Biología, la vida en la tierra con fisiología Tomo 01-páginas-23

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E s t r u c t u r a y f u n c ió n d e la membrana c e lu la r 81
E s tu d io d e ca so c o n t i n u a c i ó n
Venenos nocivos
A lgunos de los efectos m ás devastadores del veneno de 
ciertas serp ientes y arañas se deben a q ue contienen enzim as, 
llam adas fósfo lipasas, q ue degradan los fosfo lip idos d e la 
m em brana celular y producen la m uerte d e las célu las.
léculas m ás grandes s in carga y so lub les e n líp idos, pueden pasar 
p o r la b icapa.
En la m ayo ría d e las célu las an im a les, la b icap a d e fosfolf- 
p id os d e la m em brana con tiene tam b ién co lcstero l [v ia se la figu­
ra 5-1). A lgunas m em branas celulares tienen pocas m o lécu las de 
co lestero l; otras tienen tantas d e co lcstero l co m o de fosfo lip idos. 
F J co lestero l afecta la estructura y e l fu n c io n am ien to d e la m em ­
b ran a d e varias m aneras: estab iliza la b icapa d e fo sfo lip idos, de 
m o d o q u e se a m enos flu id a a tem peraturas e levadas y m enos só ­
lid a co n las bajas, adem ás d e ser m enos p erm eab le a sustancias 
so lub les e n agua, co m o iones o m onosacáridos.
La naturaleza flex ib le y un tan to flu id a d e la b icapa es m u y 
im po rtan te para e l fu n c io n am ien to d e la m em brana. Cada vez 
q ue respiras, m ueves los o jos o pasas las páginas d e este lib ro , las 
célu las de tu cuerpo cam b ian d e form a. S i las m em branas plas­
m áticas fueran rígidas e n lugar de flexibles, las célu las pod rían 
rom perse y m o rir. Adem ás, co m o se expuso e n e l cap itu lo 4, las 
m em branas d e las cé lu las eucariontes están e n m o v im ie n to cons­
tante. Los com partim entos envue ltos e n m em branas transportan 
sustancias d en tro d e la cé lu la , to m an y expulsan m ateria l a l exte­
r io r y e n estas actividades fu s io n an sus m em branas. Este f lu jo y 
fu s ió n de las m em branas es p o s ib le gracias a la naturaleza flu ida 
d e la b icapa d e fosfo lip idos.
D iversas proteínas form an un m osaico 
dentro de la m em brana
M ile s de p rote ínas d e m em brana están insertadas o un idas a la 
superficie d e la b icapa de fo sfo lip id os de la m em brana celu lar. 
Las proteínas d e la m e m b ran a p lasm ática q u e llevan ca rboh id ra ­
tos u n id o s a la parte expuesta d e la m em brana ce lu la r (iVase la 
figura 5-1) se llam an g lu c o p ro tc ín a s (jlu co v iene d e l té rm in o 
griego q ue significa 'd u lc e * y se refiere a la parte d e los ca rboh i­
dratos con sus un idad es de azúcar). C a s i todas las p rote ínas d e la 
m em brana p lasm ática están insertadas, a l m en o s parcia lm ente, 
en la b icap a d e fo s fo lip id o s , p ero algunas se adh ieren a la su­
perficie. [.as p rote ínas d e m e m b ran a pueden clasificarse e n c in co 
grandes categorías basadas e n s u fu n c ió n : receptoras, d e recono ­
cim ien to , enzim áticas, de u n ió n y de transpone.
