La Membrana Biológica y Mecanismos de

TransportePor: Lic. Marielba Velandia

Membrana Celular

La membrana celular es una barrera que separa el exterior del interior de la célula, pero que es flexible y permeable.

 La interacción de la célula con el medio que la rodea es necesaria para que la primera se mantenga viva, y esto se realiza a través de la membrana plasmática, que es su estructura más externa. Está conformada de lípidos y proteínas encontrándose perforada por pequeños agujeros, a través de los cuales pasan

sustancias, tales como el oxígeno, hacia el interior de la célula y salen los productos de desecho, como el dióxido de carbono. Las moléculas que son demasiado grandes para pasar a través de la membrana celular se disuelven en los lípidos de la misma y así son transportados hacia el interior.

Estructura La membrana celular esta formada

principalmente por biomoléculas de proteínas y lípidos y en las células de los mamíferos se encuentran moléculas de azúcar. Las dos funciones principales de la membrana son:-Conservar las condiciones físicas y químicas en el interior de la célula-Regular los intercambios de sustancias entre la célula y el medio que la rodea.

Membrana celular Funciona como una barrera semipermeable, permitiendo la

entrada y salida de moléculas a la célula. La membrana está formada por lípidos, proteínas y

carbohidratos. Los lípidos forman una doble capa cuya conformación

conocemos como el Modelo Mosaico Fluído. La molécula más común del modelo es el fosfolípido, que

tiene una cabeza (hidrofílica) polar y dos colas(hidrofóbicas) no polares.

Funciones de la membrana celular Reconocimiento y comunicación debido a

moléculas situadas en la parte externa de la membrana, que actúan como receptoras de sustancias.

Protección del material genético Expulsión de los desechos del metabolismo en el

interior de la célula y adquisición de nutrientes del medio extracelular

Transporte a través de la membrana celular

La célula necesita expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes del líquido extracelular, gracias a la capacidad de la membrana celular que permite el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias. Las vías de transporte a través de la membrana celular y los mecanismos básicos de transporte son:

Transporte pasivo o difusión Transporte activo

1.Transporte pasivo

El transporte pasivo es el intercambio simple de moléculas de una sustancia a través de la membrana plasmática, en el cual no hay gasto de energía celular, ya que sólo requiere del movimiento de las moléculas de un medio de mayor concentración. El proceso celular pasivo se realiza mediante difusión y ósmosis

Difusión

Movimiento de una sustancia de una área de mayor concentración a una de menor concentración.

Tiene lugar hasta que la concentración se iguala en todas las partes.

Difusión (cont)

La velocidad dependerá de:

1. La energía cinética (que depende de la temperatura).2. El gradiente de concentración.3. El tamaño de las moléculas. 4. La solubilidad de las moléculas en la porción hidrofóbica de la bicapa.

La Difusión puede ser:

Difusión simple:Es el movimiento cinético de moléculas o iones a través de la membrana sin necesidad de proteínas. A favor del gradiente de concentración.

Difusión facilitada: difusión mediada por un portador, porque la sustancia transportada de esta manera no puede atravesar la membrana sin una proteína portadora específica que le ayude.

Difusión facilitada El transporte de las moléculas de glucosa en los eritrocitos

es un buen ejemplo de difusión facilitada por transportador. Las moléculas que transportan glucosa son glucoproteínas.

Se abre un canal dentro de la proteína misma (o entre varias subunidades de la misma cadena polipeptídica), que permite el paso de la molécula de glucosa para liberarla en el interior de la célula.

Osmosis Difusión de agua a través de una membrana

que permite el flujo de agua, pero inhibe el movimiento de la mayoría de solutos.

La presión osmótica es la presión necesaria para prevenir el movimiento del agua a través de una membrana semi-permeable que separa dos soluciones de diferentes concentraciones.

Es una propiedad de tipo coligativa, (depende del número de partículas).

No depende de la masa ni la carga de las

moléculas.

Movimiento de moléculas y el medio ambiente:

Soluto: Molécula que se disuelve en una solución

Solvente: Sustancia capaz de disolver las moléculas de soluto (generalmente agua)

Medio hipertónico: Mayor cantidad de moléculas de soluto fuera de la célula que dentro.

Medio hipotónico: Menor cantidad de moléculas de soluto fuera de la célula que dentro.

Medio isotónico: igual cantidad de moléculas de soluto fuera y dentro de la célula

Comportamiento de la célula animal y la vegetal:

CELULA ANIMAL Crenación: ocurre cuando la

célula está expuesta a un ambiente hipertónico y se arruga al perder agua.

