Transporte de sustancias a través de la membrana celular

1-Sep-2017

 

El líquido extracelular contiene una gran cantidad de sodio, pero sólo una pequeña cantidad de potasio.

En el líquido intracelular ocurre exactamente lo contrario. Además, el líquido extracelular contiene una gran cantidad de iones cloruro, mientras que el líquido intracelular contiene muy poco. Sin embargo, la concentración de fosfatos y de proteínas del líquido intracelular es considerablemente mayor que la del líquido extracelular. Estas diferencias son muy importantes para la vida de la célula.

 

Esta membrana está formada casi totalmente por una bicapa lipídica, aunque también contiene grandes números de moléculas proteicas insertadas en los lípidos, muchas de las cuales penetran en todo el grosor de la membrana, como se muestra en la figura 1.

La bicapa lipídica no es miscible (es decir, que no se mezcla) con el líquido extracelular ni con el líquido intracelular.

Por tanto, constituye una barrera frente al movimiento de moléculas de agua y de sustancias insolubles entre los compartimientos del líquido extracelular e intracelular. Sin embargo, como se muestra en la figura 1.1 con la flecha que está más a la izquierda, unas pocas sustancias pueden penetrar en esta bicapa lipídica y difunden directamente a través de la propia sustancia lipídica; esto es cierto principalmente para sustancias liposolubles.

 

 

 

Las moléculas proteicas de la membrana tienen unas propiedades totalmente diferentes para transportar sustancias. Sus estructuras moleculares interrumpen la continuidad de la bicapa lipídica y constituyen una ruta alternativa a través de la membrana celular. Por tanto, la mayor parte de estas proteínas penetrantes puede actuar como proteínas transportadoras

 

Tanto las proteínas de los canales como las proteínas transportadoras habitualmente son muy selectivas para los tipos de moléculas o de iones que pueden atravesar la membrana.

 

DIFUSIÓN

La difusión se refiere a un movimiento molecular aleatorio de las sustancias molécula a molécula, a través de espacios intermoleculares de la membrana o en combinación con una proteína transportadora, es decir que hay dos maneras de pasar por la membrana: si es liposoluble, pasará con difusión simple, pero si son sustancias insolubles, necesitaran una proteína transportadora para poder pasar a esto se le llama difusión facilitada.

 

DIFUSIÓN A TRAVÉS DE LA MEMBRANA CELULAR

 

La difusión a través de la membrana celular se divide en dos subtipos denominados difusión simple y difusión facilitada.

 

Difusión simple significa que el movimiento cinético de las

moléculas o de los iones se produce porque se abre la membrana SIN NINGUNA PROTEINA TRANSPORTADORA para poder pasar, las sustancias que pasan por difusión simple son las liposolubles. La velocidad de difusión depende del número y el tamaño de la abertura de la membrana.

 

La difusión facilitada precisa la interacción de una proteína transportadora. La proteína transportadora ayuda al paso de las moléculas o de los iones a través de la membrana mediante su unión química con los mismos y su desplazamiento a través de la membrana de esta manera.

 

DIFUSIÓN DE SUSTANCIAS LIPOSOLUBLES A TRAVÉS DE LA BICAPA LIPÍDICA.

 

Uno de los factores más importantes que determina la rapidez con la que una sustancia difunde a través de la bicapa lipídica es la liposolubilidad de la sustancia. Por ejemplo, la liposolubilidad del oxígeno, del nitrógeno, del anhídrido carbónico y de los alcoholes es elevada, de modo que todas estas sustancias pueden disolverse directamente en la bicapa lipídica y pueden difundir a través de la membrana celular.

 

DIFUSIÓN A TRAVÉS DE POROS Y CANALES PROTEICOS: PERMEABILIDAD SELECTIVA Y "ACTIVACIÓN" DE CANALES.

 

Los poros están compuestos por proteínas de membranas celulares integrales que forman tubos abiertos a través de la membrana y que están siempre abiertos. Sin embargo, el diámetro de un poro y sus cargas eléctricas proporcionan una selectividad que permite el paso de sólo ciertas moléculas a su través. Por ejemplo, los poros proteicos denominados acuaporinas o canales de agua permiten el rápido paso de agua a través de las membranas celulares, pero impiden el de otras moléculas. En las distintas células del cuerpo humano se han descubierto al menos 13 tipos diferentes de acuaporinas. El poro es demasiado pequeño para permitir el paso de iones hidratados.

 

PERMEABILIDAD SELECTIVA DE LOS CANALES PROTEICOS

 

Muchos de los canales proteicos son muy selectivos para el transporte de uno o más iones o moléculas específicos. Esto se debe a las características del propio canal, como su diámetro, su forma y la naturaleza de las cargas eléctricas.

Los canales de potasio permiten el paso de iones de potasio a través de la membrana celular con una facilidad.

 

Se cree que existen diferentes filtros de selectividad que determinan, en gran medida, la especificidad del canal para cationes o aniones o para iones determinados, como Na+, K+ y Ca++, que consiguen acceder al canal.

