Transporte a través de la membrana celular o membrana
plasmática
El transporte
celular es el intercambio de sustancias entre el interior celular y el
exterior a través de la membrana plasmática que es una membrana
semipermeable. El transporte es muy importante para
la célula porque le permite expulsar de su interior los desechos del metabolismo,
también el movimiento de sustancias que sintetiza como hormonas. Además es la forma
en que adquiere nutrientes mediante procesos de incorporación a la célula de
nutrientes disueltos en el agua. Las vías de transporte a través de la membrana
celular y los mecanismos básicos para las moléculas de pequeño tamaño son:
TRANSPORTE ACTIVO
Requiere un aporte de energía por parte de la
célula, ya que se hace en contra del gradiente (concentración o “cuesta
arriba”), la intervención de proteínas de membrana que pueden tener actividad
ATPasa. Se necesitan proteínas portadoras y consumo de energía para transportar
moléculas contra su gradiente de concentración.
Las proteínas que participan en el transporte
activo a menudo se llaman bombas, porque así como una bomba de agua utiliza
energía para mover agua contra la fuerza de gravedad, las proteínas utilizan
energía para mover una sustancia contra su gradiente de concentración.
Transporte pasivo
El
transporte pasivo permite el paso molecular a través de la membrana plasmática
a favor del gradiente de concentración o de carga eléctrica. El transporte de
sustancias se realiza mediante la bicapa lipídica o los canales iónicos, e
incluso por medio de proteínas integrales. Hay cuatro mecanismos de transporte
pasivo:
- Ósmosis: transporte de moléculas de agua a través de la membrana plasmática mediado por proteínas específicas –acuaporinas– y a favor de su gradiente de concentración.
- Difusión simple: paso de sustancias a través de la membrana plasmática, como los gases respiratorios, el alcohol y otras moléculas no polares.
- Difusión facilitada: transporte celular donde es necesaria la presencia de un carrier o transportador (proteína integral) para que las sustancias atraviesen la membrana. Sucede porque las moléculas son más grandes o insolubles en lípidos y necesitan ser transportadas con ayuda de proteínas de la membrana.
- Ultrafiltración o Diálisis: En este proceso de transporte pasivo, el agua y algunos solutos pasan a través de una membrana por efecto de una presión hidrostática. El movimiento es siempre desde el área de mayor presión al de menos presión. La ultrafiltración tiene lugar en el cuerpo humano en los riñones y es debida a la presión arterial generada por el corazón. Esta presión hace que el agua y algunas moléculas pequeñas (como la urea, la creatinina, sales, etcétera) pasen a través de las membranas de los capilares microscópicos de los glomérulos para ser eliminadas en la orina. Las proteínas y grandes moléculas como hormonas, vitaminas, etc., no pasan a través de las membranas de los capilares y son retenidas en la sangre.
Ósmosis
La
ósmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual sólo las moléculas
de agua son transportadas a través de la membrana. El movimiento de agua se
realiza desde el punto en que hay menor concentración de solvente al de mayor
concentración para igualar concentraciones en ambos extremos de la membrana
bicapa fosfolipídica. De acuerdo al medio en que se encuentre una célula, la ósmosis varía. La función de la
ósmosis es mantener hidratada a la membrana celular. Dicho proceso no requiere
gasto de energía. En otras palabras, la ósmosis es un fenómeno consistente en
el paso del solvente de una disolución desde una zona de baja concentración de
soluto a una de alta concentración del soluto, separadas por una membrana
semipermeable.
- En un medio isotónico, hay un equilibrio dinámico es decir, el paso constante de agua.
- En un medio hipotónico, la célula absorbe agua hinchándose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citólisis.
- En un medio hipertónico, la célula pierde agua, se arruga llegando a deshidratarse y se muere, esto se llama crenación.
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- En un medio hipertónico, la célula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye, produciendo que la membrana plasmática se despegue de la pared celular, ocurriendo la plasmólisis
- En un medio isotónico, existe un equilibrio dinámico.
- En un medio hipotónico, la célula toma agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presión de turgencia, dando lugar a la turgencia.
Difusión facilitada
Algunas
moléculas son demasiado grandes como para difundir a través de los canales de
la membrana y demasiado hidrofílicos para poder difundir a través de la capa de
fosfolípidos y hopanoides. Tal es el caso de la fructuosa y algunos otros
monosacáridos.
Estas
sustancias, pueden cruzar la membrana plasmática mediante el proceso de
difusión facilitada, con la ayuda de una proteína transportadora. En el primer
paso, la glucosa se une a la proteína transportadora, y esta cambia de forma,
permitiendo el paso del azúcar.
Tan
pronto como la glucosa llega al citoplasma, una quinasa (enzima que añade un grupo fosfato
a un azúcar) transforma la glucosa en glucosa-6-fosfato. De esta forma, las
concentraciones de glucosa en el interior de la célula son siempre muy bajas, y
el gradiente de concentración exterior → interior favorece la difusión de la
glucosa.
