Membranas plasmáticas

La membrana plasmática es una estructura de la célula vegetal que forma una barrera semipermeable, o selectiva, entre el interior de la célula y el ambiente externo; también funcionan en el transporte de moléculas dentro y fuera de la célula.
Además de formar la barrera estructural entre el contenido interno de una célula y el entorno externo, las membranas plasmáticas contienen proteínas que participan en el transporte de moléculas y otras sustancias hacia el interior y el exterior de la célula, y contienen proteínas y otras moléculas que son esenciales para recibir señales del entorno y de las hormonas vegetales que dirigen el crecimiento y la división.
Los carbohidratos asociados a la membrana plasmática son marcadores del tipo de célula. En las plantas, la membrana plasmática es el lugar donde se sintetiza la celulosa.

Las moléculas de lípidos proporcionan la estructura de la membrana plasmática, que se describe mediante el modelo de mosaico fluido como un océano dinámico de lípidos en el que flotan otras moléculas.
Los fosfolípidos son el lípido más abundante de las membranas plasmáticas, y se organizan en una bicapa fluida de fosfolípidos en la que se intercalan esteroles, proteínas y otras moléculas. Los fosfolípidos son moléculas anfipáticas, que contienen regiones amantes del agua (hidrofílicas) y regiones temerosas del agua (hidrofóbicas).
Cada fosfolípido está formado por un esqueleto de glicerol de tres carbonos; dos de los carbonos están unidos a moléculas de ácidos grasos de cadena larga, y el tercer carbono está unido a un grupo que contiene fosfato. Como los ácidos grasos son no polares e hidrofóbicos, tienden a agregarse y a excluir el agua.
Esta agregación permite que los fosfolípidos formen una estructura de bicapa que tiene los ácidos grasos de ambas capas en el centro y los grupos cargados que contienen fosfato hacia el exterior.
Esta estructura de bicapa permite que una superficie de la bicapa de la membrana plasmática interactúe con el entorno externo acuoso, mientras que la otra interactúa con el entorno celular interno acuoso.
Los esteroles también se encuentran dentro de las membranas plasmáticas de las células vegetales. El principal esterol que se encuentra en las membranas plasmáticas de las células vegetales es el estigmasterol (a diferencia del colesterol, que se encuentra en las membranas plasmáticas de las células animales). Los esteroles que se encuentran en las células vegetales son importantes desde el punto de vista económico como material de partida para medicamentos basados en esteroides, como las píldoras anticonceptivas.

Proteínas de membrana y carbohidratos
Algunas proteínas de membrana abarcan toda la longitud de la bicapa de fosfolípidos y se denominan proteínas de transmembrana. Las proteínas transmembrana se denominan a veces proteínas integrales de membrana y tienen estructuras y funciones variadas.
Pueden atravesar la bicapa lipídica sólo una vez, o pueden ser proteínas de transmembrana de «paso múltiple», entrando y saliendo de la membrana muchas veces.
La porción de una proteína de transmembrana que atraviesa el interior de la membrana suele estar formada por aminoácidos que tienen cadenas laterales no polares (grupos R) y se conoce como dominio de transmembrana.
La porción de la proteína de membrana trans que está en la superficie externa de la membrana e interactúa con el entorno acuoso suele contener aminoácidos cargados, o polares, en su secuencia.
Las proteínas de membrana suelen ser importantes para recibir señales del entorno externo como receptores de membrana. Por ejemplo, las hormonas proteicas o peptídicas interactúan con receptores proteicos transmembrana en la membrana plasmática. Las proteínas de membrana también participan en la recepción de señales como los fotones de luz.
Las proteínas de membrana forman poros que permiten el paso de iones (partículas cargadas) a través del interior de la membrana. Las proteínas de membrana denominadas transportadoras son esenciales para introducir en la célula moléculas nutritivas como los azúcares simples.
No todas las proteínas del interior de la membrana son proteínas de transmembrana. Algunas sólo están ligeramente asociadas a la membrana, unidas a otras proteínas, o ancladas en la membrana por una cola lipídica. Estas proteínas, que no abarcan ambos lados de la membrana, suelen denominarse proteínas de membrana periférica.
Además de proteínas, la membrana plasmática contiene moléculas de carbohidratos. Las moléculas de carbohidratos suelen estar unidas a las proteínas de la membrana o a moléculas de lípidos dentro de la bicapa. Los hidratos de carbono proporcionan información importante sobre el tipo de célula y su identidad.
Transporte a través de las membranas
El transporte de moléculas hacia el interior y el exterior de las células es una función importante de la membrana plasmática. Las moléculas hidrofóbicas, como el oxígeno, y las pequeñas moléculas sin carga, como el dióxido de carbono, atraviesan la membrana por simple difusión.
Estas moléculas utilizan la energía potencial de un gradiente químico para impulsar su movimiento desde una zona de mayor concentración en un lado de la membrana hasta una zona de menor concentración en el otro lado.

