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TRASPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA

Obj: Reconocer la membrana plasmática como una estructura capaz de

transportar, selectivamente, sustancias hacia el interior y exterior de la célula.

I. Membrana Plasmática

Recordemos, que llas células eucariontes tienen una estructura más compleja y

se caracterizan por estar formadas por tres estructuras básicas: la membrana

plasmática, el citoplasma y el núcleo.

Membrana plasmática: estructura que delimita la célula separándola del medio

externo y regula la interacción entre la célula, su medio externo y las células

vecinas. Está constituida, principalmente, por lípidos, proteínas y una pequeña

proporción de carbohidratos. Una de sus principales funciones es regular el

transporte de sustancias tanto hacia el interior de la célula como hacia el

exterior de ella, controlando así la composición química de citoplasma. A través

de ella, la célula incorpora sustancias útiles para su funcionamiento y elimina

los desechos de su metabolismo, todo esto en forma selectiva, por esta

característica se dice que tiene permeabilidad selectiva, es decir, es

semipermeable.

El modelo de la estructura de la membrana propuesta por Singer y Nicolson

en 1972 denominada “modelo del mosaico fluido”, establece que el componente

lipídico de la membrana actúa como un medio en el cual se encuentran inmersas

las proteínas que pueden estar total o parcialmente incluidas en la membrana.

La estructura es fluida y los componentes integrales de la membrana pueden

rotar y cambiar de posición.

Está constituida principalmente por lípidos: fosfolípidos y colesterol.

Fosfolípidos: Son las moléculas más abundantes, se disponen formando una

doble capa o bicapa de fosfolípidos(o bicapa lipídica), se caracterizan por tener

dos zonas: las cabezas polares o hidrofílicas (afines al agua) en contacto con

el medio acuoso de la célula, y las colas hidrofóbicas (repelen o rechazan el

agua) que son parte de la estructura interna se los fosfolípidos.

1eros Medios. Biología Profesora Paulina Torres Sepúlveda

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Colesterol: Se ubica entre los fosfolípidos, lo que limita la movilidad de estos,

proporcionando estabilidad a la membrana. Es un lípido apolar

Proteínas: Se encuentran insertadas en la bicapa lipídica, le dan la característica

de mosaico a la membrana. Existen dos tipos de proteínas de membrana:

-Proteínas integrales: Son las que atraviesan completamente la membrana y

sobresalen por ambas caras de ésta. Transportan sustancias desde y hacia la

célula. Se denominan también proteínas transmembrana.

-Proteínas periféricas: No atraviesan la estructura de la membrana, se localizan

en la superficie interna o externa de la membrana plasmática. Cumplen funciones

como: fijar los filamentos del citoesqueleto, enzimas, receptores de señales, etc.

Los carbohidratos o glúcidos: están unidos tanto a proteínas como a lípidos

constituyendo glucoproteínas y glucolípidos. El conjunto de glúcidos asociado a

la membrana plasmática se denomina glucocálix, que protege a las células y

sirve de reconocimiento para el sistema inmune (sistema de defensa del

organismo). El glucocálix participa en los procesos de reconocimiento celular y

permite la interacción entre las células y sus vecinas.

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El modelo de la membrana plasmática es válido para todas las otras membranas

que forman los organelos celulares. Es una estructura dinámica, fluida y elástica

en que las moléculas que la componen se desplazan en todas direcciones, esta

característica le permite autorRepararse en caso de dañarse. Sus importantes

funciones se pueden resumir en:

Ayuda a mantener la forma celular.

Regula el intercambio de sustancias entre la célula (medio intracelular) y

el medio externo (medio extracelular), es una barrera selectiva

semipermeable que permite el ingreso de sustancias útiles a la célula y

elimina los desechos del metabolismo, manteniendo el medio el medio

intracelular estable y diferenciándolo de su entorno.

Permite la interacción de las células con sus vecinas, es importante en la

adherencia celular gracias a las proteínas específicas de la membrana.

Participa en el proceso de reconocimiento celular.

