Membrana celular

Qué es la membrana celular

Toda célula, sin excepción, está delimitada por esta estructura, también llamada membrana plasmática o membrana citoplasmática: los tres términos son sinónimos exactos y se usan indistintamente según la tradición de cada disciplina. La Real Academia Española la define, en su acepción biológica, como la cubierta externa de la célula a través de la cual se realiza el intercambio de sustancias y la transducción de señales.

El sustantivo membrana procede del latín membrāna, derivado de membrum ('miembro', 'parte del cuerpo') con el sufijo -āna. En origen designaba, sin más, una piel fina que recubre algo; ese sentido genérico se conservó durante siglos antes de que la histología del siglo XIX lo aplicara a la envoltura microscópica de la célula. El adjetivo celular remite a célula, término con su propia historia, que puede consultar en la entrada dedicada a este concepto.

No todas las células dependen solo de esta membrana como cubierta. Las plantas, los hongos y la mayoría de las bacterias añaden, por fuera de ella, una pared rígida de composición variable (celulosa, quitina o peptidoglicano, según el organismo) que aporta forma y protección mecánica. Los animales carecen de esa pared: en sus células, la membrana celular es la única barrera frente al exterior.

Estructura: la bicapa lipídica y el modelo del mosaico fluido

La membrana celular está formada por una bicapa de fosfolípidos: moléculas anfipáticas, con una cabeza polar orientada hacia el agua (tanto la del citoplasma como la del medio extracelular) y dos colas hidrofóbicas que se enfrentan entre sí en el interior de la lámina. Esta disposición no es arbitraria, sino la configuración termodinámicamente más estable que pueden adoptar los fosfolípidos en un entorno acuoso.

El modelo que describe esta arquitectura se conoce como modelo del mosaico fluido, propuesto por Singer y Nicolson en 1972. Según este modelo, las proteínas se comportan como icebergs que flotan y se desplazan lateralmente dentro de una matriz lipídica fluida, en vez de ocupar una posición fija. La mayoría difunde con libertad en el plano de la membrana, salvo que algo las ancle al citoesqueleto o a componentes de células vecinas.

Intercalado entre los fosfolípidos, el colesterol actúa como amortiguador térmico de esta fluidez: a temperaturas altas compacta la membrana y reduce su permeabilidad; a temperaturas bajas, impide que los lípidos se empaqueten en exceso y la membrana se vuelva quebradiza. Las células vegetales, que carecen de colesterol, recurren a otros esteroles con una función equivalente.

Composición: proteínas, glucocáliz y asimetría

Junto a los lípidos, la membrana incorpora proteínas de dos tipos. Las integrales atraviesan toda la bicapa, a veces varias veces, y suelen actuar como canales, transportadores o receptores. Las periféricas se adhieren a una de las dos caras sin llegar a insertarse en el espesor lipídico, y con frecuencia cumplen funciones enzimáticas o de anclaje al citoesqueleto.

Del lado extracelular sobresalen cadenas de carbohidratos unidas a proteínas y lípidos: el conjunto forma el glucocáliz, una cubierta que interviene en el reconocimiento entre células y en la respuesta inmunitaria. Ningún componente se reparte por igual entre las dos caras de la membrana. Fosfolípidos, proteínas y glúcidos guardan una distribución asimétrica que la célula establece durante su síntesis y mantiene de forma activa a lo largo de su vida.

Funciones principales

La función que primero se asocia a la membrana celular es la de barrera selectiva: separa el citoplasma del entorno y decide, molécula a molécula, qué puede cruzarla. El agua y los gases la atraviesan por difusión simple. Los iones y las moléculas polares de mayor tamaño necesitan, en cambio, proteínas específicas de transporte pasivo (a favor de gradiente, sin gasto energético) o de transporte activo (en contra de gradiente, con consumo de ATP).

Hay más. En la membrana residen los receptores que reconocen hormonas, neurotransmisores y otras moléculas mensajeras, lo que la convierte en el punto de partida de buena parte de la señalización celular. También sostiene la adhesión con células vecinas y con la matriz extracelular. En organismos unicelulares o en células con capacidad de desplazamiento, su flexibilidad permite además la emisión de pseudópodos y otras formas de movimiento.

Diferenciación con la pared celular

Conviene no confundir la membrana celular con la pared celular. Ambas coexisten en plantas, hongos y bacterias, pero cumplen papeles distintos: la membrana es lipídica, selectiva y flexible; la pared, rígida, se sitúa por fuera de ella y su función es fundamentalmente mecánica, no de intercambio.

Tampoco debe confundirse con la membrana nuclear ni con las membranas de otros orgánulos, como la mitocondrial o la del retículo endoplásmico. Todas comparten la misma arquitectura de bicapa lipídica, pero delimitan compartimentos distintos dentro de la célula.

Antecedentes históricos

La primera hipótesis sólida sobre la naturaleza de la membrana llegó de la mano del fisiólogo Ernest Overton, que en 1899 observó que las sustancias liposolubles atravesaban las células con más facilidad que las hidrosolubles, y dedujo de ahí que debía existir una capa de naturaleza grasa rodeando cada célula.

En 1925, los investigadores Evert Gorter y François Grendel dieron el paso siguiente. Extrajeron los lípidos de una cantidad conocida de glóbulos rojos (que carecen de núcleo y orgánulos, de modo que todo su lípido procede de la membrana) y midieron, con una cubeta de Langmuir, la superficie que ocupaba esa grasa extendida en una sola capa sobre el agua. El resultado duplicaba el área real de las células de origen: la conclusión, correcta pese a algunos errores de cálculo que se descubrirían décadas después, fue que la membrana debía estar formada por dos capas de lípidos, no por una.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra membrana?

Del latín membrāna, a su vez derivado de membrum ('miembro'). Originalmente se refería a cualquier piel fina que recubre una parte del cuerpo, no específicamente a la envoltura celular; ese uso técnico se consolidó en el siglo XIX con el desarrollo de la histología.

¿Es lo mismo la membrana celular que la membrana plasmática?

Sí. Membrana celular, membrana plasmática y membrana citoplasmática designan exactamente la misma estructura. El uso de uno u otro término responde más a la tradición de cada disciplina (histología, bioquímica, microbiología) que a diferencias reales de significado.

¿Qué grosor tiene la membrana celular?

Entre 7 y 10 nanómetros, según el tipo celular y la técnica de medición empleada.

¿Tienen membrana celular las bacterias?

Sí. Todas las bacterias poseen membrana celular. Las llamadas gramnegativas cuentan, además, con una segunda membrana externa por fuera de la pared, una capa que las diferencia de las grampositivas y que influye en su respuesta a ciertos antibióticos.

¿Por qué el colesterol es tan importante en la membrana?

Porque actúa como amortiguador de fluidez. Sin colesterol, la membrana se volvería excesivamente rígida al enfriarse y excesivamente permeable al calentarse: las células vegetales, que no lo tienen, recurren a otros esteroles (como el sitosterol) para cumplir esa misma función reguladora.

Referencias

1. National Human Genome Research Institute (NIH). Membrana plasmática. Glosario de términos genéticos.
2. MedlinePlus Genetics, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU. ¿Qué es una célula?
3. Real Academia Española. Membrana. Diccionario de la lengua española.
4. Journal of General Physiology, Rockefeller University Press. The lipid bilayer membrane and its protein constituents.