La difusión funciona mejor cuando este gradiente de concentración es pronunciado. Por ejemplo, en las células que no tienen la capacidad de realizar la fotosíntesis, el oxígeno se utiliza casi tan rápidamente como entra en la célula.
Esto mantiene un fuerte gradiente de moléculas de oxígeno a través de la membrana, de modo que las moléculas fluyen continuamente desde la zona de mayor concentración de oxígeno fuera de la célula a la zona de menor concentración dentro de la misma.
Las moléculas que son polares son excluidas de la zona hidrofóbica de la bicapa. Dos factores influyen en el transporte de este tipo de moléculas: el gradiente de concentración y el gradiente eléctrico. Las bicapas lipídicas separan las diferencias de carga eléctrica de un lado a otro de la membrana, actuando como una especie de condensador biológico.
Si el interior de la célula es más negativo que el exterior, los iones con carga negativa tendrían que desplazarse desde el interior al exterior de la célula para viajar con el gradiente eléctrico. La combinación de los gradientes de concentración y eléctrico se denomina gradiente electroquímico.
El transporte de moléculas cargadas o polares requiere la ayuda de proteínas dentro de la membrana, conocidas como transportadores. Las proteínas de canal forman poros dentro de la membrana y permiten que pequeñas moléculas cargadas, generalmente iones inorgánicos, fluyan a través de la membrana de un lado a otro.
Si la dirección del viaje del ion es hacia abajo de su gradiente electroquímico, el proceso no requiere energía adicional y se denomina transporte pasivo.
Las proteínas transportadoras cambian de forma para depositar una pequeña molécula, como un azúcar, de un lado de la membrana al otro. Las bombas son proteínas dentro de la membrana que utilizan la energía del trifosfato de adenosina (ATP) o de la luz para transportar moléculas a través de la membrana. Cuando se utiliza energía en el transporte, el proceso se denomina transporte activo.
Biosíntesis de la celulosa
En las plantas, la membrana plasmática es el lugar donde se sintetiza la celulosa, el biopolímero más abundante del planeta. Los estudios de microscopía electrónica sugieren que la membrana celular de las plantas contiene estructuras en forma de roseta que son complejos de muchas proteínas y son los sitios de síntesis de la celulosa.
Los estudios realizados en bacterias, plantas de algodón y la hierba Arabidoposis thaliana han permitido a los científicos aislar el gen que realmente lleva a cabo las reacciones químicas que unen las moléculas de glucosa para formar la larga estructura de microfibras de celulosa.
Este gen codifica una proteína llamada glicosil transferasa. Los anticuerpos contra la subunidad catalítica, o activa, de la glucosil transferasa marcan específicamente estas estructuras en roseta.
Dos de estas moléculas de transferasa actúan simultáneamente desde lados opuestos para añadir dos glucosas a la vez a la microfibrilla en crecimiento, lo que explica la rotación de las glucosas alternas en las moléculas de celulosa.