Actúa como receptora de señales químicas (hormonas por ejemplo).

La bicapa lipídica hace prácticamente

imposible el paso de sustancias

hidrofílicas, como los iones. En cambio

deja pasar con facilidad algunas

moléculas polares pequeñas sin carga

como el CO2, el agua y la urea; y

moléculas apolares pequeñas como el

oxígeno. La restricción al paso de

algunas sustancias, impuesta por la

bicapa, hace necesario que ellas pasen

con la ayuda de cierta proteína.

Las proteínas involucradas en el transporte, son de tres tipos: canales

iónicos para el trasporte de iones; trasportadores, para el trasporte pasivo de

moléculas medianas como la glucosa y los aminoácidos y bombas, para el

trasporte activo de iones.

Para comprender claramente el movimiento de sustancias a través de la

membrana es necesario comprender algunos conceptos relacionados con el

movimiento de sustancias en solución.

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El movimiento de las partículas desde zonas en que están en mayor

concentración hacia zonas de menor concentración se denomina difusión. El

gradiente químico no es lo único que puede impulsar el desplazamiento neto de

partículas. Otra fuerza capaz de hacerlo, en el caso de partículas con carga

eléctrica, como los iones es la diferencia de cargas eléctricas que puede haber

entre una zona y otra. La diferencia de cargas eléctricas entre dos puntos se

llama gradiente eléctrico.

Para muchas sustancias existen gradientes electroquímicos entre un lado y

el otro de la membrana celular. El sodio, por ejemplo, está en mayor

concentración fuera de las células animales que dentro de ellas. El potasio, en

cambio, está en mayor concentración en el líquido intracelular que en el

extracelular. Éste gradiente en las neuronas, por ejemplo, permite el potencial

de acción, ya que las proteínas intramembrana que son de carga negativa, se

anulen rápidamente por la carga de Na+ que ingresa y el K+ que sale a través

de sus canales iónicos, el cual vuelve al reposo gracias a la bomba Na+/K+

que revierte las direcciones de difusión.

II. Trasporte pasivo.

1. Difusión Simple

Debido a que están chocando

entre sí, las moléculas tienden

a desplazarse,

espontáneamente, desde

donde están más juntas hacia

donde lo están menos, hasta

que alcanzan una distribución uniforme. En otras palabras, la tendencia

espontánea de las moléculas en solución es a moverse a favor de su gradiente

electroquímica lo que ocurre por ejemplo, cuando dejamos caer una gota de

colorante dentro de un vaso con agua y en el ejemplo de las bolitas de té.

Recordemos que este movimiento azaroso de las partículas, que hace que se

distribuyan homogéneamente, se llama difusión.

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2. Difusión Facilitada

Se realiza a través de proteínas transportadoras, que actúan por gradientes

electroquímicos y que atraviesan toda la membrana. De acuerdo al mecanismo

que utilizan las proteínas los llamamos:

a. Canales: Son proteínas que se abren y cierran para permitir el paso

de distintas moléculas. Los más conocidos son los de tipo iónicos,

que permiten el paso de iones específicos, como el Ca+2, Na+, K+.

b. Transportadores: Actúan uniéndose a la molécula que transportarán,

adoptando cambios conformacionales, liberando a la sustancia hacia el

interior de la membrana. Una vez finalizado el proceso, la proteína

vuelve a su forma inicial. Éste transporte es utilizado principalmente

para el paso de sustancias de gran tamaño para que atraviesen por

difusión simple, como la molécula de la glucosa hacia los hepatocitos.

3. Osmosis

La difusión de un

solvente, tal como el

agua, a través de una

membrana

semipermeable. En el

caso de las células el

movimiento de agua a

través de las

membranas, a favor

de su gradiente

químico, es decir,

desde donde el agua está en mayor proporción hacia donde está en menor

proporción.