Un ejemplo de los canales proteicos más importantes, el denominado canal del sodio, mide sólo 0,3 por 0,5 nm de diámetro.

 

Figura 1.2

Transporte de los iones sodio y potasio a través de canales proteicos. También se muestran los cambios conformacionales de las moléculas proteicas para abrir o cerrar las «compuertas» que recubren los canales.

 

ACTIVACIÓN DE LOS CANALES PROTEICOS

La apertura y el cierre de las compuertas están controlados de dos maneras principales:

  1. Activación por voltaje: Por ejemplo, en la imagen superior de la figura 1.2, cuando hay una carga negativa intensa en el interior de la membrana celular, esto probablemente haga que las compuertas de sodio del exterior permanezcan firmemente cerradas; por el contrario, cuando el interior de la membrana pierde su carga negativa estas compuertas se abrirían súbitamente y permitirían que cantidades muy grandes de sodio entraran a través de los poros de sodio.

  2. Activación química (por ligando): Las compuertas de algunos canales proteicos se abren por la unión de una sustancia química (un ligando) a la proteína; esto produce un cambio conformacional o un cambio de los enlaces químicos de la molécula de la proteína que abre o cierra la compuerta. Uno de los más importantes es el canal de acetilcolina.

DIFUSIÓN FACILITADA

La difusión facilitada también se denomina difusión mediada por un transportador porque una sustancia que se transporta de esta manera difunde a través de la membrana utilizando una proteína transportadora específica para contribuir al transporte. Es decir, el transportador facilita la difusión de la sustancia hasta el otro lado. Fig 1.3

 

 

Entre las sustancias más importantes que atraviesan las membranas celulares mediante difusión facilitada están la glucosa y la mayor parte de los aminoácidos.

 

El transportador de glucosa 4 (GLUT4), es activada por insulina, lo que puede aumentar la velocidad de la difusión facilitada de la glucosa hasta 10 a 20 veces en tejidos sensibles a la insulina.

 

En la difusión facilitada existe un receptor que capta la molécula que va a pasar por el canal proteico, para analizarla y dejarla pasar.

 

TRANSPORTE ACTIVO DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA CELULAR

 

En ocasiones es necesaria una gran concentración de una sustancia en el líquido intracelular aun cuando el líquido extracelular contenga sólo una pequeña concentración.

Por ejemplo: ion de potasio

En cambio, es importante mantener las concentraciones de otras sustancias bajas en el líquido intercelular, aun cuando las concentraciones sean elevadas en el líquido extracelular.

Cuando una membrana celular transporta moléculas o iones «contracorriente» contra un gradiente de concentración (o «contracorriente» contra un gradiente eléctrico o de presión), el proceso se denomina transporte activo.

Por ejemplo: iones sodio, potasio, calcio, hierro, hidrógeno, cloruro, yoduro y urato, diversos azúcares diferentes y la mayor parte de los aminoácidos.

 

TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO

la energía procede directamente del trifosfato de adenosina (ATP)

 

BOMBA DE SODIO-POTASIO (Na+-K+)

Es el proceso de transporte que bombea iones sodio hacia fuera a través de la membrana celular de todas las células y al mismo tiempo bombea iones potasio desde el exterior hacia

el interior.

 

FUNCIÓN

Es responsable de mantener las diferencias de concentración de sodio y de potasio a través

de la membrana celular, así como de establecer un voltaje eléctrico negativo en el interior de las células.

 

La figura 1.4 muestra los componentes físicos básicos de la bomba Na+-K+. La proteína transportadora es un complejo formado por dos proteínas globulares distintas:

  • Mayor tamaño;

  • Menor tamaño

Funciones de la proteína globular de mayor tamaño:

  1.  Tiene tres puntos receptores para la unión de iones sodio en la porción de la proteína que protruye hacia el interior de la célula.

  2.  Tiene dos puntos receptores para iones potasio en el exterior.

  3.  La porción interior de esta proteína cerca de los puntos de unión al sodio tiene actividad ATPasa.

 Explicación:

Cuando salen 2 iones de potasio (2K+)  y entran 3 iones de sodio (3Na+) se activa la función de ATPasa, el ATPasa activa al ATP (trifosfato de adenosina) y pasa a dividirlo en 2, es decir, se transforma en ADP (difosfato de adenosina) y se libera un fosfato de alta energía.

 

Por el contrario, la forma fosforilada de la bomba Na+-K+ puede donar su fosfato al ADP para producir fosfato o puede utilizar la energía para modificar su conformación y bombear Na+ fuera de la célula y K+ hacia el interior de la célula.

 

Una de las funciones más importantes de la bomba Na+-K+ es controlar el volumen de todas las células.

 

TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO

La energía procede secundariamente de la energía que se ha almacenado que se generó originalmente mediante el transporte activo primario.

 

Bibliografía 

Libro:

  • Guyton & Hall. (2011). Tratado de fisiología médica . Barcelona,España: ELSEVIER.

Capítulo: 

  • Guyton & Hall. (2011). Transporte de sustancias a través de las membranas celulares. En Tratado de Fisiología médica(45-52). Barcelona: ELSEVIER.

 

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