Membrana celular: un elemento estructural de la célula que la protege del entorno externo. Con su ayuda, interactúa con el espacio intercelular y forma parte del sistema biológico. Su membrana tiene una estructura especial formada por una bicapa lipídica, proteínas integrales y semiintegrales. Estos últimos son moléculas grandes que realizan diversas funciones. Muy a menudo, están involucrados en el transporte de sustancias especiales, cuya concentración en diferentes lados de la membrana se regula cuidadosamente.
Plano general de la estructura de la membrana celular
La membrana plasmática es un conjunto de moléculas de grasas y proteínas complejas. Sus fosfolípidos, con sus residuos hidrofílicos, se ubican en lados opuestos de la membrana, formando una bicapa lipídica. Pero sus áreas hidrofóbicas, que consisten en residuos de ácidos grasos, están vueltas hacia adentro. Esto le permite crear una estructura fluida de cristal líquido que puede cambiar constantemente de forma y está en equilibrio dinámico.
Esta característica de la estructura le permite limitar la célula del espacio intercelular, porque la membrana es normalmente impermeable al agua y todas las sustancias disueltas en ella. Algunas proteínas integrales complejas, moléculas semi-integrales y de superficie están inmersas en el espesor de la membrana. A través de ellos, la célula interactúa con el mundo exterior, manteniendo la homeostasis y formando tejidos biológicos integrales.
Proteínas de membrana plasmática
Todas las moléculas de proteína que se encuentran en la superficie o en el espesor de la membrana plasmática se dividen en tipos dependiendo de la profundidad de su aparición. Hay proteínas integrales que penetran en la bicapa lipídica, proteínas semiintegrales que se originan en la región hidrofílica de la membrana y salen al exterior, así como proteínas de superficie ubicadas en la zona externa de la membrana. Las moléculas de proteína integral impregnan el plasmalema de una manera especial y pueden conectarse al aparato receptor. Muchas de estas moléculas impregnan toda la membrana y se denominan transmembrana. El resto está anclado en la porción hidrofóbica de la membrana y sale a la superficie interna o externa.
Canales de iones celulares
La mayoría de las veces, los canales iónicos actúan como proteínas complejas integrales. Estas estructuras son responsables del transporte activo de ciertas sustancias dentro o fuera de la célula. Se componen de varias subunidades de proteínas y un sitio activo. Cuando se expone a un ligando específico en el centro activo, representado por un conjunto específicoaminoácidos, hay un cambio en la conformación del canal iónico. Tal proceso le permite abrir o cerrar el canal, iniciando o deteniendo así el transporte activo de sustancias.
Algunos canales iónicos están abiertos la mayor parte del tiempo, pero cuando se recibe una señal de una proteína receptora o cuando se une un ligando específico, pueden cerrarse, deteniendo la corriente iónica. Este principio de funcionamiento se reduce a que hasta que no se reciba una señal receptora o humoral para detener el transporte activo de una determinada sustancia, éste se llevará a cabo. Tan pronto como se reciba la señal, el transporte debe detenerse.
La mayoría de las proteínas integrales que actúan como canales iónicos funcionan para inhibir el transporte hasta que un ligando específico se une al sitio activo. Entonces se activará el transporte de iones, lo que permitirá recargar la membrana. Este algoritmo de funcionamiento de los canales iónicos es típico de las células de los tejidos humanos excitables.
Tipos de proteínas incrustadas
Todas las proteínas de membrana (integrales, semiintegrales y de superficie) realizan funciones importantes. Es precisamente por su especial papel en la vida de la célula que tienen un cierto tipo de integración en la membrana de fosfolípidos. Algunas proteínas, más a menudo estos son canales iónicos, deben suprimir completamente el plasmalema para realizar sus funciones. Entonces se les llama politópicos, es decir, transmembrana. Otros se localizan por su sitio de anclaje en el sitio hidrofóbico de la bicapa de fosfolípidos, y el sitio activo se extiende solo hacia el interior o solo hacia el exterior.superficie de la membrana celular. Entonces se llaman monotópicos. Más a menudo son moléculas receptoras que reciben una señal de la superficie de la membrana y la transmiten a un "intermediario" especial.
