Membranas Celulares

Una membrana actúa como una bolsa que contiene todos los componentes y fluidos internos de la célula, a la vez que mantiene los elementos externos fuera de ella.
Los poros en la membrana permiten el paso selectivo de ciertas sustancias dentro o fuera de la célula.

Aislar el contenido celular del medio externo.
Regular el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior celular.
Permitir la comunicación entre células.

Las membranas celulares están compuestas principalmente por bicapas lipídicas, que forman una barrera fundamental.
Fosfolípidos: Son el esqueleto de la membrana.
- Estructura Química de un Fosfolípido:
  - Poseen una cabeza polar (hidrofílica) que contiene un grupo fosfato (P_0) y glicerol.
  - Poseen colas no polares (hidrofóbicas) formadas por ácidos grasos (cadenas de carbonos e hidrógenos).
  - Un modelo simplificado de un fosfolípido muestra una cabeza polar esférica y dos colas no polares.
- Las bicapas lipídicas se forman con las cabezas polares mirando hacia el exterior y el interior acuoso, y las colas no polares hacia el centro de la bicapa, creando una región hidrofóbica.
Fluidez de la Membrana: La bicapa lipídica puede ser más o menos fluida dependingo de la composición lipídica.

La membrana es permeable a diversas sustancias esenciales para la vida celular:

Respiración: Intercambio de gases como el oxígeno (O2) y el dióxido de carbono (CO2).
Consumo/Pérdida de Agua: Flujo de H_2O.
Nutrición: Absorción de azúcares, aminoácidos, ácidos grasos y vitaminas.
Iones: Paso de iones como Na^+, K^+, Ca^{2+}.
Excreción: Eliminación de productos de desecho como el amoníaco (NH_3) y la urea (en animales).
Enzimas: Algunas enzimas están embebidas en la membrana o asociadas a ella.
Receptores: Sitios para hormonas, antígenos y reconocimiento celular.
Secreción: Liberación de sustancias como neurotransmisores y hormonas.
Componentes Estructurales: Procolágeno (ensamblado en fibras de colágeno fuera de las células de mamíferos), celulosa y hemicelulosa (ensamblados en las células vegetales, fuera de la célula).

Existen tres mecanismos principales:

Difusión (y Ósmosis): No requiere energía externa, utiliza la energía cinética de las moléculas.
Transporte Activo: Movimiento selectivo de sustancias en contra de un gradiente de concentración, requiere energía metabólica.
Transporte a Granel (en Masa): Implica el movimiento de sólidos o líquidos en grandes cantidades mediante vesículas, también requiere energía metabólica.

Definición: Es el pasaje libre de moléculas (y átomos o iones) de una región de alta concentración a una región de baja concentración.
Ejemplos: El movimiento de oxígeno (O2), dióxido de carbono (CO2) y glucosa a través de la membrana celular sigue este principio.
Componentes de la Membrana Implicados:
- Bicapa lipídica: Permite el paso de moléculas pequeñas y no polares (difusión simple).
- Proteínas: Pueden ser:
  - Proteínas de canal: Forman poros selectivos para el paso de iones o moléculas pequeñas polares (difusión facilitada).
  - Proteínas transportadoras: Se unen a la sustancia y la transportan a través de la membrana (difusión facilitada).
  - Proteínas receptoras: Participan en la comunicación celular.
  - Glicoproteínas y Glucolípidos: Proteínas y lípidos con carbohidratos, importantes en el reconocimiento celular.
  - Colesterol: Regula la fluidez de la membrana.
Difusión Facilitada: Es un tipo de difusión que requiere la ayuda de proteínas de membrana (canales o transportadores) para mover sustancias grandes o polares, pero sigue siendo a favor del gradiente de concentración y no consume energía metabólica directamente.
- Acuaporinas: Son ejemplos de canales proteicos que facilitan específicamente el paso de moléculas de agua (H_2O) a través de la membrana (ejemplo de difusión facilitada).

Definición: Es la difusión libre de moléculas de agua (H_2O) de una región donde hay mayor concentración de agua (y, por lo tanto, baja concentración de soluto) a una región donde hay menor concentración de agua (y, por lo tanto, alta concentración de soluto) a través de una membrana semipermeable.
**Efectos de la Ósmosis en las Células (Ejemplo de Glóbulos Rojos):
- Medio Hipotónico: Mayor concentración de agua fuera de la célula. El agua entra en la célula, provocando que se hinche y pueda lisarse (hinchada).
- Medio Isotónico: Igual concentración de agua dentro y fuera de la célula. No hay movimiento neto de agua, y la célula mantiene su forma normal (normal).
- Medio Hipertónico: Menor concentración de agua fuera de la célula. El agua sale de la célula, provocando que se encoja y se arrugue (crenada).

Definición: Es el movimiento de sustancias a través de la membrana en contra de su gradiente de concentración (de una región de baja concentración a una de alta concentración).
Mecanismo: Requiere el uso de proteínas bomba, que son altamente selectivas para las sustancias que transportan.
Fuente de Energía: Toda la energía para el transporte activo proviene del metabolismo celular, principalmente en forma de ATP (adenosín trifosfato).
- ATP y ADP: El ATP es un nucleótido que actúa como una 'batería cargada' debido a su enlace fosfato-oxígeno altamente energético. El ADP (adenosín difosfato) es la 'batería descargada'. La respiración celular es el proceso de 'carga de la batería' (generación de ATP).

La permeabilidad de la membrana varía según el mecanismo de transporte:

Difusión Simple:
- No selectivo: Depende principalmente del tamaño de las partículas y de sus propiedades hidrofílicas/hidrofóbicas.
Difusión Facilitada:
- Selectivo: Implica proteínas de canal específicas que permiten el paso de ciertas moléculas o iones.
Transporte Activo:
- Altamente selectivo: Implica proteínas bomba específicas que transportan selectivamente sustancias, por ejemplo, el movimiento de minerales en las raíces de las plantas o la absorción de nutrientes en el intestino.

Descripción: Es el modelo aceptado para describir la estructura de la membrana celular. Propone una bicapa de fosfolípidos en la que diversas proteínas están embebidas pero tienen la libertad de moverse lateralmente (fluidez).

Composición: Formado por glicoproteínas (proteínas con cadenas de carbohidratos) y glicolípidos (lípidos con cadenas de carbohidratos) en la superficie externa de la membrana celular.
Características: Es altamente hidrofílico.
Funciones: Es crucial para el reconocimiento y la adhesión célula-célula.

Canales de una membrana: Simulación "Membrane Channels" en phet.colorado.edu/es_PE/simulations/membrane-channels.
Homeostasis Celular: Actividad "Cell Homeostasis Virtual Lab" en video.esc4.net/video/assets/Science/Biology/Gateway%20Resources/cell%20homeostasis%20virtual%20lab%20-%20activity/index.html.