Dos soluciones son isotónicas si tienen la misma proporción de agua, es

decir, la misma concentración total de solutos. Entre ellas, evidentemente, no

hay transferencia neta de agua a través de una membrana. Al comparar dos

soluciones que tienen diferente proporciones de agua, es decir, diferentes

concentraciones totales de solutos, decimos que es hipotónica la que tiene

menor concentración de solutos e hipertónica la tiene una concentración mayor.

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La osmosis es la transferencia de agua desde una solución hipotónica a una

hipertónica, a través de una membrana semipermeable.

En el caso de una célula animal como el glóbulo rojo, si se pone en una

solución hipertónica respecto de su interior, perderá el agua y se arrugara. El

fenómeno se llama crenación. Puesto en una solución hipotónica, en cambio, le

entrara agua, se diluirá su contenido y se romperá la membrana celular, lo que

se llama citólisis. En el caso de las células vegetales, en medios hipertónicos,

la membrana plasmática se rompe, fenómeno llamado plasmólisis, mientras que

en medio hipotónico la vacuola se hincha, dando lugar a una célula turgente.

III. Transporte activo

El transporte activo es el que ocurre en contra del gradiente electroquímico

de las sustancias. Considerando solo el gradiente químico, podemos decir que

es el movimiento de partículas desde el lado de la membrana en que están

menos concentrada hacia el lado donde lo están más, pudiendo ser hacia fuera

o hacia dentro de la célula. Es comparable al desplazamiento de un objeto

cuesta arriba, al desplazamiento de un móvil contra la corriente del agua de un

río.

Ya que el transporte activo es en contra de la gradiente de concentración se

ocupa energía en forma de ATP, quedando como productos ADP y P+. Según

el tió de partículas que se quieran transportar, los mecanismos son:

1. Uniport:

Es aquel en el que se

mueven un tipo de

moléculas en una sola

dirección, como lo son los

canales de Na+.

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2. Simporte (o cotransporte):

Es aquel en el que son transportados

dos solutos en la misma dirección al

mismo tiempo. Es el caso del transporte

de la glucosa en las células epiteliales

del intestino delgado, donde la glucosa

para poder ingresar, debe acompañarse

del ión Na+, ingresando ambas hacia la

célula.

3. Antiport (Contratransporte):

Ocurre cuando dos solutos son

trasportados en direcciones contrarias al mismo tiempo. Un ejemplo de esto,

son las bombas de Na+/K+ , donde normalmente las moléculas de Na+ se

encuentran en el medio extracelular, y el potasio en el intracelular. Pero que

tienden a seguir su gradiente de concentración, por lo que la bomba ayuda a

mantener los gradientes constantes.

IV. Transporte mediado por vesículas

Para el trasporte de grandes masa de sustancias en solución o de grandes

partículas hacia el interior, así como también para la expulsión de moléculas

grandes o en grandes cantidades, las células utilizan vesículas. Estas son esferas

delimitadas por membranas, cuyo contenido permanece sin contacto con el resto

del citoplasma. En este caso, la entrada de sustancias a la célula o a la salida,

no involucra el paso a través de la bicapa ni la asistencia de proteínas de

transporte (canales y transportadores)

a. Endocitosis:

Es la incorporación de partículas en solución o de partículas grandes a la célula

en vesículas que se forman por invaginación de la membrana plasmática y que

se desprenden de esta hacia el citoplasma, conteniendo lo incorporado.

• Pinocitosis: consiste en la ingestión de líquidos y solutos mediante pequeñas

vesículas.

• Fagocitosis: consiste en la ingestión de grandes partículas como proteínas,

bacterias o virus, fagocitosis, ciertos glóbulos blancos que se engloban en

grandes vesículas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular.

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b. Exocitosis:

Es la salida de sustancias contenidas en vesículas por función de estas con la

membrana plasmática, con la consecuente evacuación del contenido. Algunas de

las sustancias exocitadas se unen a la cubierta celular, otras forman parte de

la matriz extracelular y, por último, otras difunden hacia el líquido intercelular,

como es el caso de los mensajeros químicos (hormonas, neurotransmisores.)