Membrana cel·lular: responsable de les relacions externes de la cèl·lula

2002/10/01 Orobengoa, Olatz - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Biologia

Les reaccions en la cèl·lula condicionen el correcte funcionament del cos. I al mateix temps, perquè la cèl·lula funcioni correctament és necessari que la membrana cel·lular funcioni correctament, ja que és l'estructura de la cèl·lula en contacte amb l'exterior. La seva funció bàsica és delimitar cada cèl·lula. Però el seu contacte amb l'exterior li permet identificar i interioritzar totes les substàncies procedents de l'exterior i, per contra, protegir-les de les molècules dolentes i eliminar-les.

Límit format per lípids

La cèl·lula és la unitat de la vida.

La membrana és l'estructura de tots els tipus de cèl·lules. Envolta tota la cèl·lula i té un gruix de 5-8 nanòmetres. L'estructura bàsica de la membrana és la molècula denominada fosfolípid, que són d'alguna manera els ‘maons’ necessaris per a construir la membrana.

Els fosfolípids tenen una estructura molecular molt especial: són anfibólicos. Si ens fixem en l'estructura tridimensional de la molècula, aquesta presenta dos extrems molt diferents. En un dels extrems de la molècula es troba un grup de fosfats. El grup de fosfats és polar, és a dir, té capacitat de reacció amb l'aigua. En l'altre extrem es troben dues molècules d'àcids grassos. No tenen cap capacitat de reacció amb l'aigua, és més, comparen l'aigua. A aquest extrem se'n diu no polar.

En tenir una part polar i una altra no polar en la mateixa molècula, el seu comportament és molt particular. Una vegada col·locats els fosfolípids en un mig aquós, els extrems polars de les molècules tendeixen a interconnectar-se entre si, i el mateix ocorre amb els costats no polars. Per tant, gràcies als enllaços que es generen, les molècules formen per si mateixes capes. A un costat de la capa es troben els extrems polars i a l'altre els extrems no polars.

Model de membrana cel·lular.

La cèl·lula, a l'hora de formar la membrana, aprofita l'estructura ordenada pròpia dels fosfolípids. La base de la membrana són dues capes de fosfolípids superposades. La part polar d'una capa s'orienta cap a l'interior de la cèl·lula i l'altra cap a l'exterior, ja que totes dues cares són aquoses. La part no polar de cada capa es col·locarà a l'interior de la membrana.

A pesar que els fosfolípids constitueixen una estructura estable, les relacions entre ells no són molt sòlides. Els fosfolípids són capaços de moure's per la capa, no tenen una posició fixa i immòbil, per la qual cosa s'aconsegueix donar certa fluïdesa a la membrana. Aquesta característica és molt útil cada vegada que apareix un forat per qualsevol motiu, ja que els fosfolípids són capaços de moure's pel lloc on estaven i omplir el forat.

A més dels fosfolípids, les molècules més abundants i més importants de la membrana són les proteïnes. Es poden classificar en funció de la seva posició en la membrana: en l'exterior de la membrana, a l'interior o travessant tota la membrana. En aquestes últimes, un extrem de la molècula està en contacte amb el mig extern i un altre extrem amb l'interior de la cèl·lula. La posició de la proteïna dependrà sempre de la seva funció.

Transport i comunicació de molècules

Estructura tridimensional d'un canal de quatre proteïnes.

A més de tenir membranes, orgànuls i molècules dins de la cèl·lula, compleix moltes altres funcions. Entre elles, la més important és actuar com a barrera selectiva. Per la composició de la membrana, les molècules molt petites, com les de l'aigua, i les no polars, no tenen problemes per a travessar la membrana. Però les molècules polars o molt grans no poden penetrar en la cèl·lula sense ajuda.

La cèl·lula, per a interioritzar les molècules polars necessàries, ha hagut de crear camins molt especialitzats. Per a cada tipus de molècula hi haurà una entrada específica inserida en la membrana. Per exemple, algunes proteïnes de membrana formen canals. Només es podran introduir molècules de forma determinada a través de canals o tubs.

En altres casos, té la capacitat d'unir proteïnes amb la molècula necessària, com les peces d'un puzle. Posteriorment, la pròpia proteïna transportarà la molècula a través de la membrana. Evidentment, per a cada tipus de molècula hi haurà una proteïna específica o un sistema d'entrada especial de proteïnes integrat en la membrana.

No obstant això, quan l'aliment és massa gran, no és possible utilitzar maneres de transport a nivell molecular. En el seu lloc, la cèl·lula utilitza la membrana íntegrament. Quan es tracta d'interioritzar una macromolècula, la pròpia macromolècula s'envolta de membranes, com una abraçada. Quan els extrems dels dos ‘braços’ de la membrana es toquen entre si, la membrana es fusiona. D'aquesta forma es crea una vesícula intracel·lular envoltada de membranes amb macromolècula en el seu interior.

Per a introduir una macromolècula en la cèl·lula, primer la membrana l'embolicarà.

Si es desitja digerir la macromolècula, l'enzim digestiu segregarà les cèl·lules dins d'aquesta vesícula. Quan gràcies al treball enzimàtic s'obtenen molècules de menor grandària que es transporten fàcilment, s'eliminen de la vesícula i s'introdueixen en el metabolisme cel·lular.

