Membranas biológicas: estructura, transporte y transducción de señales

Estructura de las membranas biológicas, composición de lípidos y proteínas, tipos de transporte de sustancias y mecanismos de transducción de señales transmembrana: sistemas de adenilatociclasa, inositol-trifosfato, guonilatociclasa y funcionamiento del receptor de insulina.

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Funciones y estructura general de las membranas biológicas

Las membranas biológicas cumplen varias tareas clave: separan el contenido celular del entorno externo, regulan el transporte de sustancias, forman contactos intercelulares y garantizan la percepción de señales externas. La base estructural de la membrana es una bicapa lipídica doble, formada por moléculas anfipáticas. Los lípidos y las proteínas de la membrana se mantienen unidos por enlaces no covalentes (débiles), lo que asegura la fluidez y plasticidad de la estructura.

La anfipatividad de los fosfolípidos está determinada por la presencia de una cabeza polar (hidrófila) y dos colas no polares (hidrófobas). Las colas se orientan una hacia la otra dentro de la bicapa, mientras que las cabezas apuntan hacia el exterior y hacia el citoplasma.

Composición lipídica de las membranas

Clases principales de lípidos de la membrana: fosfolípidos, glucolípidos y colesterol.

Durante la hidrólisis completa de un fosfolípido se rompen los enlaces éster: por ejemplo, de la esfingomielina se forman esfingosina, ácido graso, ácido fosfórico y colina; de la fosfatidilcolina, glicerol, dos ácidos grasos, fosfato y colina.

Proteínas de membrana y transporte de sustancias

Las proteínas se dividen en integrales (transmembrana), que atraviesan la bicapa, y periféricas, orientadas hacia el citoplasma o el medio extracelular. Las proteínas de membrana suelen estar glucosiladas y fosforiladas, lo que las protege de las proteasas. Desempeñan funciones de receptores, enzimas, transportadores, participan en respuestas inmunitarias y forman contactos intercelulares.

El transporte a través de la membrana puede ser pasivo y activo:

Sistemas de adenilatociclasa e inositol-trifosfato

Las moléculas de señalización (mensajeros primarios) son hormonas, neurotransmisores, factores de crecimiento y eicosanoides. Los receptores se dividen en de membrana (ionotrópicos y metabotrópicos) e intracelulares. Los metabotrópicos incluyen los receptores acoplados a proteína G y los receptores catalíticos.

En el sistema de la adenilatociclasa (glucagón, adrenalina a través de receptores β-adrenérgicos), la hormona altera la conformación del receptor, lo cual se transmite a la subunidad α de la proteína G. El GDP es reemplazado por GTP, y la subunidad α activa la adenilatociclasa, que convierte el ATP en AMPc. El AMPc activa la proteína cinasa A al disociar sus subunidades reguladoras; las subunidades catalíticas fosforilan las enzimas reguladoras. Las enzimas de degradación en estado fosforilado están activas, mientras que las enzimas de síntesis están inactivas. El AMPc es degradado por la fosfodiesterasa. La toxina colérica bloquea la desfosforilación del GTP por la subunidad α, provocando la activación constante de la adenilatociclasa y la acumulación de AMPc. A través de la proteína Gi, la subunidad α inhibe la enzima, al contrario.

En el sistema del inositol-trifosfato (ADH, adrenalina a través de receptores α₁), se activa la fosfolipasa C, que escinde el fosfatidilinositol-4,5-bisfosfato en inositol-3-fosfato (IP₃) y diacilglicerol (DAG). El IP₃ se une a los receptores de rianodina del REL, liberando Ca²⁺. Los iones de calcio, junto con el DAG, activan la proteína cinasa C y se unen a la calmodulina, desencadenando una respuesta celular.

Receptores catalíticos e intracelulares

El receptor de insulina es una tirosina cinasa compuesta por dos subunidades α y dos β. Tras la unión de la insulina, las subunidades β se autofosforilan en residuos de tirosina y fosforilan la proteína IRS (Insulin Receptor Substrate). La IRS activa la fosfoproteína fosfatasa, la fosfodiesterasa, los factores de transcripción y promueve la inserción de GLUT-4 en la membrana de adipocitos y miocitos. El resultado de la acción de la insulina es la desfosforilación de las enzimas reguladoras: las enzimas de síntesis se activan y las de degradación se inactivan.

El receptor de guanilato ciclasa (péptido natriurético auricular, guanilina) sintetiza por sí mismo GMPc a partir de GTP. El GMPc activa la proteína cinasa G mediante la unión a sus subunidades sin disociación; la proteína cinasa G fosforila las enzimas reguladoras.

Receptores intracelulares: citoplasmáticos (para hormonas esteroideas) y nucleares (para yodotironinas T₃, T₄). Las hormonas hidrófobas atraviesan la membrana por difusión y forman un complejo «hormona-receptor» que se une al ADN y regula la transcripción. Este mecanismo se denomina inducción de la síntesis enzimática y altera la cantidad, y no la actividad, de las proteínas.

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