Hemólisis: ocurre cuando la célula está expuesta a un ambiente hipotónico y explota al llenarse de agua

CELULA VEGETAL Plasmolisis: ocurre cuando

la célula está expuesta a un ambiente hipertónico y pierde agua. Se observan areas blancas.

Turgencia: ocurre cuando la célula está expuesta a un ambiente hipotónico y esta comienza a llenarse de agua, pero no explota porque la pared celular la protege.

Ejemplo de ósmosis

Osmosis y membrana celular

Elodea (hipotónica)

Elodea (hipertónica)

Medio isotónicoElodea Eritrocitos

2. Transporte Activo

Requiere un gasto de energía para transportar la molécula de un lado al otro de la membrana. Ocurre contra el gradiente de concentración. La célula utiliza ATP como fuente de energía.

El Transporte Activo Es el transporte de sustancias muy

concentradas en el interior celular 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. LA energía potencial del gradiente de Na+ fue obtenida previamente por la bomba de Na+ y K+

Bomba de Sodio y Potasio Uno de los ejemplos más

sorprendentes de los mecanismos de transporte activo es la bomba de sodio y potasio que se observa en todas las células animales. Esta bomba consta de una proteína específica, localizada en la membrana plasmática, que utiliza ATP para intercambiar iones de sodio del interior de la célula por iones de potasio de su exterior.

El transporte activo de Na+ y K+ tiene una gran importancia fisiológica. De hecho todas las células animales gastan más del 30% del ATP que producen ( y las células nerviosas más del 70%) para bombear estos iones.

Bomba de Sodio y potasio

Por este mecanismo, se bombea 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ hacia el interior, con la hidrólisis acoplada de ATP.

Sistemas de cotransporte.

Algunas proteínas de transporte actúan como transportadores acoplados, en los que la transferencia de un soluto depende de la transferencia simultánea o secuencial de un segundo soluto, ya sea en la misma dirección (transporte unidireccional o simporte) o en dirección opuesta (bidireccional o antiporte).

Bomba electrogénica de Na+ (antiporte).

Ca2+ y H+ son exportados de la célula acoplados al importe energéticamente favorable de Na+.

Transporte de macromoléculas o partículas

En ocasiones también es necesario el desplazamiento de cantidades más grandes de material, de partículas de alimento, de macromoléculas o incluso de células completas, hacia afuera o adentro de una célula. Esto implica un gasto de energía por parte de la célula y en ocasiones conlleva también la fusión de membranas.

Las células realizan dos procesos específicos para poder tomar y secretar sustancias a través de su membrana: la endocitosis y la exocitosis.

Transporte de macromoléculas o partículas

EndocitosisLa célula incorpora materiales hacia su interior. En los sistemas biológicos operan varios mecanismos endocitóticos. Por ejemplo, en la fagocitosis (literalmente "ingesta de células"), la célula ingiere partículas sólidas como bacterias o nutrientes. La fagocitosis es el mecanismo utilizado por protozoarios y leucocitos para ingerir partículas, incluso algunas tan grandes como una bacteria completa.

En otro tipo de endocitosis, llamada pinocitosis ("bebido de células"), la célula incorpora materiales disueltos

PinocitosisEn la pinocitosis la célula incorpora materiales disueltos. Algunos pliegues de la membrana plasmática engloban gotas de líquido, las cuales emergen en el citoplasma celular en forma de pequeñas vesículas. El contenido líquido de estas vesículas se libera lentamente en el citoplasma celular y las vesículas van disminuyendo poco a poco de tamaño, hasta el punto en que parecen desvanecerse

Exocitosis Así como la célula introduce a su citoplasma sustancias que

necesita, así también elimina las que ya no necesita. Y las descarga por procesos muy parecidos a los de introducción.

Las sustancias de desecho se eliminan por exocitosis, que es el proceso opuesto a la endocitosis. Consiste en que la célula realiza un trabajo para descargar a su exterior tanto los lisosomas viejos y su contenido como partículas muy grandes y complejas de sustancias de desecho producidas por la célula. Cuando se trata de sustancias líquidas de desecho, la expulsión se lleva a cabo por pinocitosis inversa o emiositosis.

En la exocitosis una célula expulsa productos de desecho o productos específicos de secreción (como hormonas o neurotransmisores), mediante la fusión de una vesícula con la membrana plasmática de la célula. La exocitosis consiste en la fusión de la membrana de la vesícula secretora con la membrana plasmática.