Demostración de la función de protección y compartimentalización de la bicapa lipídica celular- Método: Extracción de ADN

Saludos estimados lectores y estimada comunidad de #stem-espanol y #steemit en esta oportunidad decidí hablarles un poco sobre cómo las células se protegen y cómo son capaces de mantenerse aisladas unas de otras y es que todas las células eucariotas incluidas las del ser humano poseen una envoltura que las recubre, una membrana biológica conocida con el nombre de membrana plasmática o membrana citoplasmática, esta es la encargada de conferirle a la célula la capacidad de realizar muchas de sus funciones, sin embargo, la membrana en sí también posee funciones específicas, siendo una de las principales la protección de todos los organelos u orgánulos y compuestos del interior celular, incluido uno de los compuesto más valioso de la célula: el ADN.

Las membranas biológicas son estructuras muy delgadas formadas por dos películas o capas finas compuestas por proteínas, lípidos, colesterol y carbohidratos; estas dos láminas están unidas entre sí por compuestos fosfolipídicos, por lo que también recibe el nombre de “bicapa lipídica”.

Filamentos blancos de ADN. Fuente: Imagen propiedad del autor

Cada uno de los compuestos que conforman la membrana plasmática le confieren una función; es decir, las proteínas le dan función de transporte, los glúcidos o carbohidratos función de reconocimiento, dejando a los lípidos con una función muy importante que es la protección de la célula y su capacidad compartimental, esto la hace “impermeable” a sustancias hidrosolubles y permeable a sustancias liposolubles todo esto le da la característica de “selectividad de compuestos” lo que regula el paso de moléculas desde y hacia el interior de la célula.

Como se dijo anteriormente la bicapa lipídica aparte de proteger a la célula, también mantiene un orden estructural mediante la separación de los compuestos internos, ya que incluso las mitocondrias y el núcleo poseen una, en esta oportunidad quisiera mostrar una manera de observar cómo actúa la membrana plasmática y la bicapa lipídica en condiciones normales, así como una forma de extracción del ADN y su observación macroscópica, es decir, sin el uso de un microscopio. Sin embargo es necesario conocer primero:

La estructura de la bicapa lipídica y principal función de la misma

La bicapa lipídica es el principal armazón o compuesto estructural de las membranas biológicas, como la membrana plasmática que recubre a las células o la membrana intracelular que recubre al núcleo celular, estas están formadas por dos capas de fosfolípidos (molécula formada por una molécula de fosfato y un lípido), con característica anfipática, lo cual quiere decir que van a poseer dos extremos, una cabeza polar o hidrofílica (que tiene afinidad por el agua) y una cola hidrofóbica (que repele el agua).

1-Estructura de la bicapa lipidica; 2-Micela Fuente: Stephen Gilbert, Diciembre de 2004, Wikipedia.com CC BY-SA 3.0

Al momento de entrar en contacto con el agua esta bicapa adopta una forma donde las cabezas polares quedan en dirección al agua y las colas apolares hacia el centro, generando una estructura conocida como “micela” y que le da la forma redondeada a las células, esta particular forma de adaptarse en medios acuosos hace que las membranas biológicas tengan una importancia enorme en las células, ya que delimitan o son fronteras separadoras entre diferentes compartimentos, con un alto poder de selectividad entre las sustancias a las que deja pasar o retiene. Otra función importante de estas membranas es la de protección contra organismos patógenos o sustancias nocivas que puedan destruir a la célula, por ello es fundamental que estas membranas se mantengan funcionales y además mantengan su integridad.

Si se llegara a romper esta integridad estructural los compuestos intracelulares comenzarían a degradarse y a perder su orden funcional.

¿Es posible demostrar que las membranas plasmáticas y bicapas lipídicas protegen y mantienen resguardados los compuestos intracelulares?

Si, si es posible demostrarlo y de una manera muy sencilla. Para lograrlo se puede realizar un procedimiento de extracción de ADN, donde mediante la adición de compuestos químicos se destruirá la bicapa lipídica con la finalidad de dispersar los filamentos de cromatina y poder aislar el llamado “Moco de ADN” o filamentos de ADN.

