Transporte a través de membranas

[pic 1][pic 2]

[pic 3]

1. OBJETIVOS

• Observar y comparar el efecto de diversas sustancias químicas a través de la difusión en una membrana celular.

• Determinar cómo algunos factores afectan el funcionamiento de las membranas celulares.

• Establecer el efecto de la concentración y la temperatura sobre la velocidad de difusión de un colorante orgánico.

2. INTRODUCCIÓN

La célula está cubierta por una superficie externa, conformada principalmente por fosfolípidos y proteínas, denominada membrana celular. Su función es proteger e intermediar en el proceso de transporte de moléculas y sustancias entre el interior y exterior de la célula. Los mecanismos que permiten a las sustancias cruzar las membranas plasmáticas son esenciales para la vida y la comunicación de las células. Dentro de los procesos de transporte que se llevan a cabo en la membrana se encuentran el proceso de difusión simple y facilitada, a lo cual se le denomina transporte pasivo, y a través de transportadores primarios y secundarios, como transporte activo.

2.1 TRANSPORTE PASIVO

Cuando no se requiere energía para que la sustancia cruce la membrana plasmática. Los mecanismos de transporte pasivo son:

2.1.1 Difusión simple

2.1.2 Osmosis

2.1.3 Ultrafiltración

2.1.4 Difusión facilitada

2.1.1 Difusión Simple

Es el paso de moléculas a través de la membrana a favor de un gradiente de concentración, el cual va de una zona de mayor a menor concentración.

Las moléculas en solución están dotadas de energía cinética y, por tanto tienen movimientos que se realizan al azar. La difusión consiste en la mezcla de estas moléculas debido a su energía cinética cuando existe un gradiente de concentración, es decir cuando en una parte de la solución la concentración de las moléculas es más elevada. Algunas sustancias como el agua, el oxígeno, dióxido de carbono, esteroides, vitaminas liposolubles, urea, glicerina, alcoholes de pequeño peso molecular atraviesan la membrana celular por difusión, disolviéndose en la capa de fosfolípidos.   Algunas sustancias iónicas también pueden cruzar la membrana plasmática por difusión, pero empleando los canales constituidos por proteínas integrales llenas de agua. Algunos ejemplos notables son el Na+, K+, HCO3, Ca++, etc. Debido al pequeño tamaño de los canales, la difusión a través de estos es mucho más lenta que a través de la bicapa fosfolipídica.

2.1.2 Ósmosis

Es otro proceso de transporte pasivo, mediante el cual, un disolvente - el agua en el caso de los sistemas biológicos - pasa selectivamente a través de una membrana semi-permeable. Si la concentración de agua es mayor (o lo que es lo mismo la concentración de solutos menor) de un lado de la membrana es mayor que la del otro lado, existe una tendencia a que el agua pase al lado donde su concentración es menor.

El movimiento del agua a través de la membrana semi-permeable genera un presión hidrostática llamada presión osmótica. La presión osmótica es la presión necesaria para prevenir el movimiento neto del agua a través de una membrana semi-permeable que separa dos soluciones de diferentes concentraciones.  La ósmosis puede entenderse muy bien considerando el efecto de las diferentes concentraciones de agua sobre la forma de las células. Para mantener la forma de un célula, por ejemplo un hematíe, esta debe estar rodeada de una solución isotónica, lo que quiere decir que la concentración de agua de esta solución es la misma que la del interior de la célula.

En condiciones normales, el suero salino normal (0.9% de NaCl) es isotónico para los hematíes.   Si los hematíes se incuban en una solución hipotónica los eritrocitos absorben agua en un esfuerzo para conservar o para lograr el equilibrio osmótico, y las células se hinchan hasta que se forma un esferocito. La captación adicional del agua produce una membrana porosa que permite la liberación de hemoglobina (hemólisis). Las células normales comienzan a hemolizar a concentraciones de NaCl cercanas a 0.50% y la hemólisis es completa a una concentración aproximadamente de 0.30 % de NaCl. Debido a la disminución en la proporción de superficie a volumen, los esferocitos son incapaces de expandirse tanto como las células normales de forma discoide. Se necesita absorber muy poco liquido antes que las células se hemolicen. Los esferocitos también tienen un aumento en la permeabilidad de la membrana, la cual contribuye al aumento de su fragilidad. Por el contrario, si los hematíes se incuban en una solución hipertónica (con una concentración de sales superior a la del hematíe) parte del agua de este pasará a la solución produciéndose el fenómeno de crenación y quedando los hematíes como "arrugados" (Figura 1).

[pic 4]

• Figura 1. Comportamiento de las células rojas de la sangre en medios isotónicos, hipertónicos e hipotónicos

2.1.3 Ultrafiltración

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, etc) 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.

2.1.4 Difusión facilitada

Algunas moléculas son demasiado grandes como para difundir a través de los canales de la membrana y demasiado insolubles en lípidos como para poder difundir a través de la capa de fosfolípidos. Tal es el caso de la glucosa y algunos otros monosacáridos. Esta sustancias, pueden sin embargo cruzar la membrana plasmática mediante el proceso de difusión facilitada, con la ayuda de proteínas transportadoras. 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 cinasa (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 y de la rapidez con que estas proteínas hacen su trabajo.

...