REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA DE LA UNIVERSIDAD VERACRUZANA
Septiembre•Diciembre
de 2012
Volumen XXV
Número 3
Editorial
Arte y estética en el proceso de creación científica
La cajita feliz (o ¿infeliz?)
Lombricompostador para zonas urbanas
El bosque: elemento fundamental del agu
Cambio climático y ganadería bovina tropical
La interacción entre las plantas y los hervíboros
Xocolatl: antes alimento de los dioses, y ahora...
El huanglongbing: la tristeza de los cítricos
La fibra de la naranja y la salud
La leptospirosis: qué la causa y cómo afecta
¿Es el alzheimer un tipo de diabetes?
¿Cómo superan los fármacos la membrana celular?
Los efectos de la luz ultravioleta
Neurobiología y mutaciones genéticas xalapeñas
Lorenzo Ochoa: un estudioso de la Huasteca
DISTINTAS Y DISTANTES, MUJERES EN LA CIENCIA
Marie Meurdrac: un tratado de química para mujeres
CURIOSIDADES CIENTÍFICAS
De la magia y la hechicería a la herbolaria
NUESTROS COLABORADORES EN ESTE NÚMERO
Contenido
 

¿Cómo superan los fármacos la membrana celular?

Carlos Alberto Lobato Tapia y Ángel Trigos Landa

Te has fijado lector cuántas veces tenemos que pasar por filtros o barreras para alcanzar el fin deseado? ¿Has pensado si esto te ha ocurrido en algún momento de tu vida? Por ejemplo, si quieres estudiar en una universidad tendrás que presentar un examen en el que evaluarán si eres apto o no para ello; además, deberás pagar cierta cuota y, a veces, hasta cambiar tu lugar de residencia, pues únicamente entrarán a la universidad aquellos que cumplan con todos los requisitos necesarios. Lo mismo ocurre cuando decidimos solicitar un empleo: tenemos que cubrir el perfil que se solicita y apro-bar los exámenes requeridos –kilométricos a veces–, vestir adecuadamente, e incluso caerle bien a nuestro futuro jefe. Así, podríamos seguir mencionando varios ejemplos que nos ayuda-rían a entender que para alcanzar nuestras metas es necesario vencer diferentes barreras.

Sin embargo, esta lucha no es exclusiva de los seres humanos; también ocurre el mismo fenómeno en los animales y en las plantas, y hasta en quien menos nos imaginamos: nuestros viejos y conocidos antibióticos, que para poder actuar necesitan atravesar los grandes obstáculos que son las membranas biológicas. De ahí la necesidad de conocer más acerca de sus características.

Las células contienen barricadas naturales que se hallan en su periferia y que separan su contenido del medio externo, de manera semejante a como lo hace nuestra piel. En algunos textos, las encontrarás con el nombre de “membranas semipermeables”, pues solo permiten el paso de ciertos iones o moléculas y no de todo lo que se encuentra a su alrededor; así, la membrana le da estabilidad a la célula entera. Imagínate lo que ocurriría si permitiera la entrada o salida de todo; sin duda, habría fuga de moléculas indispensables para su funcionamiento, y entrarían a ella otras que son peligrosas.

Es así cómo la membrana facilita el paso exclusivamente a las sustancias necesarias para la célula, a la vez que regula su concentración, pues un exceso la llevaría a romper su propio equilibrio. Por eso, la membrana tiene que ser muy cuidadosa con lo que penetra a través de ella, del mismo modo en que nosotros cuidamos lo que comemos, evitando alimentos en descomposición, papeles, plásticos y demás porque sabemos que dañarían nuestra salud, al igual que comer en exceso.

La membrana celular es una estructura elástica, fina y flexible, tan fina que mide entre 5 y 7 nanómetros de espesor, es decir, 0.000000007 metros. ¿Te imaginas lo delgada que es? Pero no por eso deja de ser esencial.

La membrana está compuesta principal-mente por fosfolípidos, que son moléculas con características muy particulares, por lo que se les denomina “antipáticas” (del griego amphi, ambos, y pathos, pasión), lo que para nuestros fines implica que dichas moléculas tienen afinidad tanto por compuestos que se disuelven fácilmente en agua, también llamados “polares”, como por aquellos que se disuelven bien en aceite, pero no en agua, a los que se denomina “no polares”; podríamos, pues, decir que son amigas de todos.

