3.1.3. Fuerzas hidrofóbicas y estructura de las membranas celulares
Al tratarse de un dipolo, el agua tiende a unirse (a hidratar) elementos cargados positiva o negativamente (iones) y a cualquier molécula que presente grupos polares, es decir, grupos que muestren carga eléctrica polarizada y que se vean atraídos por alguno de los polos del agua (positivo o negativo). Como se verá más adelante, en esta propiedad radica la capacidad del agua para disolver las sales y un gran número de moléculas orgánicas (azúcares, aminoácidos, alcoholes, etc.). Por contra, el agua no puede establecer uniones con sustancias apolares, las cuales muestran un comportamiento hidrofóbico, es decir, contrario a cualquier interacción con el agua.
Es precisamente este comportamiento el que permite la existencia de estructuras lipídicas tan importantes como las micelas y, sobre todo, las membranas. El efecto hidrófobico se debe al hecho de que las sustancias apolares tienden a asociarse para minimizar su contacto con el agua. Así, moléculas anfipáticas como los ácidos grasos y los fosfolípidos (con un grupo polar unido a una estructura apolar) se organizan separando y aislando del agua sus zonas apolares dando lugar a estructuras como las micelas y la bicapa fosfolipídica. Véanse figuras 2.10 y 2.12.
Las membranas celulares son estructuras fluidas compuestas básicamente por lípidos (fosfolípidos, colesterol y esfingolípidos), proteínas y pequeñas cantidades de polisacáridos, moléculas todas ellas que muestran grupos polares. No obstante, en el caso de los fosfolípidos, su mayor parte corresponde a un cuerpo hidrófobo (apolar) formado por dos ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol enlazada, a su vez, con un extremo polar que interacciona con el agua. Éste aparece constituido por un grupo fosfato cargado negativamente (R-PO–4-R ) y por moléculas como la colina, el inositol, o la serina. Los fosfolípidos proyectan sus extremos polares hacia el medio acuoso formando una doble superficie de contacto que delimita y aísla del agua a sus cuerpos apolares, los cuales se agrupan mediante uniones hidrofóbicas. Asimismo, el colesterol muestra un esqueleto isoprenoide apolar, sumido en el manto hidrófobo fosfolípídico, del que asoma un único grupo polar hidroxilo (OH–) ligado al medio acuoso por enlaces de H. Por su parte, las proteínas de membrana, insertadas en la doble capa fosfolipídica, orientan sus grupos polares (regiones de la cadena peptídica ricas en aminoácidos polares) hacia el medio acuoso extra e intracelular, mientras que las regiones menos polares se instalan en el “relleno” hidrófobo de la bicapa. En la membrana se diferencian también oligosacáridos muy solubles (plenos de grupos polares carbonilo e hidroxilo) que establecen puentes de H con el agua y enlaces covalentes con los grupos polares de los lípidos (glucolípidos) y de ciertas proteínas (glicoproteínas). La membrana plasmática se conecta con el citoplasma mediante puentes de H entre su superficie polar y las proteínas que forman el citoesqueleto. Véanse las figuras 2.11 y 2.12.