El mateix ocorre amb l'eliminació dels residus que genera la cèl·lula, però a l'inrevés. Les vesícules intracel·lulars es fusionen amb la membrana externa, quedant fora el que hi havia a l'interior de la vesícula.

A més del transport de les molècules, una altra funció molt important de la membrana és la comunicació. En els organismes unicel·lulars és imprescindible comunicar-se amb altres espècies per a la reproducció o la cooperació. En els organismes pluricel·lulars, la comunicació és obligatòria perquè el creixement, desenvolupament i organització de tot l'organisme es produeixi de manera coordinada.

Model d'un enllaç Gap.

La principal via de comunicació cel·lular és la química. Les cèl·lules estan fluint i rebent substàncies químiques de manera contínua. En organismes pluricel·lulars, les substàncies químiques per a comunicar-se amb cèl·lules allunyades s'aboquen a la sang.

La comunicació entre cèl·lules consecutives és molt més directa. Les membranes de cèl·lules contigües estan unides gràcies a unes proteïnes especials que formen els canals. Els canals es coneixen com a enllaços gap. Pels canals es mouen les molècules que actuen com a senyals, aconseguint que la resposta de la cèl·lula sigui molt més ràpida i directa.

No obstant això, quan arriba el senyal d'una cèl·lula allunyada, unes proteïnes especials situades en l'exterior de la membrana coneixen el senyal. Depenent de la naturalesa química del senyal, la proteïna que rep el senyal actua d'una manera o una altra. Igual que amb totes les molècules, si el senyal és polar, té problemes per a travessar la membrana i és la pròpia proteïna la que ha de transportar a l'interior de la cèl·lula.

La membrana bacteriana té més proteïnes que la membrana de cèl·lules vegetals i animals.

A més, en moltes ocasions, els senyals no entren dins de la cèl·lula. Queden unides a una proteïna receptora situada en l'exterior de la membrana. Aquesta proteïna serà l'encarregada de portar el senyal a l'interior de la cèl·lula mitjançant una cadena de reaccions químiques. Quan el senyal és una molècula no polar, no té cap problema de travessar la membrana ni necessita d'un transportador específic.

En general es pot dir que la funció principal de la membrana és controlar què entra i surt dins de la cèl·lula. Però hi ha altres funcions: estructures d'unió entre cèl·lules, sistemes de proteïnes capaces de generar energia... tots apareixeran integrats en la membrana per a cada tipus de cèl·lula.

Les funcions que pot exercir la membrana dependran del nombre de proteïnes presents en la membrana. Això es veu clarament en comparar una cèl·lula eucariota amb un procarioto. El primer té molta menys proteïnes en la membrana que el procarioto. L'explicació és senzilla: els procariotes no tenen orgànuls. En el seu lloc, les funcions que exerciran els orgànuls seran realitzades per complexos proteics integrats en la membrana. Per tant, com més proteïnes estigui en la membrana, més funcions complirà la membrana.

Les cèl·lules vegetals viuen envoltades de parets de cel·lulosa.

És clar que la membrana és important per a la cèl·lula, però físicament l'estructura és molt feble. Un canvi brusc en la concentració d'aigua en el mig extern de la cèl·lula, per exemple, un augment important de la concentració de sals, farà que les aigües surtin fos de la cèl·lula i la membrana no pugui fer res per a evitar-ho.

A més, no té capacitat per a donar rigidesa a la cèl·lula, i en molts éssers vius, com els bacteris, és imprescindible tenir una estructura que ofereixi rigidesa i protecció a la cèl·lula. Per això, en la majoria dels organismes unicel·lulars i en molts pluricel·lulars existeix una altra estructura per sobre de la membrana cel·lular: la paret cel·lular.

Paret cel·lular: barrera protectora

A diferència de la membrana cel·lular, la paret cel·lular presenta una composició específica per a cada tipus de cèl·lula. Cal destacar que la paret cel·lular apareix en tots els organismes procariotes (excepte alguns bacteris anomenats micoplasma), cèl·lules vegetals i fongs. Les cèl·lules animals no tenen cap paret cel·lular.

Els fongs també necessiten la paret cel·lular.

El component principal de la paret de les cèl·lules vegetals és la cel·lulosa. Totes les cèl·lules vegetals vives estan incloses en petites caixes de cel·lulosa. Això és molt fàcil de veure amb el microscopi: es veuen milers de capsetes. Cadascuna d'elles és una cèl·lula ficada en la seva caixa de cel·lulosa. Gràcies a les estotjos, les cèl·lules ocupen una posició molt específica dins de la planta, la qual cosa permet que la planta mantingui la seva forma. Si bé la cèl·lula que es troba a l'interior de l'estoig s'infla totalment o disminueix, la paret cel·lular mantindrà la forma de la planta.

En el cas dels bacteris, encara que la seva composició és molt diferent, compleix les mateixes funcions. Proporciona rigidesa a la cèl·lula i redueix la influència de les concentracions salines externes. A més, la paret cel·lular és el punt d'adhesió dels estiraments fora de la cèl·lula (piles, finbrias, etc.).

I per què les cèl·lules animals no han desenvolupat una paret cel·lular? Segons diverses teories, l'absència de paret cel·lular ha permès una major especialització de les cèl·lules animals. D'aquesta forma s'han creat cèl·lules per a crear moviment, cèl·lules nervioses i altres estructures que només apareixen en els animals. Per tant, les cèl·lules animals no han hagut de formar cap paret.