Una distinción clara entre la célula y su entorno se encuentra mediante microscopía, y se denomina membrana plasmática o membrana celular. Esta separa la célula de su entorno. Los lípidos y las proteínas son los principales componentes de las membranas celulares, junto con unos pocos azúcares. Los lípidos representan aproximadamente el 50%, las proteínas alrededor del 40%, y los azúcares el resto. El modelo de mosaico fluido es el modelo actualmente aceptado que describe la estructura y el comportamiento de la membrana celular. La bicapa lipídica es el andamio básico en el que se incrustan las moléculas de proteína. No es estática, sino similar a un cristal líquido: no solo puede fluir como un líquido, sino que la estructura básica de la membrana permanece inalterada durante el movimiento. Esta movilidad es la base para el intercambio de materiales y la transferencia de información en las biomembranas.
Lípidos, fosfolípidos en la membrana celular
La mayoría de los lípidos son fosfolípidos anfotéricos que forman una bicapa como el esqueleto de la membrana: sus cabezas con grupos fosfóricos hidrofílicos se orientan hacia la solución acuosa y las colas hidrofóbicas de ácidos grasos se orientan hacia el interior de la bicapa. Las débiles interacciones hidrofóbicas y las colas dobladas que resultan de los enlaces dobles hacen que los fosfolípidos no estén muy ordenados. Por lo tanto, la membrana celular no es estacionaria, puede fluir como un líquido. La cantidad de ácidos grasos insaturados y su longitud juegan un papel clave en su fluidez. Cuantos más enlaces dobles haya en los ácidos grasos y cuanto más cortas sean las cadenas de ácidos grasos, mayor será la fluidez de la membrana, y viceversa. La temperatura también tiene un efecto significativo en el movimiento de la membrana: si la temperatura es demasiado baja, la membrana se solidificará e inmovilizará, y viceversa.
Los esteroides regulan la estabilidad y la fluidez de las membranas celular.
Si no hay otras moléculas en la membrana, la bicapa lipídica es una estructura repetitiva ordenada, que tiende a volverse cristalina a bajas temperaturas. Los esteroides pueden insertarse en la membrana para separar los lípidos adyacentes, interrumpiendo la estructura repetitiva y reduciendo su capacidad de empaquetarse estrechamente. Esto resulta en una membrana que fluye incluso a bajas temperaturas. Las interacciones de enlace de hidrógeno e hidrofóbicas de los esteroides y los lípidos ayudan a mejorar la estabilidad y la elasticidad de las membranas celulares, permitiéndoles resistir mejor los cambios y las tensiones. Cuando la temperatura es demasiado alta, estas interacciones dificultan el movimiento libre de las moléculas y evitan que la membrana se vuelva un estado líquido desordenado.
Sin embargo, si el nivel de esteroides es demasiado alto o demasiado bajo, puede conducir a la inestabilidad. Niveles altos de esteroides pueden provocar un exceso de rigidez en la membrana, volviéndola rígida y dificultando el transporte de sustancias. Por otro lado, niveles bajos de esteroides pueden llevar a una excesiva fluidez, volviendo la membrana suelta y vulnerable a daños. Por lo tanto, niveles moderados de esteroides son esenciales para mantener la estabilidad y la función de las membranas celulares.
Proteínas incrustadas en la membrana plasmática
La membrana celular es rica en proteínas que desempeñan una variedad de funciones. Estas proteínas se dividen en proteínas integrales y proteínas periféricas. Proteínas integrales: algunas están incrustadas en la membrana con sus extremos expuestos, mientras que otras son proteínas grandes que abarcan ambos lados de la membrana; sus partes hidrofóbicas se encuentran en el centro de la membrana, mientras que las partes hidrofílicas están expuestas en la superficie. Proteínas periféricas: no están incrustadas en la membrana y están unidas a la parte hidrofílica de las proteínas o lípidos mediante enlaces iónicos u otros enlaces más débiles como apéndices; estas proteínas se desprenden de la membrana celular cuando aumenta la temperatura de la solución o cambia la concentración de iones.
Movimiento de proteínas en el plano de membrana celular
Algunas proteínas están unidas al citoesqueleto para mantenerse en una posición fija; otras pueden moverse dentro de la membrana celular de varias formas, incluyendo la difusión lateral, la difusión rotacional y la difusión transversal (también conocida como volteo). El movimiento de las proteínas dentro de la membrana celular está influenciado por diversos factores, como la temperatura, el tamaño y la forma de la proteína, la composición lipídica de la membrana y la presencia de otras proteínas o moléculas dentro de la membrana.
La difusión lateral se refiere al movimiento de las proteínas dentro del plano de la membrana, de una zona de la membrana a otra. Este tipo de movimiento es relativamente rápido y es la forma más común en que las proteínas se mueven dentro de la membrana.
La difusión rotacional se refiere a la rotación de una proteína alrededor de su eje largo dentro de la membrana. Este tipo de movimiento es relativamente lento.
La difusión transversal, o volteo, se refiere al movimiento de una proteína de un lado de la membrana al otro. Este tipo de movimiento es relativamente raro y requiere que la proteína atraviese el interior hidrofóbico de la membrana.
Carbohidratos en membrana celular
Los carbohidratos de la membrana son generalmente cadenas cortas y ramificadas. La mayoría de ellos están unidos de forma covalente a proteínas en la membrana para formar glicoproteínas. Otros están unidos de forma covalente a lípidos, a los que se les llama glucolípidos. La amplia variedad de azúcares de membrana presentes en la membrana plasmática extracelular juega un papel clave en el reconocimiento célula-célula. Varían de una especie a otra, de un individuo a otro de la misma especie e incluso de una célula a otra del mismo individuo. Por ejemplo, las diferencias en las glicoproteínas dan lugar a los cuatro tipos de sangre, A, B, AB y O.