Permeabilidad Celular

Mecanismos de Transporte y Permeabilidad Celular

Cada célula del organismo se encuentra rodeada por una membrana plasmática, la cual está encargada de separar el medio intracelular del medio extracelular. Se encuentra formada por una bicapa lipídica, la cual contiene grandes números de moléculas proteicas insertadas en los lípidos, muchas de las cuales penetran en todo el grosor de la membrana. La bicapa constituye una barrera frente al movimiento de agua de moléculas de agua y de sustancias insolubles entre los compartimientos del líquido intracelular y extracelular. Algunas de estas sustancias pueden ser capaces de atravesar la membrana, mientras que otras no. Por lo tanto se dice que la membrana plasmática tiene “permeabilidad selectiva”.

En general, la membrana plasmática no es permeable a las proteínas, los ácidos nucleicos y otras moléculas necesarias para la estructura y función de la célula. Sin embargo es permeable a muchas otras moléculas, permitiendo el tráfico de nutrientes, desechos y iones en dos direcciones, necesario para mantener el metabolismo celular.

Los procesos de transporte de membrana se pueden clasificar por sus requerimientos energéticos. El transporte pasivo es el movimiento neto de moléculas e iones a través de una membrana desde una concentración más alta a una inferior, es decir, a favor de un gradiente de concentración; no requiere energía metabólica. El transporte pasivo comprende

la difusión simple, la ósmosis y la difusión facilitada. El transporte activo es el movimiento neto a través de una membrana que se produce contra un gradiente de concentración (hacia la región de concentración más elevada). El trasporte activo requiere el gasto de energía metabólica (ATP) e implica proteínas transportadoras específicas.

A continuación se describirán los diferentes mecanismos de transporte antes mencionados.

* Difusión Simple:

* Significa que el movimiento cinético de las moléculas o de los iones se lleva a cabo a través de una abertura de la membrana o a través de espacios intermoleculares sin ninguna interacción con las proteínas transportadoras de la membrana.

La velocidad de la difusión se encuentra determinada por la cantidad de sustancia disponible; la velocidad del movimiento cinético y el número y el tamaño de las aberturas de la membrana a través de las cuales se pueden mover las moléculas o los iones.

Se puede producir difusión simple por medio de dos rutas:

1) A través de los intersticios de la bicapa lipídica si la sustancia que difunde es liposoluble. Es decir, uno de los factores más importantes que determina la rapidez de difusión a través de la membrana es la liposolubilidad de la sustancia. Sustancias como el oxígeno, alcoholes y nitrógeno pueden disolverse directamente en la bicapa lipídica y pueden difundir a través de la membrana. Entonces se puede decir que la velocidad de difusión de cada una de estas

sustancias es directamente proporcional a su liposolubilidad. Se puede decir que estas sustancias se difunden como si no existiera la membrana celular.

2) A través de canales acuosos que penetran en todo el grosor de la bicapa por medio de las grandes proteínas transportadoras. La presencia de estas proteínas transportadoras está justificada para aquellas moléculas polares, hidrosolubles y demasiado grandes que no pueden atravesar la bicapa de fosfolípidos y su presencia se refleja mediante los canales iónicos. Algunos canales están siempre abiertos, de forma que la difusión a través de la membrana es un proceso en curso. Sin embargo muchos canales iónicos están controlados mediante “puertas” que abren y cierran el canal según sea el estímulo fisiológico que se reciba.

* Difusión Facilitada:

* Se lleva a cabo mediante la interacción de una proteína transportadora. La difusión facilitada está impulsada por la energía térmica de las moléculas que difunden e implica un transporte neto desde el lado de mayor concentración al de menor concentración. Para la difusión facilitada no es necesaria la utilización de ATP. La difusión facilitada difiere a la simple en que la velocidad de difusión se acerca a un máximo a medida que aumenta la concentración de la sustancia que difunde, y esta velocidad no puede aumentar por encima del nivel máximo.

Entre las sustancias más importantes que atraviesan las membranas celulares mediante este tipo de difusión están

la glucosa y la mayoría de los aminoácidos.

* Ósmosis:

* Es la difusión neta de agua a través de la membrana. Existen dos requerimientos para la ósmosis: 1) debe haber una diferencia de concentración de un soluto entre ambos lados de una membrana de permeabilidad selectiva; y 2) la membrana debe ser relativamente impermeable al soluto.

