Membranas y Compartimientos

3. Las imágenes 3 y 4 (Haz clic aquí) corresponden a una célula del epitelio intestinal. Estas células tienen una membrana plasmática muy complicada, llena de extensiones en forma de dedos, que se ven en la imagen izquierda. En la imagen derecha, el corte transversal de esas extensiones revela que cada una está delimitada por una unidad de membrana. 

Usen dos colores distintos para indicar sobre ambas fotos estos dos compartimentos: el interior y el exterior de la célula.

4. La imagen 5 (Haz clic aquí) corresponde a una parte del interior de una célula. En ella, marquen a) membranas, b) al menos dos compartimentos delimitados por membranas. 

Las membranas biológicas  (Viñeta)

Las imágenes generadas con microscopios electrónicos revelan muchas cosas acerca de las membranas celulares. Para empezar, hay una membrana que bordea a toda la célula, y hay membranas dentro de la célula. Tienen siempre el mismo aspecto y espesor, inclusive en partes de la superficie celular que adoptan formas extrañas o retorcidas como los bordes de cada una de las microvellosidades de las células epiteliales del intestino delgado. La membrana exterior, llamada membrana plasmática, envuelve a toda la célula. El contenido celular que queda en su interior se llama citoplasma.

En la imagen 6 (Haz clic aquí)  se observa una vista ampliada de la membrana plasmática. Parece que estuviera formada por tres láminas (vemos una banda clara bordeada por dos bandas oscuras). En realidad se trata de dos capas iguales y enfrentadas que forman una especie de sándwich. Mediante estudios bioquímicos se demostró que cada capa está formada por sustancias grasosas: los fosfolípidos y el colesterol. Por eso la membrana tiene propiedades parecidas a la grasa o el aceite.

Esta composición y organización es la que permite que sea una barrera física y química. La membrana solo es permeable para ciertas sustancias: la pueden atravesar algunas que son muy pequeñas -como el agua- y otras que logran escurrirse a través de la membrana porque se disuelven bien en las grasas.

Para todo lo demás, la membrana presenta un obstáculo, por eso decimos que la membrana es una barrera selectiva. Gracias a esto el citoplasma retiene en su interior las sustancias que lo componen y que precisa para su estructura y sus funciones. Por el mismo motivo, las sustancias que están afuera de la célula no pueden entrar libremente.

Dentro de la célula hay a su vez compartimentos delimitados por membranas. Con los contenidos de estos compartimentos sucede lo mismo que con el citoplasma, es decir, lo que se encuentra adentro no puede atravesar la membrana libremente ni ingresar a otros compartimentos.

Pero entonces, ¿cómo hacen para atravesar la membrana y pasar de afuera hacia adentro o de adentro hacia afuera las sustancias que las células intercambian con su entorno? Durante la digestión se liberan los nutrientes en el intestino, que deben llegar a la sangre y ser distribuidos en todo el cuerpo. Para ello deben entrar primero al interior de las células del epitelio intestinal y luego pasan al torrente sanguíneo. La membrana es capaz de dejar pasar ciertas sustancias y de frenar otras. Y no solo eso: esta permeabilidad cambia en respuesta a diferentes condiciones, tanto dentro como fuera de la célula. Es decir, las membranas pueden responder al medio.

1. La imagen del panel 1 se corresponde con el aspecto normal de un glóbulo rojo, mientras que las otras dos presentan alteraciones, no son células sanas. 

a) Describan el aspecto de los glóbulos rojos en el panel 3 comparándolos con los del panel 1. 

b) Describan el aspecto de los glóbulos rojos en el panel 2 comparándolos con los del panel 1.

2. El cambio de forma de las células de los paneles 2 y 3 se debe a la cantidad de agua que tienen en su interior. Sabiendo esto, respondan: cuando se sumergen las células en agua con mucha sal, ¿el agua entra o sale? ¿Y cuándo se las sumerge en agua con muy poca sal?

3. Las células pueden regular la cantidad de sal que tienen adentro y respecto del entorno que las rodea haciendo pasar partículas de sodio o de cloro -llamadas iones- hacia un lado u otro de la membrana. ¿Qué componente de la membrana es responsable de dejar pasar ciertos iones a un lado u otro? Lean la viñeta "El transporte a través de las membranas" antes de responder.