Casi todas las célu las lle va n docenas d e tipos d e p ro te ín a s 
re c e p to ra s (a lgunas d e las cuales son g lucop ro te inas) re p n id a s 
p o r la m em brana p lasm ática. Para realizar sus funciones, las cé­
lu la s t ien e n q u e responder a los m ensajes env iad o s por o tras. Es­
tos m ensa jes so n m o lécu las (co m o las h o rm o n a s ) transportadas 
p o r el to rrente sangu íneo . Después d e penetrar p o r d ifu s ión e n el 
liq u id o extracelular, estas m oléculas m ensajeras se unen e n pun­
tos específicos d e las proteínas receptoras, las cuales co m u n ican 
el m ensa je al in te rio r d e la cé lu la (F IG U R A 5-5). C u a n d o la m o­
lé cu la ap rop iada se un e a la receptora, ésta se 'a c t iv a ' ( a m enudo 
con u n cam b io d e fo rm a ), lo q ue p rod uce un a respuesta d en tro 
d e la célu la.
l a respuesta puede ser m u y diversa. L a fo rm a d e un a pro­
te ín a d en tro d e un a cé lu la p uede m odificarse y pasar d e inactiva 
a activa . Este cam b io es tim u la un a secuencia d e reacciones q u ím i­
cas e n la cé lu la q u e a lte ran su activ idad . P o r e jem p lo , cu an d o la 
h o rm o n a ep in efrin a (a d re n a lin a ) se en laza a u n receptor especí­
f ic o d e la m em brana e n las cé lu las m usculares, las estim u la para 
q ue degraden el g lucógeno e n g lucosa y aporten m ás energía 
para la con tracc ión de los m úscu los. C u a n d o otras p rote ínas re­
ceptoras se u n e n a m oléculas m ensajeras, ab ren los canales ió n i­
cos o in ic ian secuencias de reacciones que es tim u lan a las células 
para q u e se d iv id an o p roduzcan ho rm o n as. La co m u n icac ión 
en tre las célu las nerv iosas d ep end e tam b ién d e los receptores y 
g radas a las proteínas receptoras las célu las del sistem a in m u n e 
reconocen y atacan a los invasores q ue causan enferm edades.
1 ¿Te has preguntado...,
qué hacer si te muerde una serpiente venenosa?
SI hay especies de serpientes venenosas en la reglón donde 
vives. Ajate e n los colores y el tamaño de la serpiente que te 
mordió para poder Identificarla cuando llames a los servidos 
de urgencias. El doctor David Erk del Wyoming Medical Ccnter 
(Centro Médico de Wyoming), Interesado particularmente 
en mordidas de serpiente, ofrece e l siguiente consejo: en 
primer lugar, p ide ayuda médica de Inmediato. Para retrasar 
la propagación del veneno y la Inflamación que causa, mantón 
inmovilizado e l miembro mordido, idealmente apenas por 
debajo d e la a ltura a la que se encuentra el corazón. Quita 
adornos y accesorios apretados alrededor de la herida. No 
cortes la herida ni la succiones. No ap liques un torniquete, calor 
ni hielo. No bebas café ni alcohol, n i tomes medicina alguna. 
Conserva la calma lo más que puedas.
A F IG U R A 5-5 A c t iv a c ió n d e p ro te ín a s re ce p to ra s
O U n a hormona 
ae un e a l receptorhormona
0 La unión d e la 
hormona ac tiva al 
receptor, q ue cam bia 
d efo rm a
Citoplasm a)
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8 2 H ] : i l » 7 J » a i d e la c é lu la
Las p ro te ín a s d e re c o n o c im ie n to son g lucoproteinas que 
sirven co m o etiquetas d e identificación (léase la figura 5-1). Las cé­
lu las de cada in d iv id u o lle va n g lucoproteínas ún icas q ue las iden ­
tifican co m o 'y o * . Las célu las del sistem a in m u n ita r io ignoran al 
y o y atacan a las célu las invasoras, co m o las bacterias, q ue tienen 
d iferentes célu las d e recon oc im ien to e n la m em brana . Las pro­
te ínas d e recon oc im ien to d e la superfic ie de los g lób u lo s rojos 
llevan d istin tos grupos d e carboh idratos y d ete rm inan s i la san ­
gre es t ip o O , A. B o A B (w*dse tab la 10-1, e n la pág ina 187 ). Las 
transfusiones, a s í co m o los órganos trasplantados, d eb en tener 
g lucopro te inas q ue concuerden con las del receptor para reducir 
a l m ín im o los ataques d e l s is tem a inm un itario .
