Bioquímica/Membranas y Lípidos

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Todas las células, desde las bacterias procariotas simples hasta los organismos multicelulares complejos, están rodeadas por una membrana. La membrana actúa como una barrera selectiva, permitiendo que algunas sustancias entren en la célula y evitando que entren otras sustancias. La membrana también transporta activamente sustancias entre el interior y el exterior de la célula, utilizando energía celular para hacerlo. Esto es importante para regular la concentración de muchas sustancias que deben mantenerse dentro de límites estrictos. La célula también contiene compartimentos unidos a la membrana, donde la membrana actúa como una barrera para la separación de diferentes ambientes, como los lisosomas que tienen un pH alto que serían tóxicos para el resto de la célula. Este capítulo trata sobre la composición química de la membrana y cómo esto crea la funcionalidad de la membrana.

Bicapa lipídica[editar]

La primera persona en vincular los lípidos con la membrana celular pudo haber sido Charles Ernest Overton, que estaba estudiando la herencia en las plantas. Parte de sus estudios consistió en estudiar qué sustancias se absorbían más rápidamente en las células vegetales. Después de caracterizar una gran cantidad de sustancias, se le ocurrió la idea de que las membranas celulares estaban compuestas por algo similar a los lípidos que se encuentran en los aceites vegetales, y que las sustancias se absorben en las células al disolverse a través de la membrana.

El siguiente gran paso se produjo cuando Gorter y Grendel extrajeron los lípidos de los glóbulos rojos y compararon el área de superficie de los lípidos esparcidos en el agua en comparación con el área de superficie de los glóbulos rojos. Descubrieron que el área de la superficie de los lípidos era el doble que la de los glóbulos rojos y concluyeron que los lípidos deben estar dispuestos en una capa de dos moléculas de lípidos de espesor. Esto es lo que los biólogos ahora llaman la bicapa lipídica, y para comprender la construcción de la bicapa, necesitamos comprender los lípidos mismos.

Ácidos grasos[editar]

Un ácido graso es simplemente una cadena de carbono lineal con un grupo de ácido carboxílico en un extremo.

  • Los ácidos grasos suelen tener entre 14 y 24 átomos de carbono y pueden tener uno o más dobles enlaces. Estos dobles enlaces están casi siempre en configuración cis.
  • Los ácidos grasos tienen tanto nombres comunes como nombres sistemáticos. El nombre sistemático se basa en el alcano o alqueno con el mismo número de átomos de carbono, con la e final del hidrocarburo reemplazada por ácido oico.

Fosfoglicéridos[editar]

Los fosfoglicéridos se componen de una columna vertebral de glicerol con sustituyentes en las siguientes disposiciones:

  • El hidroxilo n. ° 1 del glicerol generalmente se esterifica a un ácido graso saturado.
  • El hidroxilo n. ° 2 del glicerol generalmente se esterifica a un ácido graso insaturado.
  • El hidroxilo n. ° 3 del glicerol se esterifica a un grupo fosfato.

Phospholipid.svg

Cuando el ácido graso esterificado al hidroxilo n. ° 2 es un ácido graso poliinsaturado con configuración cis (es decir, uno con más de un doble enlace), tiende a curvarse y, por lo tanto, evita que las moléculas se empaqueten tan juntas en una membrana. Esto hace que la membrana sea más flexible.

Esfingolípidos[editar]

Los esfingolípidos tienen la misma forma general que los fosfoglicéridos pero tienen una química diferente, usando esfingosina en lugar de glicerol. La esfingosina tiene una larga cola de hidrocarburo similar a los ácidos grasos unida a una estructura similar al aminoácido serina. Un ácido graso puede unirse al grupo amina y un grupo "cabeza" puede unirse a un hidroxilo (ver Figura x). Los esfingolípidos se nombran de acuerdo con este grupo principal:

  • Si no hay un grupo de cabeza, se llama ceramida.
  • Si el grupo principal es fosfato y colina, se llama esfingomielina.
  • Si el grupo principal es un azúcar, se denomina glucoesfingolípido (o glucolípido).

La mayoría de los esfingolípidos son del tercer tipo, los glucoesfingolípidos. Se cree que tienen funciones de reconocimiento y protección celular además de su papel estructural en la membrana.Se sabe que los esfingolípidos regulan la actividad de las células, como las respuestas inmunitarias, la producción de células y el desarrollo de células especializadas. Aunque estos están bajo el control espacial y temporal, se descubrió recientemente que las esfingosina quinasas se centrarán en los efectos terapéuticos sobre las enzimas para las personas con cáncer y otras afecciones.

Formación de Bicapa[editar]

Si comparamos las estructuras de los fosfoglicéridos y esfingolípidos, vemos que son compuestos muy similares. Cada lípido tiene dos "colas" de hidrocarburos hidrófobos largos y una "cabeza" polar única. Dado que la molécula tiene restos polares y apolares, se dice que es anfipática. Es la naturaleza anfipática de estas moléculas lo que hace que formen bicapas, mediadas por cuatro fuerzas:

  1. El efecto hidrofóbico: esto hace que las colas hidrofóbicas se junten. Esta es la fuerza más fuerte que impulsa la formación de la bicapa.
  2. Fuerzas de Van der Waals entre las colas hidrofóbicas.
  3. Fuerzas electrostáticas de los grupos de cabeza.
  4. Enlaces de hidrógeno entre los grupos principales.

Una posible estructura que satisface las fuerzas anteriores se llama micela . Esto es común con los ácidos grasos libres, pero no con la mayoría de los fosfoglicéridos y esfingolípidos porque estos grupos tienen el doble de cadenas de acilo por cabeza que el ácido graso y es difícil empaquetarlos todos en el centro de la micela. Los fosfolípidos y esfingolípidos forman con mayor frecuencia una bicapa en una hoja o una esfera. Esta es la llamada bicapa lipídica.

Cell membrane drawing-en.svg