Procedimiento: Extracción de ADN de tejido hepático

A continuación presentaré una manera de observar en aspectos generales como funcionan las membranas biológicas. Para ello necesitaremos:

Lista de Materiales. Fuente: Imagen propiedad del autor

Materiales. Fuente: Imagen propiedad del autor

Seguidamente procedemos a realizar:

Guia de Instrucciones. Fuente: Imagen propiedad del autor

Registro fotográfico de los pasos realizados para la extracción del ADN Fuente: Imagen propiedad del autor

Luego de completar el aislamiento de los filamentos de ADN realizaremos el proceso dos veces más pero con cambios en los pasos a seguir, lo que nos va a generar tres tipos de muestras:

• Muestra A: se realizó el proceso sin utilizar el detergente ni el zumo de piña.
• Muestra B: solo se eliminó el zumo de piña.
• Muestra C: se realizó el procedimiento completo.

En cada una se observa un grado distinto de degradación de las membranas celulares.

Muestras obtenidas con sus diferentes grados de degradación Fuente: Imagen propiedad del autor

Conclusiones y fundamentos científicos:

En la extracción de ADN realizada anteriormente, en la muestra C se necesitó romper la membrana plasmática celular para acceder al núcleo de la célula, para esto se utilizó el mortero, y como también debe romperse la membrana nuclear para dejar libre el ADN, se reforzó la acción del mortero con el detergente, sin embargo, el ADN disperso tiende a ser degradado muy rápido por enzimas, entonces, se protegió usando el zumo de piña, el cual contiene la enzima papaína, la cual destruye las proteínas que degradan el ADN.

Por último se usó el alcohol para precipitar el ADN, el cual es soluble en agua, pero cuando se encuentra en alcohol se desenrolla y precipita, es decir, se manifiesta entre las fases formadas por el alcohol y la mezcla. De esta manera puede aislarse y ser observado macroscópicamente.

ADN en la interfase agua-alcohol Fuente: Imagen propiedad del autor

Por el contrario en la muestra B donde solo se aplicó el detergente. En este caso se logró destruir la membrana plasmática, pero el ADN no logró salir completamente del núcleo, y al no tener la protección de la papaína fue degradado, por lo que se obtuvo una degradación celular con degradación nuclear.

Dejando a la muestra A (donde no se aplicó ni detergente ni alcohol) con una ruptura parcial de las membranas, lo que mantuvo en cierta medida protegido, y a modo de compartimiento, aislado el ADN, esto demuestra y explica que mientras la membrana y la bicapa lipídica estén íntegras, es decir no haya algún agente externo o propio que las destruya los compuestos intracelulares podrán mantenerse delimitados entre ellos y con funcionalidad.

En el campo de salud el estudio de la membrana plasmática ha arrojado importantes resultados y ha mejorado enormemente las terapias farmacológicas aplicadas a muchas patologías, incluidas el cáncer y terapias genéticas mediante el uso de liposomas, que no es más que una especie de burbuja recubierta con una bicapa lipídica doble que permite envolver sustancias inclusive genes, y mediante el principio de selectividad que posee la célula introducirlos a su interior así mismo permite conocer que compuestos y tóxicos como el cianuro y los organofosforados generan daños en las membranas lo que va a dañar el material intracelular ya que el mismo no va a mantenerse compartimentado.

Sin mas que agregar los dejo con el vídeo del procedimiento de extracción de ADN donde se obtuvo la Muestra C :

Fuente: Video del procedimiento realizado por @migueldavidor en youtube.com

Fuente: Imagen propiedad del Autor.

Referencias

[1]Lozano. J (2005). Bioquímica y Biología Molecular para ciencias de la salud. (3era. Ed.) España: McGraw-Hill.
[2]Holum. J (2001) Fundamentos de química general, orgánica y bioquímica para ciencias de la salud. México: Limusa Wiley
[3]Perez. B (1984) Biologia-Teoria y Practica (5ta edición) Caracas: Ediciones ENEVA.
[4]Curtis, Helena; Schnek, Adriana (2008). Curtis. Biología. Ed. Médica Panamericana.

Todas las imágenes fueron tomadas por el autor mediante un Telefono ZTE Grand X4 y pueden ser vistas en un mayor tamaño dando click en los links ubicados debajo de ellas.