La célula es un país en constante guerra. Ha erigido una doble muralla, fluida pero tenaz, para defenderse de sus enemigos (las células bacterianas y vegetales han levantado además otra densa y rígida muralla exterior, la pared celular).

Pero un país en guerra no puede cerrar por completo sus fronteras: debe dejar entrar a los portadores de suministros y a los viajeros adinerados, en tanto que repele a los exiliados procedentes de otros lugares, a los visitantes pobres y, por supuesto, a las huestes invasoras.

La membrana celular consta principalmente de dos capas de moléculas grasas de naturaleza dual, los fosfolípidos. Sus cabezas polares (con una distribución asimétrica de carga eléctrica) sienten avidez hacia el agua, en tanto que sus largas colas no polares la rechazan enérgicamente. Como el agua domina tanto el paisaje intracelular como el extracelular, estas moléculas se disponen con sus cabezas orientadas hacia la periferia de la membrana, en tanto que las colas apuntan hacia el centro, formando una densa barrera que sólo pueden atravesar otras sustancias grasas, moléculas no polares, como el oxígeno o el nitrógeno e incluso algunas polares pequeñas, como el agua, el anhídrido carbónico o el alcohol etílico (lo que explica el rápido efecto de una borrachera). Estas sustancias entran y salen de la célula por difusión libre, sin requerir energía, dirigidas por el gradiente de concentración: siempre se moverán desde donde haya más concentración de ellas a donde haya menos.

Las pequeñas partículas cargadas eléctricamente (iones), que la célula necesita para su funcionamiento, como los iones sodio, potasio o calcio, sólo pueden atravesar las membranas a través de poros específicos. Estos poros están formados por proteínas tubulares, con un canal interior adaptado al tamaño de cada ion, que atraviesan toda la membrana y se desplazan en ella como boyas. Los iones no necesitan energía para pasar de un lado a otro y se mueven según su gradiente, pero muestran un efecto de saturación: cuando todos los canales iónicos están ocupados se alcanza la máxima velocidad de difusión.

A veces las proteínas transportadoras pueden mover sustancias en contra de un gradiente de concentración, usando la moneda energética universal de la célula, la molécula de ATP. Los nutrientes de tamaño medio, como los azúcares, suelen penetrar en las células por mecanismos de este tipo. Por ejemplo, la bacteria Escherichia coli, uno de nuestros amigos-enemigos más íntimos (aparece en abundancia en el tracto digestivo y a veces causa infecciones), usa energía para expulsar protones (iones positivos) de la célula. El azúcar lactosa se une a estos protones, que tienden a volver a entrar a la célula porque dentro hay menos concentración de ellos que fuera. El complejo protón-lactosa atraviesa entonces sin necesidad de energía otro canal proteico específico, la lactosa-permeasa.

Las moléculas polares más grandes, como proteínas o polisacáridos (largas cadenas de azúcares) penetran en la célula por medio de vesículas formadas a partir de la propia membrana. Para englobar a las sustancias se forma una invaginación, que se suelda por los bordes, se desprende del resto de la membrana y se abre en el interior para liberar las sustancias recogidas. Esto ocurre normalmente después de la fusión con otros orgánulos vesiculares celulares que contienen enzimas, los lisosomas, que constituyen los sistemas digestivos de las células. Las membranas de la vesícula introductora vuelven a fusionarse con la membrana plasmática tras este proceso. Muchas sustancias que penetran así en las células son reconocidas por unos receptores específicos de membrana, que sólo activan la formación de la vesícula si la sustancia responde a la contraseña adecuada: si posee la compleja conformación espacial que encaja perfectamente en la molécula receptora, que suele ser una proteína o glucoproteína (proteína + azúcares). Algunos invasores se apropian de estas contraseñas. El virus del sida, por ejemplo, entra en los linfocitos “engañando” a una glucoproteína de membrana, pues imita la forma de la molécula que se une a este receptor.

La regulación de los flujos migratorios en el reino celular se efectúa por medio de una complejísima red de interacciones moleculares. La célula puede aumentar o reducir el número de pasos fronterizos (los canales iónicos y las proteínas transportadoras), aplicar más o menos energía a los mecanismos de transporte activo, instalar más o menos centinelas (los receptores de membrana), cambiar periódicamente las contraseñas (induciendo mutaciones en los receptores) o conceder más visados para ciertas moléculas (haciendo que puedan acoplarse a diferentes receptores). Todo ello en respuesta a sensores de concentración de las diferentes moléculas y a las cambiantes necesidades del organismo (situaciones de estrés, de huida, de hambre prolongada, de asedio por infecciones, etc.) Muchas veces las sustancias efectoras de estos cambios son las hormonas, que se secretan a la sangre en respuesta a estímulos momentáneos o según las diferentes etapas del ciclo vital del organismo.

El fortín central de nuestro cuerpo, el cerebro, necesita funcionar en un ambiente muy estable: cualquier intromisión química puede provocarle alteraciones graves. Para intentar que el cerebro sea intocable se erige la barrera hematoencefálica (BHE), una monocapa celular que recubre los capilares del cerebro. Sus células están muy densamente unidas y no dejan huecos entre ellas, poseen sólo receptores de membrana muy específicos y forman muy pocas vesículas que pudieran introducir moléculas grandes en el cerebro. A veces incluso se presenta otra barrera adicional. Las sustancias solubles en grasas pueden atravesar estas capas, pero no otras muchas sustancias nocivas. Estas células presentan muchas proteínas transportadoras para los nutrientes esenciales del cerebro: la glucosa, que es algo así como la gasolina del pensamiento; aminoácidos; precursores de ácidos nucleicos, etc. A la BHE debemos también que las infecciones cerebrales sean tan raras.

Muchos organismos femeninos deben defenderse además de unos enemigos terribles, que crecen monstruosamente en su interior, saquean sus recursos y pueden envenenar su sangre o provocar un caos en su sistema inmunitario: sus propios hijos. Para ello han levantado una barrera exquisitamente selectiva y sofisticada: la placenta, un órgano mixto materno-fetal que se encarga fundamentalmente de la regulación del tráfico sanguíneo de sustancias entre la madre y el hijo. La barrera placentaria consta de varias capas de células densamente empaquetadas que blindan los capilares. Prácticamente sólo pueden traspasarla nutrientes simples como oxígeno, agua y sales minerales (de la madre al feto) y sustancias de desecho del feto a la madre (anhídrido carbónico, urea, etc.). Esta barrera suele impedir el paso de moléculas grandes, virus o bacterias, a menos que estos invasores puedan abrir agujeros en ella.

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