La capacidad de la célula para mantener las diferencias entre el tipo y cantidad de solutos dentro y fuera, depende de una propiedad de membrana llamada permeabilidad selectiva: la membrana permite que ciertas sustancias la atraviesen, pero no otras. Esta propiedad ayuda a que la célula controle la entrada y salida de las sustancias que la penetran.
- Conceptos
- Sistemas de transporte a través de la membrana
- Transporte pasivo
- Transporte activo
- Ósmosis
- Resumen
Algunos conceptos importantes son:
- Concentración
- Es el número de moléculas (o iones) de una sustancia por volumen unitario de líquido.
- Gradiente de concentración
- Diferencia de concentración entre dos regiones adyacentes.
- Difusión
- Desplazamiento neto (o general) de moléculas o iones hacia un gradiente de concentración.
Factores que condicionan la permeabilidad:
- Tamaño
- Temperatura
- Magnitud del gradiente de concentración
- Carga
- Presión
Moléculas que atraviesan la membrana celular:
| Por sí solas | No por sí solas |
|---|---|
| Los gases, las moléculas no polares pequeñas y el agua | Otros solutos |
| \(O_2\) | Azucares |
| \(CO_2\) | Aminoácidos |
| Moléculas lipófilas | Proteínas |
| \(H_2O\) | Iones |
Sistemas de transporte a través de la membrana
- Pasivos: No requieren ATP
- Difusión simple
- Difusión facilitada
- Activos: Requieren ATP
- Transporte activo
- Requieren proteínas transportadoras
- Difusión facilitada
- Transporte activo
| Tipo | Nombre | Dirección | Requerimientos | Ejemplos |
|---|---|---|---|---|
| Pasiva | Difusión | Hacia área de menor concentración | Gradiente de concentración | Moléculas hidrofóbicas, agua y gases |
| Pasiva | Transporte facilitado | Hacia área de menor concentración | Gradiente de concentración y canales/portadores | Azucares y aminoácidos |
| Activo | Transporte activo | Hacia área de mayor concentración | Energía | Azucares, aminoácidos, y iones |
| Activo | Exocitosis | Hacia el exterior | La vesícula fusiona con la MP | Secreción de hormonas |
| Activo | Endocitosis | Hacia el interior | Formación de vesícula | Fagocitosis |
Transporte pasivo
En este tipo de transporte, un gradiente de concentración impulsa la difusión de soluto a través de una membrana celular con la ayuda de una proteína de transporte. La proteína no requiere energía para ayudar al desplazamiento del soluto. Algunos transportadores pasivos son canales abiertos y otros proteínas portadoras. Las proteínas portadoras cambian de forma cuando la molécula se une a ella, o en respuesta a un cambio de carga eléctrica. El cambio de forma de la proteína desplaza al soluto al lado opuesto de la membrana, donde se desprende de ella. Luego el transportador vuelve a su forma original.
Difusión simple
Es el movimiento de moléculas de concentración más alta la concentración más baja (gradiente de concentración). Una sustancia se difunde simplemente a través de la bicapa de lípidos.
- Flujo de moléculas de acuerdo al gradiente de concentración
- Desde el compartimiento de mayor concentración hacia el compartimiento de menor concentración, hasta alcanzar concentraciones iguales
- No requiere de proteínas transportadoras
- Permite el paso de moléculas lipófilas y/o pequeñas a través de las membranas biológicas
- Ejemplos:
- \(O_2\) y \(CO_2\)
- \(H_2O\) (agua)
- Etanol
- Hormonas esteroideas
- Vitaminas A, D, K
Difusión facilitada
- Flujo de moléculas de acuerdo a:
- Gradiente de concentración: Desde el compartimiento de mayor concentración hacia el compartimiento de menor, hasta alcanzar concentraciones iguales
- Gradiente eléctrico: Hacia áreas con cargas de signo opuesto
- Es un transporte pasivo que requiere proteínas
- Las proteínas de transporte forman
- Carriers
- Canales
- Permite el paso de:
- Pequeñas moléculas hidrófilas: Monosacáridos, aminoácidos
- Con carga eléctrica: iones
Proteínas transportadoras
- Son proteínas transmembrana que poseen un sitio de unión para la molécula a transportar
- Las moléculas transportadas son monosacáridos y aminoácidos
- El paso de estas sustancias depende del gradiente de concentración (transporte pasivo)
Proteínas canal
- Forman poros acuosos a través de la membrana que permiten el paso de iones y agua
- El paso de estas sustancias depende de:
- Gradiente de concentración
- Gradiente eléctrico
- La mayoría de los canales iónicos poseen puertas
- Existen estímulos que determinan que un canal iónico pase en el estado abierto
- Algunos canales iónicos están siempre abiertos
- Existen canales específicos para el agua (acuaporinas)
Transporte activo
El transportador activo emplea energía (a menudo del ATP) para bombeo a un soluto a través de la bicapa en contra de su gradiente de concentración.
