Fisiología Celular Fundamental: Membrana, Potencial de Acción y Señalización Bioquímica

Fundamentos de la Fisiología Celular: Membrana y Transporte

La Membrana Celular: Estructura y Función

La membrana celular está compuesta por una bicapa lipídica que separa el líquido intracelular del extracelular. En ella se encuentran proteínas que cumplen funciones cruciales como el transporte de sustancias y la recepción de señales.

Transporte a Través de la Membrana

El movimiento de sustancias a través de la membrana puede clasificarse en dos categorías principales:

• Transporte Pasivo: Ocurre sin gasto de energía (ATP). Incluye la difusión simple y la difusión facilitada.
• Transporte Activo: Requiere gasto de ATP, como es el caso de las bombas de iones.

Potenciales de Acción y Canales Iónicos

El Potencial de Acción: Transmisión de Información

El potencial de acción es un cambio rápido y transitorio en el voltaje de la membrana celular que le permite transmitir información. Los valores importantes en este proceso son:

• Potencial de Membrana en Reposo: Aproximadamente -70 mV.
• Umbral de Excitación: El voltaje que debe alcanzarse (aproximadamente -55 mV) para desencadenar el potencial de acción.
• Potencial de Acción Máximo: El pico de despolarización, que puede alcanzar hasta +65 mV.

Tipos de Canales Iónicos Esenciales

Los canales iónicos son fundamentales para la excitabilidad celular y el mantenimiento del potencial de membrana:

• Canales de Fuga: Canales iónicos que están siempre abiertos, esenciales para mantener el potencial de membrana en reposo.
• Canales Dependientes de Voltaje: Canales que se abren o cierran en respuesta a cambios en el voltaje de la membrana. Son cruciales para generar el potencial de acción. Un ejemplo vital son los canales de sodio ($Na^+$) que se abren para iniciar la despolarización.

Comunicación y Señalización Celular

Tipos de Señalización Intercelular

Las células se comunican de varias maneras, dependiendo de la distancia y el mecanismo utilizado:

1. Señalización Endocrina: Utiliza hormonas que viajan a través del torrente sanguíneo.
2. Señalización Sináptica: Emplea neurotransmisores liberados entre neuronas.
3. Señalización Paracrina: Afecta únicamente a células vecinas cercanas.
4. Señalización por Contacto: Requiere la interacción directa entre moléculas de superficie.

Receptores de Membrana y Segundos Mensajeros

Los receptores son proteínas en la superficie o interior celular que reciben señales del exterior.

Receptores Acoplados a Proteínas G (GPCRs)

• Estructura: Proteínas que atraviesan la membrana siete veces (7 dominios transmembrana).
• Mecanismo: Al unirse a un ligando, activan una proteína G que inicia una cascada de eventos intracelulares, a menudo usando segundos mensajeros.
• Ejemplo: El receptor de la adrenalina.

Segundos Mensajeros

Son moléculas que amplifican la señal dentro de la célula:

• AMPc: Activa la proteína cinasa A (PKA).
• $IP_3$ y DAG: Se producen conjuntamente. El $IP_3$ (Inositol trifosfato) es responsable de la liberación de iones de calcio ($Ca^{2+}$) desde el retículo endoplasmático.

Receptores Catalíticos (Asociados a Enzimas)

• Estructura: Receptores de membrana que poseen actividad enzimática intrínseca o asociada.
• Mecanismo: La unión del ligando provoca la fosforilación de otras proteínas en el interior celular, lo que cambia su función.
• Ejemplo: El receptor de la insulina.

Clasificación Detallada de Receptores Celulares

Receptores Ionotrópicos (Canales Activados por Ligando)

• Definición: Son un canal iónico que es, al mismo tiempo, un receptor.
• Función: La unión del ligando abre directamente el canal, permitiendo el paso rápido de iones.
• Ejemplo: El receptor de acetilcolina en la unión neuromuscular.

Receptores Intracelulares

• Ubicación: Se encuentran dentro del citoplasma o el núcleo.
• Función: Se unen a ligandos liposolubles que pueden atravesar la membrana (como las hormonas esteroides). El complejo resultante regula directamente la expresión de genes.
• Ejemplo: Los receptores de las hormonas tiroideas y esteroides.