Modelo de mosaico fluido: qué es, estructura y funciones
¿Qué es el modelo de mosaico fluido?
El modelo de mosaico fluido plantea que las membranas celulares o biomembranas son estructuras dinámicas que presentan fluidez de sus distintos componentes moleculares, que pueden desplazarse lateralmente. Es decir, estos componentes están en movimiento y no estáticos, como se creía anteriormente.
Este modelo fue planteado por S. Jonathan Singer y Garth. L. Nicolson en 1972 y hoy día es ampliamente aceptado por la comunidad científica. Todas las células están contenidas por una membrana celular con particularidades en su constitución y función.
Esta membrana define los límites de la célula, permitiendo la existencia de diferencias entre el citosol (o interior celular) y el medio externo. También regula el intercambio de sustancias entre la célula y el exterior.
En las células eucariotas, las membranas internas también definen compartimientos y organelas con diferentes funciones, como las mitocondrias, los cloroplastos, la envoltura nuclear, el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi, entre otros.
Estructura de la membrana celular
Generalidades
– La membrana celular consiste en una estructura impermeable a moléculas y iones solubles en agua de entre 7 y 9 nanómetros de grosor. Se observa en microfotografías electrónicas como una doble línea continua y delgada que rodea al citoplasma celular.
– Está compuesta por una bicapa fosfolípida, con proteínas embebidas a lo largo de su estructura y dispuestas en la superficie.
– Contiene moléculas de carbohidratos en ambas superficies (interna y externa) y en el caso de células eucariotas animales, también presenta moléculas de colesterol intercaladas en el interior de la bicapa.
Bicapa fosfolípida
Los fosfolípidos son moléculas anfipáticas que tienen un extremo hidrofílico –afín al agua–, y otro hidrofóbico –que repele el agua-.
La bicapa fosfolípida que conforma la membrana celular tiene cadenas hidrofóbicas (apolares) dispuestas hacia el interior de la membrana, y extremos hidrofílicos (polares) ubicados hacia el medio externo.
Así, las cabezas de los grupos fosfato de los fosfolípidos se encuentran expuestas en la superficie externa de la membrana.
Recordemos que tanto el medio externo como el interno o citosol, son acuosos. Esto influye en la disposición de la doble capa fosfolípida, con sus partes polares interactuando con el agua y sus partes hidrofóbicas formando la matriz interna de la membrana.
Colesterol
En la membrana de las células animales eucariotas se hallan moléculas de colesterol insertadas en las colas hidrofóbicas de los fosfolípidos.
Estas moléculas no se encuentran en las membranas de las células procariotas, algunos protistas, plantas y hongos.
Proteínas integrales de membrana o transmembrana
En el interior de la bicapa fosfolípida se encuentran intercaladas proteínas integrales de membrana.
Estas interactúan no covalentemente a través de sus partes hidrofóbicas, con la bicapa lipídica, ubicando sus extremos hidrofílicos hacia el medio acuoso externo.
Configuración de las proteínas de membrana
Pueden presentar una configuración sencilla en forma de bastoncillo, con una hélice alfa hidrófoba plegada y embebida en el interior membranal, y con partes hidrofílicas extendidas hacia los lados.
También pueden presentar una configuración de mayor tamaño, tipo globular, y con estructura terciaria o cuaternaria compleja.
Estas últimas suelen atravesar varias veces la membrana celular con sus segmentos de hélices alfa repetidos y dispuestos en zigzag a través de la bicapa lipídica.
Poros en las membranas
Algunas de estas proteínas globulares presentan porciones interiores hidrofílicas, formando canales o poros a través de los cuales ocurre el intercambio de sustancias polares desde el exterior celular hasta el citosol, y viceversa.
Proteínas periféricas
En la superficie de la cara citoplasmática de la membrana celular, existen proteínas periféricas de membrana, ligadas a las partes sobresalientes de algunas proteínas integrales.
Estas proteínas no penetran el núcleo hidrófobo de la bicapa lipídica.
Cubierta de carbohidratos
Existen moléculas de carbohidratos en ambas superficies de la membrana.
Particularmente, la superficie externa de la membrana presenta abundancia de glucolípidos. También se observan cadenas cortas de carbohidratos expuestas y unidas covalentemente a las partes proteicas sobresalientes, llamadas glicoproteínas.
Fluidez de la membrana celular
Proporción ácidos grasos saturados vs. insaturados
La fluidez de la membrana depende principalmente de la proporción entre fosfolípidos de ácidos grasos saturados y no saturados presentes.
Esta fluidez membranal disminuye a medida que aumenta la proporción de fosfolípidos de cadenas de ácidos grasos saturados, respecto a los no saturados.
Esto se debe a que es mayor la cohesión entre las largas y simples cadenas de ácidos grasos saturados, respecto a la cohesión entre las cadenas cortas e insaturadas de los ácidos grasos insaturados.
A mayor cohesión entre sus componentes moleculares, menor fluidez presentará la membrana.
Colesterol
Las moléculas de colesterol interactúan a través de sus anillos rígidos con las cadenas hidrocarbonadas de los lípidos, aumentando la rigidez de la membrana y disminuyendo la permeabilidad de la misma.
En las membranas de la mayoría de células eucarióticas, donde existe una relativa alta concentración de colesterol, este evita que se unan las cadenas carbonadas a bajas temperaturas. Así se prevé el congelamiento de la membrana a bajas temperaturas.
Particularidades
Los diferentes tipos de membranas celulares presentan particularidades en su cantidad y tipo de proteínas y carbohidratos, así como en la variedad de lípidos existentes.
Estas particularidades están asociadas a funciones celulares específicas.
No solo existen diferencias constitutivas entre las membranas de células eucariotas y procariotas y entre las de las organelas, sino también entre regiones de una misma membrana.
Funciones de la membrana celular
– La membrana celular delimita a la célula y le permite mantener una condición estable en el citosol, diferente a la del medio externo.
– Mediante la regulación activa y pasiva del paso de sustancias (agua, iones y metabolitos) a través de sí, mantiene el potencial electroquímico necesario para el funcionamiento celular.
– Permite a la célula responder a señales del medio externo a través de receptores químicos de la membrana y provee de sitios de anclaje para los filamentos del citoesqueleto.
– En el caso de las células eucariotas, también participa en el establecimiento de compartimientos internos y organelas con funciones metabólicas específicas.
Función de las proteínas en la membrana
Existen diferentes proteínas de membrana con funciones específicas, entre las cuales podemos mencionar:
– Enzimas que catalizan (aceleran) reacciones químicas.
– Receptores de membrana que participan en el reconocimiento y unión a moléculas señalizadoras (como las hormonas).
– Proteínas de transporte de sustancias a través de la membrana (hacia el citosol y desde este hasta el exterior celular). Estas mantienen un gradiente electroquímico gracias al transporte de iones.
Función de la cubierta de carbohidratos externa
Los carbohidratos o glucolípidos participan en la adhesión de las células entre sí y en el proceso de reconocimiento e interacción de la membrana celular con moléculas como anticuerpos, hormonas y virus.
Referencias
- Bolsover, S. R., Hyams, J. S., Shephard, E. A., White, H. A. and Wiedemann, C. G. (2003). Cell Biology, a short course. Second edition. Wiley-Liss.
- Engelman, D. (2005). Membranes are more mosaic than fluid. Nature 438(7068).
- Raven, J. (2002). Biology. Sixth Edition. MGH.