Las moléculas biológicas son anfifílicas o anfipáticas, es decir, son simultáneamente hidrofóbicas e hidrofílicas. La bicapa de fosfolípidos contiene grupos de cabeza hidrofílicos cargados, que interactúan con el agua polar. Las capas también contienen colas hidrofóbicas, que se encuentran con las colas hidrofóbicas de la capa complementaria. Las colas hidrofóbicas suelen ser ácidos grasos de diferente longitud. Las interacciones de los lípidos, especialmente las colas hidrofóbicas, determinan las propiedades físicas de la bicapa lipídica, como la fluidez.

Las membranas de las células suelen definir espacios cerrados o compartimentos en los que las células pueden mantener un entorno químico o bioquímico diferente del exterior. Por ejemplo, la membrana que rodea a los peroxisomas protege al resto de la célula de los peróxidos, sustancias químicas que pueden ser tóxicas para la célula, y la membrana celular separa una célula de su medio circundante. Los peroxisomas son una forma de vacuola que se encuentra en la célula y que contiene subproductos de las reacciones químicas dentro de la célula. La mayoría de los orgánulos están definidos por este tipo de membranas y se denominan orgánulos «unidos a la membrana».

Permeabilidad selectivaEditar

Probablemente la característica más importante de una biomembrana es que es una estructura selectivamente permeable. Esto significa que el tamaño, la carga y otras propiedades químicas de los átomos y moléculas que intentan atravesarla determinarán si lo consiguen. La permeabilidad selectiva es esencial para la separación efectiva de una célula u orgánulo de su entorno. Las membranas biológicas también tienen ciertas propiedades mecánicas o elásticas que les permiten cambiar de forma y moverse según sea necesario.

En general, las pequeñas moléculas hidrofóbicas pueden atravesar fácilmente las bicapas de fosfolípidos por simple difusión.

Las partículas que son necesarias para la función celular pero que no pueden difundirse libremente a través de una membrana entran a través de una proteína transportadora de membrana o son tomadas mediante endocitosis, donde la membrana permite que una vacuola se una a ella y empuje su contenido al interior de la célula. Muchos tipos de membranas plasmáticas especializadas pueden separar la célula del entorno externo: las apicales, basolaterales, presinápticas y postsinápticas, las membranas de los flagelos, los cilios, las microvellosidades, los filopodios y los lamelipodios, el sarcolema de las células musculares, así como las membranas especializadas de la mielina y las espinas dendríticas de las neuronas. Las membranas plasmáticas también pueden formar diferentes tipos de estructuras «supramembranas» como las caveolas, la densidad postsináptica, el podosoma, el invadopodio, el desmosoma, el hemidesmosoma, la adhesión focal y las uniones celulares. Estos tipos de membranas difieren en su composición lipídica y proteica.

Distintos tipos de membranas también crean orgánulos intracelulares: endosoma; retículo endoplásmico liso y rugoso; retículo sarcoplásmico; aparato de Golgi; lisosoma; mitocondria (membranas interna y externa); núcleo (membranas interna y externa); peroxisoma; vacuola; gránulos citoplasmáticos; vesículas celulares (fagosoma, autofagosoma, vesículas recubiertas de clatrina, vesículas recubiertas de COPI y COPII) y vesículas secretoras (incluyendo sinaptosoma, acrosomas, melanosomas y gránulos cromafines).Los diferentes tipos de membranas biológicas tienen diversas composiciones de lípidos y proteínas. El contenido de las membranas define sus propiedades físicas y biológicas. Algunos componentes de las membranas desempeñan un papel clave en medicina, como las bombas de eflujo que bombean fármacos fuera de una célula.

FluidezEditar

El núcleo hidrofóbico de la bicapa fosfolipídica está en constante movimiento debido a las rotaciones alrededor de los enlaces de las colas lipídicas. Las colas hidrofóbicas de una bicapa se doblan y se bloquean. Sin embargo, debido a los enlaces de hidrógeno con el agua, los grupos de cabeza hidrofílicos muestran menos movimiento, ya que su rotación y movilidad están limitadas. Esto da lugar a un aumento de la viscosidad de la bicapa lipídica cerca de las cabezas hidrofílicas.

Por debajo de una temperatura de transición, una bicapa lipídica pierde fluidez cuando los lípidos altamente móviles exhiben menos movimiento convirtiéndose en un sólido similar a un gel. La temperatura de transición depende de componentes de la bicapa lipídica como la longitud de la cadena de hidrocarburos y la saturación de sus ácidos grasos. La fluidez dependiente de la temperatura constituye un importante atributo fisiológico para las bacterias y los organismos de sangre fría. Estos organismos mantienen una fluidez constante modificando la composición de los ácidos grasos de los lípidos de la membrana en función de las diferentes temperaturas.

En las células animales, la fluidez de la membrana se modula mediante la inclusión del esterol colesterol. Esta molécula está presente en cantidades especialmente grandes en la membrana plasmática, donde constituye aproximadamente el 20% de los lípidos de la membrana en peso. Como las moléculas de colesterol son cortas y rígidas, rellenan los espacios entre las moléculas de fosfolípidos vecinas que dejan los pliegues de sus colas de hidrocarburos insaturados. De este modo, el colesterol tiende a endurecer la bicapa, haciéndola más rígida y menos permeable.

Para todas las células, la fluidez de la membrana es importante por muchas razones. Permite que las proteínas de la membrana se difundan rápidamente en el plano de la bicapa y que interactúen entre sí, como es crucial, por ejemplo, en la señalización celular. Permite que los lípidos y las proteínas de la membrana se difundan desde los lugares en los que se insertan en la bicapa tras su síntesis hasta otras regiones de la célula. Permite que las membranas se fusionen entre sí y mezclen sus moléculas, y garantiza que las moléculas de la membrana se distribuyan uniformemente entre las células hijas cuando una célula se divide. Si las membranas biológicas no fueran fluidas, es difícil imaginar cómo podrían vivir, crecer y reproducirse las células.