En cualquier membrana hay dos capas de fosfolípidos, las que se acomodan dejando los grupos polares hacia afuera, en contacto con el agua, y los no polares hacia adentro.

La membrana también contiene glucolípidos que, como su nombre indica, son moléculas formadas por un lípido y un glúcido o azúcar. Una característica particular de estas moléculas es que se localizan exclusivamente en la mitad de la membrana; es decir, los glucolípidos se encuentran “viendo” hacia el exterior de la célula. Su proporción, en este lado de la membrana, es del 5% del total de los fosfolípidos presentes en ella. Una de sus principales funciones es el reconocimiento entre célula y célula.

Asimismo, encontramos los esteroles, con sus anillos planos y rígidos. Estos compuestos se acomodan con los fosfolípidos, lo que hace a la capa doble más rígida, lo que disminuye su permeabilidad a moléculas más pequeñas. Digamos que los esteroles “anclan” las moléculas de fosfolípidos para que no se muevan tanto.

Finalmente, están las proteínas, las cuales realizan las principales funciones de la membrana puesto que se encargan de formar los canales o transportadores necesarios para que ciertas moléculas pasen por ella. También fungen como receptores para la estimulación de vías de señalización eléctrica o química; son, por decirlo así, una especie de antenitas en las células. Las proteínas se encuentran dispersas irregularmente, pues encontramos una porción en la parte externa, otra en la interna, y algunas más atravesándola completamente. Cabe aclarar que algunas de las que la atraviesan completamente pueden tener extensiones que van más allá de la membrana, ya sea hacia el interior o el exterior. Es tal su importancia que en ciertas ocasiones llegan a constituir el “blanco” de algún fármaco.

Al igual que los esteroles y los fosfolípidos, las regiones polares o hidrofílicas de las proteínas interactúan con las polares de los lípidos y del agua, mientras que las no polares lo hacen con las hidrofóbicas de los lípidos (Figura 1).


Figura 1. Membrana plasmática. Principales componentes de la membrana celular.

Para que los fármacos (entendiendo que un fármaco es toda sustancia química utilizada en el tratamiento, la prevención o el diagnóstico de un enfermedad, o para evitar la aparición de un proceso fisiológico no deseado) puedan atravesar las barreras biológicas sin problemas, es necesario que cumplan cuatro requisitos: a) que tengan bajo peso molecular, b) que posean una determinada constante de disociación, esto es, cuando la molécula se separa en componentes más pequeños dependiendo de la acidez o alcalinidad del compuesto y del medio, c) que sean liposolubles para que no haya repulsión con las cadenas de hidrocarbonos de los fosfolípidos, y d) que tengan una concentración adecuada y no encontrarse en un estado ionizado, puesto que los compuestos ionizados son polares y, por ello, les es imposible atravesar la membrana; aun así, si se encuentran ionizados o son polares, pero de tamaño muy pequeño, pueden pasar por difusión pasiva, es decir, no a través de la membrana sino por medio de poros cuyo interior es polar.


Figura 2. Disfunsión pasiva. Difusión molecular de mayor a menor concentración a través de la membrana celular.


Figura 3.Disfunsión facilitada. El transporte se realiza a favor del gradiante de concentración con ayuda de proteínas transportadoras.

Así, en la difusión pasiva (Figura 2) los fármacos atraviesan la membrana gracias a la diferencia de concentración de sustancias entre los que hay afuera y adentro, a lo que se le llama “gradiente”. En este caso, el paso se produce a favor de un gradiente positivo; en otras palabras, las moléculas se difunden desde donde están más concentradas hacia donde lo están menos, con el fin de alcanzar un equilibrio, por lo que no hay gasto de energía celular extra.

Si partimos de que algunos fármacos requieren del apoyo de ciertas proteínas para que los transporten de un lado de la membrana hacia el otro, entonces estamos hablando de difusión facilitada. De igual manera que en el caso anterior, el transporte se realiza a favor del gradiente de concentración y no se consume energía. Existen diferentes tipos de transportadores dependiendo de la molécula a transportar, o sea, no todos los fármacos pasan por el mismo transportador. Dependiendo del tamaño y de la carga del fármaco será el transportador, el cual se activará al reconocer aquel. De esta manera, la proteína lo atrapa y lo hace pasar hacia adentro de la célula a través de la mem-brana (Figuras 3 y 4). Imagina que los trasportadores funcionan como las puertas giratorias de algunos hoteles y que nosotros somos las moléculas o iones a transportar; si no hay nadie, la puerta permanece inactiva, pero si nos situamos en uno de sus recibidores y la empujamos, nos lleva del otro lado. Lo mismo ocurre con los transportadores proteicos.

