En un laboratorio de Biología Celular de un centro de investigación de Castilla-La Mancha, estudian la localización celular de canales iónicos y receptores para neurotransmisores en el sistema nervioso central. Para que estas proteínas sean funcionales y ejerzan correctamente su cometido, deben situarse en la membrana plasmática de las neuronas. [1,5 puntos]
a) Describa la estructura de la membrana plasmática según el modelo del mosaico fluido de Singer y Nicholson.
b) Los canales iónicos permiten el paso de iones del medio extracelular al intracelular mediante transporte activo. ¿En qué consiste este tipo de transporte? Mencione otro ejemplo de proteína que ejerza este tipo de transporte.
c) ¿Qué orgánulo suministra energía para este proceso? Comente brevemente la teoría de Lynn Margulis sobre el origen de este y otros orgánulos celulares.
Según este modelo, la membrana es una bicapa lipídica en la que las moléculas anfipáticas (fosfolípidos, glucolípidos y colesterol) orientan sus cabezas polares hacia los medios acuosos y sus colas hidrófobas hacia el interior.
Sobre esa bicapa, y embebidas en ella, se disponen las proteínas: las integrales o intrínsecas atraviesan total o parcialmente la bicapa, y las periféricas o extrínsecas se adosan a una de las caras. Hacia el exterior, los oligosacáridos unidos a lípidos y proteínas forman el glucocálix.
Se llama mosaico porque la distribución de las proteínas es irregular, y fluido porque ni los lípidos ni las proteínas están fijos: se desplazan lateralmente y giran, aunque el paso de una monocapa a otra (flip-flop) es muy raro. Además es asimétrica: las dos monocapas tienen composición distinta.
El transporte activo consiste en el paso de un soluto a través de la membrana en contra de su gradiente electroquímico, es decir, desde donde está menos concentrado hacia donde lo está más. Como ese movimiento no es espontáneo, requiere un aporte de energía, que normalmente procede de la hidrólisis del ATP, y lo realizan proteínas transportadoras específicas llamadas bombas.
Un ejemplo característico es la bomba de sodio y potasio, una ATPasa que en cada ciclo expulsa tres iones
al exterior e introduce dos
, con lo que mantiene el potencial de membrana de la neurona. Otros ejemplos son la bomba de calcio del retículo sarcoplásmico y la bomba de protones del estómago.
El orgánulo es la mitocondria, donde la respiración aerobia produce la mayor parte del ATP de la célula.
La teoría endosimbiótica de Lynn Margulis sostiene que las mitocondrias y los cloroplastos proceden de bacterias de vida libre que fueron fagocitadas por una célula eucariota primitiva y que, en lugar de ser digeridas, permanecieron en su interior estableciendo una simbiosis: las bacterias aeróbicas dieron lugar a las mitocondrias y las cianobacterias fotosintéticas a los cloroplastos.
Apoyan esta hipótesis varios hechos: ambos orgánulos tienen doble membrana, poseen ADN circular sin histonas, tienen ribosomas 70S semejantes a los bacterianos, sintetizan parte de sus propias proteínas, se dividen por bipartición con independencia del ciclo celular y son sensibles a antibióticos que actúan sobre bacterias.