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Modelo de mosaico fluído: artículo sobre membranas celulares

Podría parecer que el organismo humano está compuesto de una mezcla caótica de partes al azar, pero este no es el caso. Los nutrientes líquidos, la información para el funcionamiento y la maquinaria celular que conforman el cuerpo humano están guardados dentro de células individuales, rodeados de una doble capa de lípidos.
El propósito de la membrana celular es mantener unidos los distintos componentes de la celula y protegerlos del ambiente que la rodea. La membrana celular también regula lo que entra y sale de ella, para que no pierda demasiados nutrientes, ni tome demasiados iones. También mantiene fuera cosas dañinas con bastante éxito.

¿De qué está hecha?

La membrana celular está compuesta principalmente por tres cosas: 1. Fosfolípidos 2. Colesterol 3. Proteínas

1) Fosfolípidos

Un fosfolípido tiene dos partes importantes: la cabeza y dos colas. La cabeza es una molécula de fosfato que tiene atracción por el agua (hidrófila). Las dos colas están hechas de ácidos grasos (cadenas de carbonos) que no son compatibles con el agua, o la repelen (hidrófobas). La membrana celular está expuesta al agua mezclada con electrolitos y otros materiales tanto dentro como fuera de la célula. Cuando se forma una membrana celular, los fosfolípidos se acomodan en dos capas debido a estas propiedades hidrófilas e hidrófobas. Las cabezas de fosfolípido en cada capa miran hacia el entorno acuoso a cada lado, y las colas se esconden del agua entra las capas de cabezas porque son hidrófobas. Los biólogos llaman esta característica de acomodo cuidadoso "autoensambaje".

2) Colesterol

El colesterol es un tipo de esteroide que ayuda a regular las moléculas que entran y salen de la célula. Hablaremos de esto con más detalle después, pero por ahora, recuerda que es parte de la membrana celular.

3) Proteínas

La célula se conforma de dos tipos distintos o "clases" de proteínas. Las proteínas integrales se alojan en la bicapa de fosfolípidos y se asoman de lado a lado. Las proteínas integrales ayudan a transportar moléculas más grandes, como la glucosa, a través de la membrana. Tienen regiones conocidas como polares y no polares que corresponden a la polaridad de la bicapa de fosfolípidos.
Los términos "polar" y "no polar" se refieren a la concentración de electrones en una molécula. "Polar" significa que los electrones no están distribuidos uniformemente, lo que hace que un lado de la molécula tenga mayor carga positiva o negativa que el otro lado. "No polar" significa que los electrones están distribuidos equitativamente, por lo que la molécula tiene una carga uniforme en la superficie.
La otra clase de proteína se llama proteína periférica, que no va de un lado a otro de la membrana. Estas proteínas pueden o no estar pegadas a los extremos de las proteínas integrales, y ayudan con el transporte o la comunicación.

¿Qué hace que la membrana celular sea fluida?

