La envoltura Celular

1. La membrana plasmática

Todas las membranas biológicas tienen una estructura común: están formadas por una bicapa lipídica en la que hay proteínas y glúcidos asociados.

Lípidos

Se encuentran formando una bicapa. Los principales que hay en la membrana son fosfoglicéridos, esfingolípidos y colesterol. Éstos son anfipáticos, por lo que en medio acuoso forman vicapas espontáneamente, propiedad conocida como autoensamblaje, y que tiende a cerrarse sobre sí mismo, propiedad denominada autosellado.

Además, la bicapa lipídica es fluida ya que las moléculas lipídicas pueden desplazarse. El movimiento mas frecuente es la difusión lateral, pero también giran con gran rapidez y son flexibles. El movimiento menos usual es el conocido como flip-flop.

Diferentes movimientos en la bicapa.

Otra propiedad es que son muy impermeables a iones y a la mayor parte de las moléculas polares. De esta forma, la bicapa actúa como barrera reteniendo sustancias hidrosolubles e impidiendo la entrada de sustancias.

Proteínas

Las proteínas llevan a cabo la mayoría de las funciones específicas de la membrana. Las principales funciones son:

• Transportar moléculas hacia el interior o exterior.
• Transmiten señales al interior de la célula.
• Son enzimas que catalizan reacciones asociadas a la membrana.

las proteínas se asocian con la bicapa lipídica de las siguientes formas:

• Proteínas trnasmembrana de paso único o múltiple (hélices alfa). Tienen una región central hidrófoba que interacciona la parte hidrófoba de la bicapa y dos hidrófilas a cada lado de la membrana. También se denominan proteínas integrales.
• Otras en la superficie de la membrana, exterior o interiormente. Muchas de éstas están unidas a otras proteínas por enlace no covalente, denominadas proteínas periféricas y otras están unidas covalentemente a un lípido.

Modelo mosaico fluido de las membranas

• Las proteínas transmembrana y los lípidos se disponen formando un mosaico.
• Las membranas biológicas son estructuras fluidas.
• Las membranas son asimétricas. 

La fluidez de la membrana hace que a dividirse las células hijas sean iguales ya que los componentes de la membrana se distribuyen uniformemente.

Funciones de la membrana

• Confiere individualidad al separarla de su entorno.
• Controla el intercambio de sustancias regulando la composición del medio interno.
• Controla el flujo de información entre las células y su entorno ya que tiene proteínas receptoras que informan de estímulos externos.
• Proporciona el medio óptimo para el funcionamiento de las proteínas de membrana.

2. Especializaciones de la membrana plasmática. Uniones intercelulares

Las uniones intercelulares son regiones especializadas de la membrana plasmática que permite a las células contiguas unirse o intercambiar pequeñas moléculas. Hay tres principalmente:

• Uniones herméticas. Sellan células contiguas e impiden el libre paso de moléculas a través de los espacios intercelulares.

• Uniones de anclaje. Puntos de contacto entre células que las mantienen unidas ofreciendo resistencia y rigidez al tejido

• Uniones de comunicación tipo gap. Canales intercelulares que permiten el paso de iones y pequeñas moléculas entre células contiguas.

3. Transporte de pequeñas moléculas a través de la membrana

La permeabilidad selectiva de la membrana plasmática le permite a la célula regular su medio interno. 

Los mecanismos por los cuales las moléculas atraviesan la membrana dependen de la naturaleza y el tamaño de la molécula a transportar. El transporte de pequeñas moléculas a través de la membrana puede ser transporte pasivo, sin energia, o transporte activo, que requiere energía.

Transporte pasivo

Es un proceso de difusión a través de la membrana sin gasto de energía ya que las moléculas se desplazan a favor de su gradiente de concentración, es decir, de zonas más concentradas a menos concentradas. Puede ser difusión simple o difusión facilitada.

Difusión simple

Pasan las moléculas no polares y las moléculas polares sin carga cuando su tamaño es reducido, como H2O o CO2.

Difusión facilitada

Los iones y la mayoría de las moléculas polares, como la glucosa y los aa, se transportan a través de las membranas biológicas mediante proteínas transmembrana. Éstas son las proteínas de canal y las transportadoras específicas.

Las proteínas de canal forman poros acuosos que atraviesan la bicapa y permiten el paso de iones de tamaño y carga adecuados. Algunos canales se abren por acción de un ligando y se denominan canales regulados por ligando. Otros se abren debido a un cambio de potencial de la membrana, denominados canales regulados por voltaje.

También hay proteínas, denominadas acuaporinas, que son canales que permiten el paso de moléculas de agua.

Las proteínas transportadoras específicas o permeasas se unen a la molécula a transportar y sufren un cambio de forma que permite la transferencia de la molécula. Cada proteína transporta sólo un tipo de ión o molécula. Cada proteína transporta sólo un tipo de ión o molécula.

Transporte activo

Se realiza en contra de gradiente y requiere gasto de energía. Las proteínas transportadoras que intervienen se denominan bombas, como por ejemplo la bomba de sodio-potasio.

La mayoría de las células animales tienen más concentración de potasio que de sodio respecto al medio externo. Esto se debe a que la bomba de Na-K, que utilizando la energía obtenida de la hidrólosis de ATP (Aquí tenemos el gasto energético), expulsa tres Na al exterior y dos K al interior. Las principales funciones dela bomba Na-K son:

• Controla el volumen celular. La expulsion de Na es necesaria para ello, ya que si no se hincha y explota (debido a que se crea diferencia de concentraciones y entra agua por ósmosis)
• Permite que las células nerviosas y musculares sean eléctricamente estables.
• Impulsa el transporta activo de glucosa y aa hacia el interior de algunas células.