Las e n z im a s son proteínas q ue ca ta lizan las reacciones q u í­
m icas que s in te tizan o degradan las m o lécu las biológicas, co m o 
se verá e n el ca p ítu lo 6. A u n q u e m uchas enz im as están situadas 
en el citop lasm a, algunas se extienden a la m em brana ce lu lar y 
otras están unidas a la superficie d e las m em branas (véase la figu­
ra 5-1). la s enz im as d e la m em brana p lasm ática in c lu yen las que 
s intetizan las proteínas y carboh id ratos d e la m atriz extrace lu lar 
(u n a red d e fib ras d e proteínas y g lucopro te inas q ue llena los es­
pacios en tre las cé lu las an im a les ).
U n grupo va riad o d e p ro te ín a s d e u n ió n an c la la s m em ­
branas celulares de diversas m aneras. A lg u nas se extienden por 
la m em brana p lasm ática y sostienene l citoesqueleto d en tro de la 
célu la, co n la m atriz extrace lu lar fuera (véase la figura 5-1), de 
m o d o q u e la cé lu la conserve s u lug ar e n un te jido . A lgunas p ro ­
te ínas d e u n ió n m an tienen la fo rm a d e la cé lu la al en laza r la 
m e m b ran a p lasm ática a l c itoesqueleto y o tras adh ieren a la cé­
lu la y la m ueven por las superficies. O tras p rote ínas d e u n ió n 
establecen conexiones e n tre célu las contiguas, co m o se verá más 
ade lan te [léanse las figuras 5-17 y 5-18),
Las p ro te ín a s d e t r a n s p o r te regulan el m o v im ie n to de 
las m o lécu las h id ro fflicas p o r la m em brana p lasm ática . A lgunas 
proteínas de transporte, llam adas p ro te ín a s d e c a n a l, fo rm an 
canales p o r cuyos poros centrales las m o lécu las de agua o iones 
específicos atraviesan la m em brana s igu iendo e l grad iente de 
concentración (teose la figura 5-1). O tras proteínas d e transpor­
te, llam adas p ro te ín a s p o r ta d o ra s , t ien e n lugares d e en lace en 
lo s q ue se u n e n tem p o ra lm en te a las m o lécu las e n un la d o de la 
m em brana . Ensegu ida, estas p rote ínas ca m b ian d e fo rm a (a veces 
to m a n d o energ ía d e l A T P de la cé lu la ), pasan la m o lécu la p o r la 
m e m b ran a y la depositan d e l o tro lado . E n secc iones posteriores 
se describ irán estas proteínas de transporte.
5.2 ¿C Ó M O P A SA N LA S SU ST A N C IA S 
P O R LA S M E M B R A N A S ?
Las m oléculas de los flu idos se mueven 
en respuesta a gradientes
Ya sabes q ue las sustancias atraviesan las m em branas p o r d ifusión 
en la b icapa de fosfo líp idos o pasan p o r p rote ínas de transpone es­
pecializado. Para en tender m e jo r este fenóm eno se requieren d e f i­
n iciones y conocim ien tos previos. C o m o la m em brana plasm ática 
separa e l m ed io acuoso citoplasm ático del extracelular, se in iciará 
e l estud io d e l transporte e n las m em branas co n un an á lis is d e las 
características d e los flu idos, em pezando con algunas defin iciones;
• U n f lu id o es toda sustancia cuyas m o lécu las pueden desli­
zarse unas e n otras; co m o resu ltado, los flu idos n o tienen 
fo rm a p rop ia . So n flu idos los gases, los líq u id os y tam b ién 
las m em branas celulares, cuyas m o lécu las pueden deslizarse 
unas sobre otras.
