En esta lección
- Video de la lección (próximamente)
- Apuntes de la lección
- Ejemplos resueltos
- Ideas clave
- Alineación con NGSS
Llévatelo
Pregunta esencial
¿Cómo controla la membrana celular lo que entra y sale?
Cada célula está rodeada por una membrana que tiene el grosor de apenas unas cuantas moléculas, pero que controla lo que la célula toma y lo que libera. En esta lección aprenderás cómo está construida la membrana con fosfolípidos y proteínas, por qué algunas sustancias la cruzan con facilidad y otras no, y qué hacen las proteínas de la membrana.
Video de la lección próximamente. Mientras tanto, lee la lección que aparece abajo.
Una barrera selectiva
- La membrana es selectivamente permeable
- Las moléculas pequeñas no polares la cruzan con facilidad
- Los iones con carga y las moléculas polares grandes necesitan proteínas
- El agua cruza lentamente por los lípidos
Una membrana celular es selectivamente permeable, lo que significa que deja cruzar algunas sustancias y limita otras. Las moléculas pequeñas no polares, como el oxígeno y el dióxido de carbono, se deslizan por la parte lipídica de la membrana. Los iones con carga, como el sodio, y las moléculas polares grandes, como la glucosa, no pueden cruzar los lípidos, así que necesitan proteínas para cruzar. El agua es polar, pero es pequeña, así que una parte cruza lentamente los lípidos, y en muchas células el agua también cruza por proteínas de canal de agua.
El mosaico fluido
- Los fosfolípidos forman una capa doble (bicapa)
- Las cabezas son hidrofílicas y miran hacia el agua
- Las colas son hidrofóbicas y se miran entre sí
- Las proteínas están incrustadas en la bicapa
En la Unidad 5 aprendiste que un fosfolípido tiene una cabeza hidrofílica y dos colas hidrofóbicas. En agua, los fosfolípidos se acomodan en una bicapa: las cabezas miran hacia el líquido con agua de ambos lados, y las colas se miran entre sí en el centro, lejos del agua. Las proteínas están incrustadas en la bicapa. Los lípidos y muchas de las proteínas pueden desplazarse hacia los lados, por eso los científicos llaman a esto el modelo del mosaico fluido: fluido porque las partes se mueven, y mosaico porque está formado por muchas partes distintas.
Proteínas de la membrana
- Las proteínas de canal forman túneles para los iones
- Las proteínas transportadoras se unen a una sustancia y la mueven
- Las proteínas receptoras se unen a moléculas de señal
- Las proteínas marcadoras identifican a la célula
Las proteínas realizan la mayoría de los trabajos especiales de la membrana. Una proteína de canal forma un túnel que deja pasar ciertos iones o moléculas pequeñas. Una proteína transportadora se une a una sustancia específica, cambia de forma y la libera del otro lado. Una proteína receptora se une a una molécula de señal de fuera de la célula y pasa el mensaje al interior. Las proteínas marcadoras, con frecuencia con cadenas de azúcares unidas, identifican a una célula para que otras células puedan reconocerla. Una célula puede cambiar qué proteínas tiene, y eso cambia lo que deja entrar y salir.
Mantener estables las condiciones
- Las moléculas no polares cruzan mucho más rápido que las polares
- Los iones con carga casi no cruzan una bicapa sin proteínas
- Las proteínas permiten que la célula controle el resto
- Controlar lo que entra y sale ayuda a mantener estables las condiciones del interior
La gráfica muestra qué tan rápido cruzan distintas sustancias una bicapa que no tiene proteínas (valores de muestra, en escala logarítmica). El oxígeno y el dióxido de carbono, que son no polares, cruzan más rápido, el agua es más lenta, y la glucosa y los iones casi no cruzan. Como la mayoría de las necesidades de una célula son polares o tienen carga, la célula debe usar proteínas de membrana para hacerlas entrar, y puede ajustar esas proteínas. Este control permite que la célula mantenga estables las condiciones del interior aunque cambien las condiciones del exterior, lo que es una forma de homeostasis.
