La membrana plasmática, membrana celular, membrana citoplasmática o plasmalema , es una capa o bicapa lipídica de fosfolípidos y otras sustancias que delimita toda la célula, dividiendo el medio extracelular del intracelular (citoplasma).
Las membranas celulares compone la célula, incluidas las membranas plasmáticas y las membranas internas eucariotas (como la membrana nuclear), están hechas de glicerofosfolípidos, moléculas compuestas de glicerol, un grupo fosfato y dos cadenas lipídicas (como los ácidos grasos). El glicerol es una molécula de tres carbonos que funciona como el eje central de esta membrana. Se forma una geometría que permite que los glicerofosfolípidos se alineen uno al lado del otro para formar láminas anchas; los glicerofosfolípidos son, con mucho, los lípidos más abundantes en las membranas celulares, y como todos los lípidos, son insolubles en agua, pero su geometría única hace que se agreguen en capas sin ningún aporte de energía.
Tiene un grosor aproximado de 7,4 nm (74 Å) y no es visible al microscopio óptico, pero sí al microscopio electrónico y se sitúa bajo otra capa exterior, denominada pared celular (cuando esta existe).
En 1925, dos científicos holandeses (E. Gorter y R. Grendel), estudiaron la membrana celular y escogieron a los glóbulos rojos debido a que estos no poseen ningún orgánulo membranoso que interfiera con el análisis, descubriendo que la membrana está compuesta por lípidos dispuestos en una capa doble (bicapa).
En todo tipo de células, la membrana posee en general las siguientes funciones:
Es la estructura más extendida entre los seres vivos y caracteriza a los organismos eucariotas y bacterias, además de ciertos virus. Están compuestas por fosfolípidos anfifílicos, tienen una cabeza fosfato hidrofílica y una cola hidrofóbica que consiste en dos cadenas de ácidos grasos. Los ácidos grasos están unidos a través de un enlace éster a la cadena principal del sn-glicerol-3-fosfato. La bicapa de ácidos grasos no solo se encuentra en las membranas plasmáticas, también se observa en las membranas de los orgánulos membranosos eucariotas y en la membrana externa adicional de las bacterias gramnegativas.
Las arqueas tienen una membrana particular. Químicamente está constituida de hidrocarburos isoprenoides unidos mediante un enlace éter a la cadena principal del sn-glicerol-1-fosfato. La membrana puede estar formada por una bicapa de lípidos diéter, pero en arqueas termófilas y en acidófilas puede tratarse de una monocapa de lípidos tetraéter, lo que confiere mayor resistencia a las condiciones extremófilas. Se cree que la membrana de isoprenoides pudo caracterizar al último antepasado común universal, debido a que la biosíntesis de estos hidrocarburos es común en arqueas y algunas bacterias primitivas.
De acuerdo con la complejidad, se puede describir dos tipos de membranas plasmáticas, la eucariota y la procariota:
Posee componentes lipídicos adicionales a los fosfolípidos, como los esfingolípidos y el colesterol. Fosfolípidos comunes son la lecitina (fosfatidilcolina) y la cefalina (fosfatidiletanolamina). Hay proteínas que se encuentran atravesando toda la capa de la membrana celular, como las proteínas integrales, glucoproteínas y proteínas periféricas. Otras sustancias presentes pueden ser glúcidos, glicolípidos y glicoproteínas.
Tiene capacidad de invaginación, lo que permite la exocitosis para la excreción y la endocitosis para la ingesta de partículas sólidas (fagocitosis) o líquidas (pinocitosis). Este proceso se relaciona con las vesículas del citosol, las cuales tienen su propia membrana de bicapa lipídica. Esta propiedad de la invaginación, podría estar relacionada con el origen de la célula eucariota, con un rol evolutivo en el origen del núcleo, del sistema endomembranoso y la eventual endosimbiosis que origina las mitocondrias.
La membrana plasmática eucariota posee capacidad de transducción de señal compleja, para responder a las influencias del medio ambiente que les rodea, lo que incluye una gran cantidad de estímulos químicos y señales fisicoquímicas a través de unas pocas cadenas de transducción que ocurre en primer lugar en los receptores celulares.
La membrana celular procariota representa del 20 al 30 % del peso de la célula y se compone aproximadamente de 60% de fosfolípidos y un 40 % proteínas; aunque puede haber una pequeña cantidad de glucolípidos.
Además de las funciones inherentes a toda membrana plasmática, la membrana procariota interviene en procesos degradativos o catabólicos, pudiendo usar enzimas que al ser excretadas funcionan como exoenzimas. También interviene en procesos biosintéticos o anabólicos, como la síntesis de la pared celular, del glicocáliz si fuera el caso y otros componentes. Igualmente, es fundamental en procesos bioenergéticos, como el transporte de electrones, la fosforilación oxidativa y la génesis de ATP. Muchas funciones corresponden a que en los repliegues de la membrana se sitúan las enzimas, así como los pigmentos de los procariontes fotrótofos. La membrana es utilizada como anclajes de diversas estructuras como pili, fimbria y flagelos.
Existe una sola membrana celular en arqueas y bacterias monodérmicas, pero dos membranas celulares en las bacterias didérmicas. El antibiótico polimixina tiene acción contra las bacterias gramnegativas debido a que rompe la estructura de la membrana externa.
La expresión membrana celular se usa con los significados:
Durante siglo y medio (c. 1800-c. 1950) la investigación de las células se basó solo en la observación mediante microscopía óptica. Esta no puede, por razones físicas relacionadas con la longitud de onda de la luz, detectar estructuras de menos de 0,25 µm. Se llamó membrana celular al límite de la célula cuando este era distinguible, y este sigue siendo el único uso legítimo de la expresión. En la mayor parte de los casos lo que se observaba era un recubrimiento, más o menos flexible, hecho de polisacáridos, de proteínas o de polímeros mixtos, al que se llama también pared celular. Esta es precisamente la expresión que debe preferirse para eludir la ambigüedad.
A principios del siglo XX, investigaciones experimentales de la fisiología celular condujeron a postular la existencia, en todas las células, de una membrana invisible, a la que se llamó membrana plasmática o citoplasmática, y que debía estar compuesta esencialmente de lípidos. Esta representaba la envoltura del protoplasma, la parte fisiológicamente activada de la célula. Con el uso del microscopio electrónico, pudo observarse por fin la membrana plasmática.
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