el exterior. En algunas condiciones especiales, algunas células pueden tener un potencial de membrana positivo. 6

Fuentes
1 http://es.wikipedia.org/wiki/Membrana

2 http://es.wikipedia.org/wiki/Membrana_semipermeable

3 http://es.wikipedia.org/wiki/Membrana_plasm%C3%A1tica

4 http://superfund.pharmacy.arizona.edu/toxamb/c1-1-2-1.html

5 http://es.wikipedia.org/wiki/Transporte_pasivo#Transporte_pasivo_o_difusi.C3.B3n

6 http://es.wikipedia.org/wiki/Transporte_activo#Transporte_activo