Ejemplos resueltos
Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.
Ejemplo 1: Nombrar las proteínas de la membrana
El diagrama muestra cuatro proteínas de una membrana celular, con una pista sobre cada una. Nombra cada proteína: de canal, transportadora, receptora o marcador de identidad.
Mostrar la solución
- A: un túnel por el que pasan los iones es una proteína de canal.
- B: una proteína que se une a la glucosa, cambia de forma y la libera es una proteína transportadora.
- C: una proteína que se une a una molécula de señal de fuera es una proteína receptora.
- D: una cadena de azúcares que otras células reconocen es un marcador de identidad.
- Respuesta: A: canal; B: transportadora; C: receptora; D: marcador de identidad.
Ejemplo 2: ¿Qué sustancias cruzan con facilidad?
La gráfica muestra la velocidad relativa con la que las sustancias cruzan una bicapa de fosfolípidos sin proteínas (valores de muestra, escala logarítmica). Escribe una afirmación, evidencia y razonamiento sobre qué tipos de sustancias cruzan con facilidad.
Mostrar la solución
- Afirmación: las moléculas pequeñas no polares cruzan con facilidad, y los iones con carga casi no cruzan.
- Evidencia: el oxígeno (100) y el dióxido de carbono (90) cruzan mucho más rápido que la glucosa (0.001) y los iones de sodio (0.00001).
- Razonamiento: el centro de la bicapa es hidrofóbico y no polar, así que deja pasar las moléculas no polares pero bloquea las sustancias con carga y las polares grandes.
- Respuesta: Las moléculas pequeñas no polares (oxígeno y dióxido de carbono) cruzan con facilidad; los iones y la glucosa no.
Ejemplo 3: Predecir cómo cruza cada sustancia
Una célula se coloca en una solución que contiene oxígeno, glucosa e iones de sodio. Usa el modelo para predecir cómo puede cruzar la membrana cada sustancia.
Mostrar la solución
- Oxígeno: es pequeño y no polar, así que pasa por la bicapa de lípidos.
- Iones de sodio: tienen carga, así que los lípidos los bloquean y deben cruzar por una proteína de canal.
- Glucosa: es grande y polar, así que necesita una proteína transportadora.
- Respuesta: El oxígeno cruza la bicapa; los iones de sodio usan un canal; la glucosa usa una proteína transportadora.
Práctica
Rotula las partes de la membrana, predice cómo la cruzan las sustancias, lee datos sobre qué tan rápido cruzan las sustancias una bicapa y explica por qué se bloquean los iones. Inténtalo primero por tu cuenta y luego revisa tu trabajo con la clave de respuestas.
- Hoja de práctica: La membrana celular (PDF) (en inglés)
- Clave de respuestas: La membrana celular (PDF) (en inglés)
Diapositivas de la lección
Ideas clave
- La membrana es selectivamente permeable
- Los fosfolípidos forman una bicapa con las colas hidrofóbicas adentro
- Las moléculas pequeñas no polares cruzan; los iones y las moléculas polares necesitan proteínas
- Las proteínas de canal, transportadoras, receptoras y marcadoras hacen trabajos especiales
De vuelta a la pregunta esencial: la membrana es una bicapa de fosfolípidos con proteínas incrustadas. Su centro hidrofóbico deja cruzar las moléculas pequeñas no polares y bloquea los iones y las moléculas polares grandes, que necesitan proteínas para cruzar. Al controlar lo que entra y sale, la membrana ayuda a la célula a mantener condiciones estables en su interior. A continuación verás cómo se mueven las sustancias a través de la membrana sin usar energía.
Alineación con NGSS
Esta lección avanza hacia estas expectativas de desempeño de los Estándares de Ciencias de Nueva Generación (NGSS):
- HS-LS1-3: Planear y realizar una investigación para dar evidencia de que los mecanismos de retroalimentación mantienen la homeostasis.
Ideas disciplinarias básicas: LS1.A Estructura y función