El modelo de mosaico fluido de la membrana celular es la forma como los científicos describen cómo se ve y cómo funciona la membrana celular, puesto que está hecha de un montón de moléculas distintas que están distribuidas por toda la membrana. Si hicieras un gran acercamiento a la membrana celular, verías un patrón de diferentes moléculas reunidas, también conocido como mosaico. Estas moléculas están en constante movimiento en dos dimensiones, de manera fluida, semejante a témpanos de hielo que flotan en el océano. El movimiento del mosaico de moléculas hace imposible formar una barrera completamente impenetrable.
Hay 3 factores principales que determinan la fluidez de la membrana celular:
  1. Temperatura: la temperatura afectará cómo se mueven los fosfolípidos y cuán cerca se encuentran. A menor temperatura se encuentran más cerca y cuando la temperatura es mayor, se alejan.
  1. Colesterol: las moléculas de colesterol están distribuidas al azar a lo largo de la bicapa de fosfolípidos, lo que ayuda a que la bicapa se mantenga fluida bajo diferentes condiciones ambientales. El colesterol mantiene juntos a los fosfolípidos para que no se separen demasiado, y así permitan el ingreso de sustancias no deseadas, ni que se compacten demasiado y restrinjan el movimiento a través de la membrana. Sin colesterol, los fosfolípidos en tus células se acercarían unos a otros al exponderse al frío, y sería más difícil que moléculas pequeñas, como los gases, se apretaran entre los fosfolípidos como lo hacen normalmente. Sin colesterol, los fosfolípidos se comienzan a separar unos de otros, dejando grandes huecos.
  2. Ácidos grasos saturados e insaturados: los ácidos grasos son lo que conforma las colas de los fosfolípidos. Los ácidos grasos saturados son cadenas de carbonos unidos solo por enlaces sencillos. Como resultado, las cadenas son rectas y fáciles de empaquetar de forma compacta. Las grasas insaturadas son cadenas de carbonos que tienen enlaces dobles entre algunos de ellos. Los enlaces dobles crean codos en la cadena, lo que dificulta empaquetarlas de forma apretada.
Estos codos juegan un papel en la fluidez de la membrana, ya que aumentan el espacio entre los fosfolípidos, lo que hace que las moléculas sean más difíciles de congelar a temperaturas más bajas. Además, el espacio mayor permite que ciertas moléculas pequeñas, como CO2 y O2, atraviesen la membrana fácil y rápidamente.

¿Qué puede atravesar la membrana celular?

Los fosfolípidos se atraen mutuamente, pero también están en constante movimiento y rebotan un poco unos en otros. Los espacios creados por la fluidez de la membrana son increíblemente pequeños, por lo que sigue siendo una barrera efectiva. Por esta razón, y por la capacidad de las proteínas para ayudar con el transporte a través de la membrana, se dice que la membrana celular es semipermeable.
Hay 5 grandes categorías de moléculas que se encuentran en el ambiente celular. Algunas de estas moléculas pueden atravesar la membrana y algunas requieren la ayuda de otras moléculas o procesos. Una manera de distinguir entre estas categorías de molécula se basa en cómo interactúan con el agua. Las moléculas hidrófilas (amantes del agua) pueden formar enlaces con el agua y con otras moléculas hidrófilas. Estas se conocen como moléculas polares. Se puede decir lo opuesto de las moléculas hidrófobas (temerosas del agua), estas se llaman moléculas no polares.
  1. Moléculas no polares pequeñas (p.ej.: oxígeno y dióxido de carbono) pueden atravesar la bicapa lipídica; lo hacen apretujándose entre la bicapa de fosfolípidos. No necesitan proteínas para transportarse y pueden difundirse rápidamente.
  2. Moléculas polares pequeñas (p.ej.: agua): esto es un poco más difícil que el tipo de molécula anterior. Recuerda que el interior de la bicapa de fosfolípidos está hecha de las colas hidrófobas. No será fácil que las moléculas de agua crucen, pero lo pueden hacer sin la ayuda de proteínas. Este es un proceso un poco más lento.
  3. Moléculas no polares grandes (p. ej.: anillos de carbono): estos anillos pueden pasar, pero también es un proceso lento.
  4. Moléculas polares grandes (p.ej.: azúcares simples como la glucosa) e iones: la carga de un ion y el tamaño y carga de moléculas polares grandes hacen que sea muy difícil pasar por la región no polar de la membrana de fosfolípidos sin ayuda.

Considera lo siguiente:

¿Qué pasa cuando hay un problema con la capacidad de la membrana celular para tomar/exportar moléculas importantes o comunicarse? Hay muchas enfermedades asociadas con problemas en la capacidad de la bicapa de fosfolípidos para realizar estas funciones. Una de ellas es la enfermedad de Alzheimer, que se caractariza por el achicamiento del cerebro y la pérdida de memoria. Una idea que explica por qué ocurre la enfermedad de Alzheimer es la formación de placa que se pega a la bicapa de fosfolípidos de la neuronas cerebrales. Estas placas bloquean la comunicación entre las neuronas, lo que eventualmente lleva a la muerte neuronal, que a su vez causa los síntomas del Alzheimer, tal como una memoria de corto plazo pobre.

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