4. Basándose en la descripción de la viñeta, hagan un dibujo de las células del epitelio intestinal en el que se indique: la cara que da al interior del intestino; la cara que da hacia el torrente sanguíneo; el sentido del tránsito de la glucosa (es decir, desde dónde hacia dónde se la transporta); la ubicación de los transportadores de glucosa.

5. Las células del epitelio intestinal y del epitelio respiratorio están recubiertas de un mucus que ellas mismas producen y que es vital para su función. El mucus debe tener la cantidad justa y correcta de agua necesaria para ser saludable: si está reseco o si está excesivamente fluido, no sirve.

El mecanismo para controlar la cantidad justa de agua en el mucus usa canales proteicos de cloro y de sodio de la membrana. Estos iones afectan el balance de agua y sales que hay entre el exterior y el interior de la célula.

La fibrosis quística es una enfermedad que en la Argentina afecta aproximadamente a 1 de cada 7.000 personas. Las personas que la padecen tienen una excesiva acumulación de mucus muy espeso y por lo tanto sufren infecciones intestinales y pulmonares, y dificultad para ganar peso. Estos pacientes tienen un defecto molecular en sus membranas, que causa la enfermedad. ¿Se imaginan en qué componente de las membranas está ese defecto?

El transporte a través de las membranas (Viñeta)

Las membranas celulares están constituidas fundamentalmente por lípidos, sustancias grasas que crean una barrera para las sustancias solubles en agua. Sin embargo, hay muchas sustancias que atraviesan las membranas a pesar de que no son pequeñas ni de naturaleza grasosa. La glucosa e innumerables iones son ejemplos de estas sustancias que se transportan a través de la membrana plasmática.

Algunas características de este pasaje son bastante curiosas.

Primero, no todas las membranas dejan pasar lo mismo. Por ejemplo, las células del epitelio intestinal tienen dos caras que se comportan distinto. Una de las caras está expuesta al espacio intestinal y la otra está pegada a otras células más internas. La membrana de la cara que limita con el espacio intestinal es capaz de captar activamente moléculas de glucosa, la principal fuente de energía de nuestros alimentos. La cara opuesta, en vez de incorporar glucosa, la expulsa. Esto es conveniente para que el alimento pase desde el intestino hacia el torrente sanguíneo. Pero implica que dos membranas se comportan de manera diferente.

Segundo, el pasaje es muy específico, ya que distintas sustancias tienen trato diferencial. Por ejemplo, algunas células como las neuronas o las células musculares tienen membranas plasmáticas que dejan pasar el sodio al interior de la célula en algunos momentos, y a transportar potasio al exterior de la célula en otros momentos, a pesar de que el sodio y el potasio son dos iones químicamente muy parecidos. Sin embargo la membrana puede distinguirlos y tratarlos diferente. Esta propiedad es clave para que las neuronas generen impulsos eléctricos y las células musculares se contraigan.

Tercero, la actividad de las membranas cambia con las condiciones de la célula. Por ejemplo, las células de la retina se vuelven bruscamente impermeables al sodio cuando son iluminadas. Las células del músculo bombean mucha glucosa a su interior cuando acabamos de comer, pero esto se disminuye si hace mucho que no comemos.

El transporte de sustancias por las membranas ocurre mediante esclusas, canales y poros que forman agujeros de un lado al otro de la doble capa de lípidos. Estas compuertas están hechas de proteínas que están embebidas en la propia membrana, y que tienen formas específicas que permiten el pasaje de ciertas sustancias y no de otras. Además, las compuertas pueden ser abiertas o cerradas en respuesta a ciertos estímulos, como la luz o ciertas señales hormonales. Las compuertas no están presentes en todas las membranas: pueden variar según el tipo celular, o incluso entre regiones de una misma célula, que pueden tener compuertas totalmente diferentes.

Además de las proteínas que actúan como canales y las que funcionan como transportadores específicos, en la membrana plasmática hay otras proteínas con otros roles muy diferentes, como el de recibir señales de otros tejidos.