La
difusión facilitada es mucho más rápida que la difusión simple y depende:
- Del gradiente de concentración de la sustancia a ambos lados de la membrana.
- Del número de proteínas transportadoras existentes en la membrana.
- De la rapidez con que estas proteínas hacen su trabajo.
Difusión
facilitada: la fuerza impulsora es el aumento de entropía por el aumento de
concentración a un lado de la membrana. Tanto la difusión facilitada como el
transporte activo se producen a través de proteínas integrales de membrana.
Transporte
activo
El
transporte activo es un mecanismo celular por medio del cual algunas moléculas
atraviesan la membrana plasmática contra un gradiente de concentración, es
decir, desde una zona de baja concentración a otra de alta concentración con el
consecuente gasto de energía (llamados Biotreserineos). Los ejemplos típicos
son la bomba de sodio-potasio, la bomba de calcio o simplemente el transporte
de glucosa.
En
la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un
gradiente de H+ (potencial electro-químico de protones) previamente
creado a ambos lados de la membrana, por procesos de respiración y
fotosíntesis; por hidrólisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana. El
transporte activo varía la concentración intracelular y ello da lugar un nuevo
movimiento osmótico de re-balanceo por hidratación.
Los sistemas de transporte
activo son los más abundantes entre las bacterias, y se han seleccionado
evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoría de los
procariontes se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja
concentración de nutrientes.
Los
sistemas de transporte activo están basados en permeasas específicas e
inducibles. El modo en que se acopla la energía metabólica con el transporte
del soluto aún no está dilucidado, pero en general se maneja la hipótesis de
que las permeasas, una vez captado el sustrato con gran afinidad, experimentan
un cambio transformacional dependiente de energía que les hace perder dicha
afinidad, lo que supone la liberación de la sustancia al interior celular.
El
transporte activo de moléculas a través de la membrana celular se realiza en
dirección ascendente o en contra de un gradiente de concentración (Gradiente
químico) o en contra un gradiente eléctrico de presión (gradiente electro-químico), es decir, es el paso de
sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado.
Para
desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energía
procedente del ATP.
Las proteínas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa, que
significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP
(dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberación de energía de los enlaces
fosfato de alta energía. Comúnmente se observan tres tipos de transportadores:
- Uniportadores: son proteínas que transportan una molécula en un solo sentido a través de la membrana.
- Antiportadores: incluyen proteínas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultáneamente transportan otra en sentido opuesto.
- Simportadores: son proteínas que transportan una sustancia junto con otra, frecuentemente un protón (H+).
Transporte activo primario: Bomba de
sodio y potasio o Bomba Na/K
Se
encuentra en todas las células del organismo, en cada ciclo consume una
molécula de ATP y es la encargada de transportar dos iones de potasio que logran ingresar a la célula, al
mismo tiempo bombea tres iones de sodio desde el interior hacia el exterior de la célula (exoplasma),
ya que químicamente tanto el sodio como el potasio poseen cargas positivas. El
resultado es ingreso de dos iones de potasio (ingreso de dos cargas positivas)
y regreso de tres iones de sodio (egreso de tres cargas positivas), esto da
como resultado una pérdida de la electropositividad interna de la célula, lo
que convierte a su medio interno en un medio "electronegativo con respecto
al medio extra celular".
En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia
de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de
reposo-descanso. Participa activamente en el impulso nervioso, ya que a través
de ella se vuelve al estado de reposo.
Transporte activo secundario o co-transporte
Es
el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular
tales como los aminoácidos y la glucosa, cuya energía requerida para el
transporte deriva del gradiente de concentración de los iones sodio de la
membrana celular (como el gradiente producido por el sistema glucosa/sodio del intestino delgado).
- Intercambiador calcio-sodio: Es una proteína de la membrana celular de todas las células eucariotas. Su función consiste en transportar calcio iónico (Ca2+) hacia el exterior de la célula empleando para ello el gradiente de sodio; su finalidad es mantener la baja concentración de Ca2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio externo.
Por cada catión Ca2+
expulsado por el intercambiador al medio extracelular penetran tres cationes Na+
al interior celular.1 Se sabe que las variaciones en la
concentración intracelular del Ca2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a
diversos estímulos y están involucradas en procesos como la contracción muscular,
la expresión genética,
la diferenciación celular,
la secreción, y varias funciones de las neuronas. Dada la variedad de procesos
metabólicos regulados por el Ca2+, un aumento de la concentración de
Ca2+ en el citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de
los mismos. Si el aumento de la concentración de Ca2+ en la fase
acuosa del citoplasma se aproxima a un décimo de la del medio externo, el
trastorno metabólico producido conduce a la muerte celular. El calcio es el
mineral más abundante del organismo, además de cumplir múltiples funciones.