El transporte de una sustancia con carga depende del gradiente de concentración y del gradiente eléctrico (gradiente electro-químico). Las membranas plasmáticas están polarizadas, siento negativa en el interior y positiva en el exterior, por lo que hay facilidad para que entren iones positivos, oponiendose a negativos.

4. Transporte de macromoléculas y partículas

Endocitosis

Consiste en la ingestión de macromoléculas o partículas mediante la invaginación de la membrana plasmática que se estrangula formando una vesícula intracelular. 

Hay tres tipos de endocitosis:

• Fagocitosis. Consiste en la ingestión de grandes partículas que se engloban en vesículas (fagosomas). La célula tiene receptores para las sustancias a englobar, así cuando la partícula se une a receptores, la célula emite pseudópodos (que son prolongaciones de la membrana que, digamoslo así, "abrazan" la molécula para rodearla y fomar el fagosoma). A continuación los lisosomas intervienen y digieren la partícula.

• Pinocitosis. Consiste en la ingestión de pequeños líquidos y solutos mediante pequeñas vesículas.

• Endocitosis medida por receptor. Mediante este proceso se incorpora a la célula proteínas como hormonas, colesterol... Se produce en regiones especializadas de la membrana donde se encuentran las depresiones revestidas, zonas de la capa revestida por proteínas fibrosas como la clatrina que es responsable de la invaginación y estrangulación de la membrana para formar vesículas. Todo esto conlleva dos ventajas:
• Es específica debido a los receptores.
• Incrementa la eficacia de incorporación de macromoléculas ya que permite captar componentes del líquido extracelular sin incorporar un volumen del mismo innecesario.

Observamos las diferencias con la fagocitosis por las depresiones revestidas de clatrina que es responsable del proceso.

Exocitosis

Consiste en la fusión de vesículas intracelulares con la membrana plasmática y la liberación de su contenido al medio externo (proceso contrario a la endocitosis). La exocitosis es importante en la secreción de moléculas que desempeñan su función fuera de la célula que las produce y las moléculas segregadas pueden:

• Pasar a formar parte del glicocáliz.
• Incorporarse a la matriz extracelular.

La membrana de las vesículas secretoras se incorpora a la membrana plasmática y luego se recupera por endocitosis, asegurando un equilibrio que asegura el volumen celular (lo que se pierde por un lado se gana por otro).

5. Glicocáliz o cubierta celular

Es una zona rica en hidratos de carbono situada en la superficie de las células eucarióticas. Está formado por las cadenas de oligosacáridos de los glicolípidos y de las glicoproteínas de la membrana plasmática.

Funciones

• Protege la superficie celular

• Reconocimiento celular. Los oligosacáridos que forman parte de los glicolípidos y glicoproteínas son los principales marcadores de identidad de la célula.

6. Pared celular

-Es característica de las células vegetales-

Aquí se observa la pared celular como toda la capa verde que rodea la célula

Es una gruesa cubierta situada por encima de la membrana plasmática. Está formada por largas fibrillas de celulosa unidas por un matriz de polisacárido y proteína.

Composición de la pared celular

Su principal componente es la celulosa. La celulosa se organiza en microfibrillas, englobadas en una matriz formada por hemicelulosa, pectina, glicoproteínas, elementos minerales como Calcio y agua. 

Sobre ella se pueden depositas sustancias como:

• Lignina. Otorga rigidez. Al proceso de impregnación se le denomina lignificación.
• Cutina y suberina. Impermeabilizan las paredes de los tejidos exteriores de la planta (son ceras). Los procesos se denominan cutinización y suberificación respectivamente. 

Capas de la pared celular

Todas las células vegetales constan de dos capas, una lámina media y una primaria.  Muchas tienen otra denominada pared secundaria.

La lámina media está situada entre las paredes primarias de las células adyacentes. La pared secundaria se encuentra entre la membrana plasmática y la pared primaria.

La lámina media está formada mayoritariamente por pectinas. 

La pared primaria es la primera que se forma durante el desarrollo de la célula. Está formada por microfibrillas de celulosa dispuestas de forma reticular, hemicelulosa, pectinas, glicoproteínas y H2O.

La pared secundaria es la pared más gruesa y está formada por varias capas. Formada por microfibrillas de celulosa orientadas paralelamente, hemicelulosa y H2O. Es muy rígida.

Especializaciones de la pared celular 

Paso de sustancias regulado por las siguientes especializaciones:

• Punteaduras. Adelgazamientos o áreas finas de las paredes celulares.Constan de una cavidad y de una membrana de cierre.

• Plasmodesmos. Son finos conductos que atraviesan las paredes celulares y conectan los citoplasmas de células adyacentes permitiendo el paso de pequeñas moléculas. Están rodeadas por una membrana plasmática que es común a las dos células unidas y en su interior presentan un túbulo de retículo endoplasmático denominado desmotúbulo. (En la imagen inferior se aprecia todo)

Funciones de la pared celular

• Protege y da forma a la célula.
• Las paredes unen las células entre sí formando la planta.
• Las paredes permiten a la célula vivir en medio hipotónico; como consecuencia de la entrada de agua, las células se hinchan, proceso conocido como turgencia. Esta es la principal fuerza impulsora de expansión celular durante el crecimiento de la planta.
• La lignificación refuerza las paredes celulares y permite la posición erecta.
• La cutinización y suberificación impermeabilizan la superficie evitando la pérdida de agua.
• La pared celular constituye una barrera para el paso de sustancias y agentes patógenos.

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