Por otro lado, cuando decimos que los fármacos atraviesan la membrana en contra de su gradiente de concentración, entonces hablamos de que utilizan el transporte activo. En este caso, las moléculas se transportan desde donde hay menos concentración hacia donde hay más, por lo que este tipo de transporte requiere de energía y de proteínas transportadoras para poder llevarse a cabo; así que lo que marca la diferencia es la utilización de energía (Figura 5). Se necesita energía por el esfuerzo que se hace para pasar moléculas desde el lado con menos concentración hacia el que tiene más. Es como intentar entrar al metro en una hora pico, cuando muchos quieren salir de los vagones. Obviamente, si se queda uno parado, será expulsado y alejado de la entrada, pero si decide avanzar con fuerza logrará entrar; claro que para ello se habrá ocupado energía. Lo mismo ocurre en la célula: la proteína necesita un empujón para pasar una molécula hacia el lado con mayor concentración.

En el caso de que el fármaco sea de tamaño y peso molecular elevados, es decir, más grande que el espacio que tienen los transportadores, al proceso se le llama endocitosis. Así, los fármacos son “englobados” por las membranas (Figura 6), y una vez com-prendidos se empiezan a formar vesículas que los liberan dentro de la célula (Figura 7).


Figura 4.Disfunsión facilitada.
La proteína atrapa a la mólecula y la hace pasar a través
de la membrana de la parte externa al inferior de la célula.


Figura 5.Transporte activo.
Las móleculas se transportan a través de la membrana celular desde donde hay menos
a donde hay mayor concentración. Para ello, se requiere de energía (ATP) y proteínas transportadoras.


Figura 6.Endocitosis.
Los fármacos son englobados por las membranas.


Figura 7. Endocitosis.
Una vez englobado el fármaco y formada la vesícula,
esta se introduce en la célula y lo libera.

Algunas estrategias utilizadas para eliminar ciertos microorganismos emplean las características de la membrana para incorporar al fármaco en su interior. Así, se genera un desorden celular, donde no solo se trata de atravesarla y llegar a otras estructuras, sino de actuar en la propia membrana. A estos fármacos se les conoce como ionóforos, y son moléculas sintetizadas por microorganismos que se disuelven en la membrana y aumentan su permeabilidad al formar canales que permiten el paso de iones. Por lo tanto, la membrana desestabiliza las concentraciones celulares, internas o externas, originando su muerte. Como podemos ver en el ejemplo anterior, el objetivo de algunos antibióticos es llegar a la membrana y quedarse ahí; es decir, arriban solamente hasta la mitad del obstáculo y no necesariamente lo atraviesan, lo que sirve para erradicar los microorganismos causantes de alguna infección.

Estrategias similares a la descrita pueden llevarse a cabo si se conocen bien las características de la membrana. Por ejemplo, podrían desarrollarse sintéticamente nuevos compuestos, similares a algunos de los componentes de la membrana, que causen un caos en ella, desestabilizándola y llevándola de esta manera a su muerte.

¿Será este último mecanismo la estrategia adecuada capaz para combatir algunas enfermedades tropicales provocadas por microorganismos? No cabe duda que el conocimiento acerca de la entrada de los fármacos a través de la membrana de células sanas o enfermas, así como de ciertos patógenos microscópicos, es un área de investigación muy estudiada; sin embargo, también sabemos que aún existen muchos secretos por develar, con gran potencial para vencer numerosas enfermedades que actualmente azotan a la humanidad.

Para el lector interesado

  • Flores, J. (1998). Farmacología humana. Barcelona: Masson, S. A
  • Alberts, B. (2002). Biología molecular de la célula. Barcelona: Ediciones Omega.
  • Lüllmann, H. (2000). Color Atlas of Pharmacology. New York: Thieme Stuttgart.