Biofisica de membranas

Biofísica de membranas
Membranas
Características generales Las membranas biológicas desempeñan un papel fundamental en la estructura y en la función de todas las células, tanto procariotas como eucariotas (Figura 1). La membrana plasmática participa en una infinidad de procesos celulares (reconocimiento, señalización...). Además envuelve y delimita la célula, creando así una barrera depermeabilidad selectiva para la mayoría de los solutos. Esta permeabilidad permite a la célula un intercambio de materia, energía e información con el medio extracelular. Además, en organismos eucariotas, los diferentes compartimentos celulares como son el núcleo, mitocondrias, cloroplastos, retículo plasmático y aparato de Golgi entre otros están igualmente delimitados por una membrana.

Figura 1Imagen de una célula vegetal y una célula animal.

Composición de las membranas biológicas Su estructura básica consta de una bicapa lipídica, formada por fosfolípidos, que actúa como un soporte en el cual se insertan numerosas moléculas como canales iónicos, receptores químicos, transportadores, bombas iónicas, enzimas que generan segundos mensajeros, proteínas de reconocimiento y de conexión conotras células, o proteínas que sirven de 1

soporte a elementos del citoesqueleto. Esta construida de diferentes elementos, proteínas, fosfolípidos y esteroides. Los fosfolípidos fosfatidilcolina, fosfatidiletalonamina, fosfatidilserina y la esfingomielina constituyen más del 50 % de los fosfolípidos de la mayoría de las biomembranas. Los esteroides, como el colesterol, tienen un papel importanteen la regulación de las propiedades físico-químicas de las membranas biológicas regulando su resistencia y fluidez. La cantidad relativa de estos componentes y también los tipos de lípido varía de membrana a membrana. Modelos propuestos Los primeros trabajos que se hicieron para conocer las características de la membrana se remontan al año 1895 [Overton, 1895] por Ernest Overton. Éste observó quehabía una difusión de sustancias no polares a través de la membrana celular y por eso postuló que la célula estaba envuelta por una estructura lipídica. Ya en 1925, Gorter y Grendel [Gorter, 1925] observaron que el área ocupada en una superficie de agua por los lípidos extraídos de eritrocitos era el doble del área calculada para la superficie celular, por lo que dedujeron que la membrana estáformada por una bicapa lipídica. Diez años más tarde James Danielli y Hugh Davson [Danielli y Davson, 1935] propusieron el modelo de “sándwich” donde describían a la membrana como una bicapa lipídica rodeada por sendas monocapas de proteínas globulares. El modelo actual que describe la organización estructural de la membrana plasmática fue propuesto en 1972 por los científicos Jonathan Singer yGarth Nicolson [Singer y Nicolson, 1972]. Este modelo describe la membrana plasmática como un mosaico fluido que contiene diversas proteínas insertadas en una matriz de fosfolípidos. Los fosfolípidos en la membrana forman una bicapa lipídica con las cabezas polares dirigidas hacia el exterior y las colas hidrofóbicas hacia el interior de la bicapa. Tiene un grosor aproximado de 75 Å, por ello no esposible visualizarla al microscopio óptico pero sí con el microscopio electrónico, a través del cual la membrana plasmática se muestra, cuando se utilizan técnicas de tinción positiva, como una estructura formada por dos líneas oscuras laterales y una central más clara. Propiedades de la membrana La membrana plasmática es un mosaico de diferentes tipos de proteínas (generalmente glicoproteínas)insertadas en una bicapa de fosfolípidos. El conjunto se mueve en el plano de la membrana como si fuera un fluido, de ahí

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el nombre que recibe este modelo de estructura: mosaico fluido (Figura 2). Así pues, todas las membranas biológicas son entidades dinámicas, es decir, estructuras fluidas, pues la mayoría de sus lípidos y proteínas son capaces de moverse en el plano de la membrana,...