Lo mismo que la difusión de moléculas de soluto, la difusión de agua se produce cuando el agua está más concentrada a un lado de la membrana que al otro lado.

Las membranas celulares se comportan de una manera similar porque el agua es capaz de atravesar hasta cierto punto el componente lipídico de la mayoría de las membranas celular. Sin embargo, las membranas de algunas células tienen canales especiales para el agua que permiten que ésta la atraviese más rápidamente. Estos canales se conocen como acuaporinas. En algunas células, las acuaporinas se encuentran siempre presentes; mientras que en otras células los canales de acuaporina se insertan en la membrana plasmática en respuesta a moléculas reguladoras.

* Transporte activo:

* Es el movimiento de moléculas e iones en contra de sus gradientes de concentración, desde concentraciones más bajas a concentraciones más elevadas. Este tipo de transporte requiere el consumo de energía celular obtenida a partir de ATP. El transporte activo se puede dividir en primerio y secundario.

* Transporte activo primario: Se lleva a cabo cuando es necesaria directamente

la hidrólisis del ATP para el funcionamiento de los transportadores. Tales transportadores están compuestos por proteínas que abarcan el espesor de la membrana. El mecanismo de trasporte es el siguiente: 1) la molécula o ion a transportar se une a un lugar de reconocimiento en un lado de la proteína transportadora, 2) dicha unión estimula la degradación del ATP, que a su vez provoca la fosforilación de la proteína transportadora, 3) como resultado de la fosforilación, la proteína transportadora experimenta una variación de la conformación y 4) un movimiento de la proteína transportadora libera la molécula o el ion transportados en el lado opuesto de la membrana.

Los transportadores del transporte activo primario comúnmente reciben el nombre de “bombas”. El ejemplo más importante es la bomba de Na+/K+. Esta proteína transportadora, es un enzima ATPasa que expulsa activamente 3 iones sodio (Na+) de la célula a la vez que transporta 2 iones potasio (K+) al interior de la célula. Este transporte depende de la energía debido a que el Na+ está más concentrado fuera de la célula y el K+ más concentrado en el interior de la misma. Ambos iones se mueven en contra de sus gradientes de concentración. Algunas funciones de la bomba son:

1) El pronunciado gradiente de Na+ se emplea para proporcionar energía para el “transporte acoplado” de otras moléculas.

2) Los gradientes de concentración de Na+ y K+ a través de las membranas plasmáticas de las células nerviosas

y musculares se emplean para producir impulsos electroquímicos necesarios para el funcionamiento de los nervios y músculos.

3) La extrusión activa de Na+ es importante por razones osmóticas; si las bombas se detienen, las mayores concentraciones de Na+ en el interior de las células promueven la penetración osmótica de agua, lesionando las células.

* Transporte activo secundario (trasporte acoplado): En este tipo de transporte, la energía necesaria para el movimiento en contra del gradiente de una molécula o ion se obtiene del transporte de Na+ a favor de su gradiente de concentración. Si la otra molécula se mueve en la misma dirección que el Na+ entonces se le denomina “cotransporte” o “simporte”. En cambio, si la molécula o ion se mueve en dirección opuesta el proceso recibe el nombre de “cotransporte” o “antiporte”.

Un ejemplo en el organismo es el cotransporte de Na+ y glucosa desde el líquido extracelular de la luz intestinal y los túbulos renales a través de la membrana plasmática de las células epiteliales. Aquí el transporte de Na+ a favor del gradiente de concentración proporciona la energía para el transporte en contra de la glucosa.

Un ejemplo de contratransporte es la extrusión en contra del gradiente de Ca2+ de una célula por un tipo de bomba que está acoplado a la difusión pasiva de Na+ al interior de la célula. En este caso la energía celular, obtenida mediante el ATP, no se emplea para mover directamente el Ca2+ hacia el exterior de la

célula, sino que la energía se requiere de manera constante para mantener el gradiente acusado de Na+.

Como podemos observar todos los diferentes mecanismos de transporte son sumamente necesarios para la supervivencia celular y cada uno de ellos se complementa y actúa de manera conjunta para mantener un equilibrio tanto intracelular como extracelular.

Ya entendidos los mecanismos de transporte y permeabilidad celular, a continuación se presentan los resultados obtenidos a lo largo de la práctica.

* Material, Métodos y Resultados:

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