- Es un tipo de transporte que requiere:
- Proteínas
- Energía (ATP)
- La energía sirve para transportar iones en contra del gradiente de concentración o del gradiente eléctrico
- Se suelen llamar bombas
- Otros tipos de transporte activo:
- Endocitosis
- Exocitosis
Endocitosis
El movimiento de una vesícula introduce sustancias al interior de la célula. Hay tres vías para la endocitosis y en todas ellas se captan sustancias que están cercanas a la superficie de la célula. Un pequeño parche de membrana plasmática se abulta hacia el exterior y después se desprenderá y se adentrará al citoplasma.
- Hacia dentro de la célula
- Sistema de transporte para englobar material cuyo tamaño no permite el paso por medio de difusión
- El material para englobar se envuelve en vesículas
- Las vesículas se mueven al interior de la célula
- Tipos:
- Fagocitosis
- Pinocitosis
- Endocitosis mediada por receptor
Fagocitosis:
Es una vía, endocítica. Las células fagocíticas, como las amibas, engloban organismos, desechos celulares y otras partículas. En los animales, macrófagos y otros leucocitos, engloban y digieren virus, bacterias patógenas, células cancerosas del cuerpo y otras amenazas.
- La célula come
- Sistema de transporte para englobar microorganismos
- Se forman vesículas grandes
- Las vesículas se denominan vacuolas alimentarias
- Las vacuolas alimentarias formaran lisosomas
Pinocitosis:
- La célula bebe
- Sistema de transporte para englobar pequeñas cantidades de fluido extracelular
- Se forman vesículas pequeñas
- Las vesículas contienen pequeñas moléculas disueltas en agua (azúcares, iones)
Endocitosis mediada por receptor:
- Sistema para la importación selectiva de material extracelular
- Ejemplo: Endocitosis de lipoproteínas (triglicéridos + colesterol)
- El reconocimiento ocurre gracias a un receptor que identifica la lipoproteína
Exocitosis
El movimiento de una vesícula expulsa sus sustancias de la célula hacia el exterior. En la exocitosis, una vesícula se desplaza a la superficie de la célula y se alejan de ella. La formación y el movimiento de vesículas llamado tráfico de membrana, incluye proteínas motoras y requiere de ATP.
- De afuera de la célula
- Sistema de transporte para expulsar material de la célula
- El material para expulsar se envuelve en vesículas
- Las vesículas se fusionan con la membrana plasmática, liberación del contenido en el espacio extracelular (secreción)
- Ejemplos de sustancias secretadas:
- Hormonas
- Neurotransmisores
Ósmosis
Como cualquier otra sustancia, las moléculas de agua tienden a difundirse a favor de su propio gradiente de concentración. Este desplazamiento se llama ósmosis.
- Ósmosis
- Flujo de agua a través de una membrana permeable diferencial debido a diferencias de concentración, por medio de difusión simple o facilitada por acuaporinas
Tonicidad
La tonicidad se refiere a las concentraciones relativas de solutos en dos líquidos separados por una membrana con permeabilidad selectiva.
- Medio isotónico: Igual gradiente de concentración fuera y dentro de la célula
- Medio hipertónico: Mayor gradiente de concentración fuera de la célula
- Medio hipotónico: Menor gradiente de concentración fuera de la célula
Acuaporinas
- Poros acuosos selectivos al agua
- Abundantes en los tejidos que regulan el volumen de la sangre (células renales)
Resumen
- La difusión es el desplazamiento neto de moléculas o iones hacia una región adyacente donde están menos concentrados
- Lo elevado del gradiente de concentración, la temperatura, el tamaño de las moléculas y los gradientes eléctricos y de presión, afectan la velocidad de difusión
- Las sustancias se desplazan a través de las membranas celulares por difusión, transporte activo y pasivo, endocitosis y exocitosis
- Las proteínas de transporte ayudan a moléculas o iones específicos a atravesar las membranas celulares. El tipo de sustancia que atraviesan la membrana es determinado principalmente por las proteínas de transporte embebidas en ella
- En el transporte pasivo, un soluto se enlaza con una proteína que lo libera en el lado opuesto de la membrana. Esto no requiere energía, resulta del gradiente normal de concentración
- El transporte activo una proteína bombea un soluto a través de una membrana en contra de su gradiente de concentración. El transportador debe ser activado generalmente por suministro de energía del ATP
- Mediante exocitosis y endocitosis, se desplazan materiales a granel a través de las membranas plasmáticas
- En la exocitosis, una vesícula citoplásmica se fusiona con la membrana plasmática y libera su contenido hacia el exterior de la célula
- Mediante endocitosis, una porción de la membrana plasmática se hunde hacia el interior de la célula formando una vesícula en el citoplasma
- La endocitosis mediada por receptor y la fagocitosis son dos vías endocíticas que tienen lugar cuando sustancias específicas de enlazan con receptores
- La membrana plasmática perdida durante la endocitosis es reemplazada por membrana que rodea vesículas exocíticas
- La ósmosis es una difusión neta de agua entre dos soluciones que difieren en concentración de agua y están separadas por una membrana con permeabilidad selectiva