La bicapa lipídica es una delgada membrana polar formada por dos capas de moléculas de lípidos. Estas membranas son láminas planas que forman una barrera continua alrededor de las células y de distintas estructuras celulares. Las membranas celulares de casi todos los organismos vivos y muchos virus están compuestas por una bicapa lipídica, así como lo son las membranas que rodean el núcleo de la célula y otras estructuras subcelulares. La bicapa lipídica es la barrera que mantiene a iones, proteínas y otras moléculas donde se necesitan y las previene de dispersarse en áreas en donde no deberían estar. Las bicapas lipídicas son ideales para este papel porque, aunque tienen sólo unos pocos nanómetros de espesor,1 son impermeables a la mayoría de las moléculas solubles en agua (moléculas hidrofílicas). Las bicapas son especialmente impermeables a los iones, lo que permite a las células regular las concentraciones de sal y pH mediante el transporte de iones a través de sus membranas mediante el uso de proteínas llamadas bombas iónicas o canales iónicos.
Las bicapas biológicas generalmente están compuestas por fosfolípidos anfifílicos que tienen una cabeza fosfato hidrofílica y una cola hidrofóbica que consiste en dos cadenas de ácidos grasos. Los fosfolípidos con ciertos grupos en su cabeza pueden alterar la superficie química de una bicapa y pueden, por ejemplo, servir como señales así como "anclas" para otras moléculas en las membranas celulares.2
Así como las cabezas, las colas de los lípidos también pueden afectar las propiedades de la membrana, por ejemplo, determinan la fase de la bicapa. La bicapa puede adoptar un estado de fase de gel sólido a temperaturas más bajas, pero someterse a una transición de fase a un estado fluido a temperaturas más altas, y las propiedades químicas de las colas de los lípidos influencian a qué temperatura ocurre esto. El empaquetamiento de los lípidos dentro de la bicapa también afecta a sus propiedades mecánicas, incluyendo su resistencia al estiramiento y flexión. Muchas de estas propiedades han sido estudiadas con el uso de bicapas artificiales "modelo" producidas en un laboratorio. Las vesículas hechas por bicapas modelo también se han utilizado clínicamente para suministrar fármacos.
Las membranas biológicas incluyen típicamente varios tipos de moléculas distintas de fosfolípidos. Un ejemplo particularmente importante en las células animales es el colesterol, que ayuda a fortalecer la bicapa y disminuir su permeabilidad. El colesterol también ayuda a regular la actividad de ciertas proteínas integrales de membrana. Proteínas integrales de membrana funcionan cuando se incorporan en una bicapa lipídica, y están sujetas fuertemente a la bicapa lipídica con la ayuda de una cáscara de lípidos anular. Debido a que las bicapas definen los límites de la célula y sus compartimentos, estas proteínas de membrana están involucradas en muchos procesos de señalización intra e inter celulares. Ciertos tipos de proteínas de membrana están involucrados en el proceso de fusión de dos bicapas. Esta fusión permite la unión de dos estructuras distintas como en la fertilización de un óvulo por el espermatozoide o la entrada de un virus en una célula. Debido a que las bicapas lipídicas son bastante frágiles e invisibles en un microscopio tradicional, es un reto estudiarlas. Los experimentos en bicapas a menudo requieren técnicas avanzadas como la microscopía electrónica y microscopía de fuerza atómica.
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