5.1B: Modelo de mosaico fluido

El modelo de mosaico fluido fue propuesto por primera vez por SJ Singer y Garth L. Nicolson en 1972 para explicar la estructura de la membrana plasmática. El modelo ha evolucionado un poco con el tiempo, pero aún así explica mejor la estructura y las funciones de la membrana plasmática tal como las entendemos ahora. El modelo de mosaico fluido describe la estructura de la membrana plasmática como un mosaico de componentes, que incluyen fosfolípidos, colesterol, proteínas y carbohidratos, que le da a la membrana un carácter fluido. Las membranas de plasma varían de 5 a 10 nm de espesor. A modo de comparación, los glóbulos rojos humanos, visibles mediante microscopía óptica, tienen aproximadamente 8 µm de ancho, o aproximadamente 1000 veces más ancho que una membrana plasmática. Las proporciones de proteínas, lípidos y carbohidratos en la membrana plasmática varían según el tipo de célula. Por ejemplo, la mielina contiene un 18% de proteínas y un 76% de lípidos. La membrana interna mitocondrial contiene 76% de proteínas y 24% de lípidos.

El tejido principal de la membrana es compuesto de moléculas de fosfolípidos anfifílicos o de doble amor. Las áreas hidrófilas o amantes del agua de estas moléculas están en contacto con el fluido acuoso tanto dentro como fuera de la célula. Las moléculas hidrófobas o que odian el agua tienden a ser apolares. Una molécula de fosfolípido consta de un esqueleto de glicerol de tres carbonos con dos moléculas de ácido graso unidas a los carbonos 1 y 2, y un grupo que contiene fosfato unido al tercer carbono. Esta disposición le da a la molécula en general un área descrita como su cabeza (el grupo que contiene fosfato), que tiene un carácter polar o carga negativa, y un área llamada cola (los ácidos grasos), que no tiene carga. Interactúan con otras moléculas no polares en reacciones químicas, pero generalmente no interactúan con moléculas polares. Cuando se colocan en agua, las moléculas hidrófobas tienden a formar una bola o racimo. Las regiones hidrófilas de los fosfolípidos tienden a formar enlaces de hidrógeno con el agua y otras moléculas polares tanto en el exterior como en el interior de la célula. Por tanto, las superficies de las membranas que miran hacia el interior y el exterior de la celda son hidrófilas. Por el contrario, la mitad de la membrana celular es hidrófoba y no interactuará con el agua. Por lo tanto, los fosfolípidos forman una excelente membrana celular de bicapa lipídica que separa el líquido dentro de la célula del líquido fuera de la célula.

Las proteínas constituyen el segundo componente principal de las membranas plasmáticas. Las proteínas integrales (algunos tipos especializados se denominan integrinas) están, como sugiere su nombre, completamente integradas en la estructura de la membrana, y sus regiones hidrófobas que atraviesan la membrana interactúan con la región hidrófoba de la bicapa de fosfolípidos. Las proteínas integrales de membrana de un solo paso suelen tener un segmento transmembrana hidrófobo que consta de 20 a 25 aminoácidos. Algunos abarcan solo una parte de la membrana, asociándose con una sola capa, mientras que otros se extienden de un lado de la membrana al otro y quedan expuestos en ambos lados. Algunas proteínas complejas se componen de hasta 12 segmentos de una sola proteína, que están muy plegados e incrustados en la membrana. Este tipo de proteína tiene una región o regiones hidrófilas y una o varias regiones ligeramente hidrófobas.Esta disposición de las regiones de la proteína tiende a orientar la proteína junto a los fosfolípidos, con la región hidrófoba de la proteína adyacente a las colas de los fosfolípidos y la región o regiones hidrófilas de la proteína sobresaliendo de la membrana y en contacto con el citosol o líquido extracelular.

Los carbohidratos son el tercer componente principal de las membranas plasmáticas. Siempre se encuentran en la superficie exterior de las células y se unen a proteínas (formando glicoproteínas) o a lípidos (formando glicolípidos). Estas cadenas de carbohidratos pueden constar de 2 a 60 unidades de monosacáridos y pueden ser lineales o ramificadas. Junto con las proteínas periféricas, los carbohidratos forman sitios especializados en la superficie celular que permiten que las células se reconozcan entre sí. Esta función de reconocimiento es muy importante para las células, ya que le permite al sistema inmunológico diferenciar entre células del cuerpo (llamadas «propias») y células o tejidos extraños (llamados «no propios»). Se encuentran tipos similares de glicoproteínas y glicolípidos en la superficie de los virus y pueden cambiar con frecuencia, lo que evita que las células inmunes los reconozcan y los ataquen. Estos carbohidratos en la superficie exterior de la célula, los componentes de carbohidratos tanto de las glicoproteínas como de los glicolípidos, se conocen colectivamente como glicocáliz (que significa «recubrimiento de azúcar»). El glicocáliz es altamente hidrófilo y atrae grandes cantidades de agua a la superficie del Esto ayuda en la interacción de la célula con su entorno acuoso y en la capacidad de la célula para obtener sustancias disueltas en el agua.