Renovación de proteínas integrales
Todas las moléculas integrales penetran completamente en el área hidrofóbica y se fijan en ella de tal manera que su movimiento solo se permite a lo largo de la membrana. Sin embargo, la entrada de la proteína en la célula, al igual que el desprendimiento espontáneo de la molécula de proteína del citolema, es imposible. Existe una variante en la que las proteínas integrales de la membrana penetran en el citoplasma. Se asocia a la pinocitosis o fagocitosis, es decir, cuando una célula capta un sólido o líquido y lo envuelve con una membrana. Luego se introduce junto con las proteínas incrustadas en él.
Por supuesto, esta no es la forma más eficiente de intercambiar energía en la célula, porque todas las proteínas que antes servían como receptores o canales iónicos serán digeridas por el lisosoma. Esto requerirá su nueva síntesis, para lo cual se gastará una parte significativa de las reservas de energía de los macroergios. Sin embargo, durante la "explotación" de las moléculas de los canales iónicos o receptores a menudo se dañan, hasta el desprendimiento de secciones de la molécula. Esto también requiere su resintetización. Por tanto, la fagocitosis, aunque se produzca con el desdoblamiento de sus propias moléculas receptoras, es también una forma de renovación constante de las mismas.
Interacción hidrófoba de proteínas integrales
Como eradescritas anteriormente, las proteínas integrales de membrana son moléculas complejas que parecen estar atrapadas en la membrana citoplasmática. Al mismo tiempo, pueden nadar libremente en él, moviéndose a lo largo del plasmalema, pero no pueden separarse de él y entrar en el espacio intercelular. Esto se debe a las peculiaridades de la interacción hidrófoba de las proteínas integrales con los fosfolípidos de membrana.
Los centros activos de las proteínas integrales se encuentran en la superficie interna o externa de la bicapa lipídica. Y ese fragmento de la macromolécula, que es responsable de la fuerte fijación, siempre se encuentra entre las regiones hidrofóbicas de los fosfolípidos. Debido a la interacción con ellas, todas las proteínas transmembrana permanecen siempre en el espesor de la membrana celular.
Funciones de macromoléculas integrales
Cualquier proteína de membrana integral tiene un sitio de anclaje ubicado entre los residuos hidrofóbicos de los fosfolípidos y un centro activo. Algunas moléculas tienen un solo centro activo y están ubicadas en la superficie interna o externa de la membrana. También hay moléculas con múltiples sitios activos. Todo esto depende de las funciones que realizan las proteínas integrales y periféricas. Su primera función es el transporte activo.
Las macromoléculas de proteínas, que son responsables del paso de iones, constan de varias subunidades y regulan la corriente de iones. Normalmente, la membrana plasmática no puede dejar pasar iones hidratados, ya que es un lípido por naturaleza. La presencia de canales iónicos, que son proteínas integrales, permite que los iones penetren en el citoplasma y recarguen la membrana celular. Este es el mecanismo principal para la aparición del potencial de membrana de las células tisulares excitables.
Moléculas receptoras
La segunda función de las moléculas integrales es la función de receptor. Una bicapa lipídica de la membrana implementa una función protectora y limita completamente a la célula del ambiente externo. Sin embargo, debido a la presencia de moléculas receptoras, que están representadas por proteínas integrales, la célula puede recibir señales del entorno e interactuar con él. Un ejemplo es el receptor suprarrenal de cardiomiocitos, la proteína de adhesión celular, el receptor de insulina. Un ejemplo particular de una proteína receptora es la bacteriorrodopsina, una proteína de membrana especial que se encuentra en algunas bacterias y que les permite responder a la luz.
Proteínas de interacción intercelular
El tercer grupo de funciones de las proteínas integrales es la realización de contactos intercelulares. Gracias a ellos, una célula puede unirse a otra, creando así una cadena de transferencia de información. Los nexos funcionan de acuerdo con este mecanismo: uniones de brecha entre cardiomiocitos, a través de las cuales se transmite el ritmo cardíaco. El mismo principio de funcionamiento se observa en las sinapsis, a través de las cuales se transmite un impulso en los tejidos nerviosos.
A través de las proteínas integrales, las células también pueden crear una conexión mecánica, que es importante en la formación de un tejido biológico integral. Además, las proteínas integrales pueden desempeñar el papel de enzimas de membrana y participar en la transferencia de energía, incluidos los impulsos nerviosos.