• U n s o lu to es u n a sustanc ia q ue puede d iso lverse (dispersarse 
en átom os, m o lécu las o ion es in d iv id u a le s ) e n u n d is o l ­
ve n te , que es u n flu id o (n o rm a lm e n te u n liq u id o ) capaz
d e d iso lver el so lu to . E l agua, e n la q u e ocurren todos los 
procesos b io lóg icos, d isue lve u n to s so lutos q ue es llam ada 
'e l d iso lvente un iversa l* .
• La c o n c e n t r a c ió n de un a sustancia d e f in e la can tid ad de 
so lu to e n un a can tid ad d ad a d e l d iso lven te . Po r e jem p lo , la 
concentración d e la so lu c ió n d e azúcar es un a m ed id a del 
nú m ero d e m o lécu las d e azúcar con ten idas e n u n vo lu m en 
d ad o d e la so luc ió n .
• l ln g ra d ie n te es un a diferencia fisica e n propiedades co m o la 
temperatura, presión, carga eléctrica o concentración de una 
sustancia e n un flu ido entre dos espacios contiguos. Se requiere 
enag ía para form ar gradientes. C o n d tiem po, kxs gradientes 
re disuelven, salvo q ue se aporte energía para conservarlos o los 
repare una barrera eficaz. Po r e jem plo, los gradientes d e tem­
peratura causan u n flu jo d e energía de la región de temperatura 
alta a la reg ión d e m enor temperatura. Los gradientes eléctricos 
pueden im pulsar e l m ovim ien to d e iones. Los gradientes de 
concentración o presión hacen q ue se m uevan iones o m olécu­
las d e una región a o tra e n el sentido e n q ue se equilibra la 
diferencia. Las células utilizan energía y las propiedades 
únicas de la m em brana para generar g ra d ie n te s d e c o n c e n ­
t r a c ió n de varias m oléculas y iones disueltos e n su citosol en 
re lación con el entorno acuoso.
E s im po rtan te tener presente q ue a tem peraturas sobre e l cero 
ab so lu to (-2 7 3 ‘ C ) , á tom os, m o lécu las y ion es se encuentran 
e n constante m o v im ien to . C o n fo rm e au m enta la tem peratura, 
e l m o v im ie n to se increm enta y a las tem peraturas a las q ue es 
posib le q ue se desarrolle la v ida , estas p an ícu las se m ueven con 
m ucha rap idez. C o m o resu ltado de este m o v im ien to , m oléculas 
y io n e s e n so lu c ió n ch o can d e fo rm a constante unas co n otras y 
co n las estructuras del m ed io . C o n el t iem p o , los m ovim ien tos 
azarosos p rod ucen u n m o v im ie n to n e to de las regiones d e alta 
concentración a las d e baja con cen trac ión q ue se llam a d ifu s ió n . 
Hn u n sistem a inerte, s i nada se o p o n e a l m o v im ie n to ( lo s facto­
res que se o p o n en so n la carga eléctrica, d ife ren c ia d e presión o 
barreras fís icas), la ag itac ión a lea to ria d e las m o lécu las con tin úa 
hasta q ue se encuen tren d ispersas un ifo rm em en te p o r to d o el 
flu id o .
Para im ag inar có m o el m o v im ie n to a lea to rio d e m oléculas 
o ion es d e u n f lu id o te rm in a p o r deshacer los grad ientes d e con­
centración, p iensa e n un cu b o de azúcar q ue se disuelve e n café 
ca lien te o las m o lécu las d e un perfum e q ue sa le n a l a ire d e un 
frasco abierto. En cada caso, h a y u n grad iente de concentración. 
S i dejas el perfum ero ab ierto o te o lv id a s del café, a l fina l queda 
u n frasco vac ío y un a h a b ita c ió n arom atizada o u n café f r ío y d u l­
ce. E n un a an a log ía con la gravedad, dec im os q ue las m o lécu las 
q u e pasan d e regiones d e m ayo r a m e n o r concentración 'b a ja n ' 
p o r su grad iente d e concentración.
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