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¿Cómo entran y salen sustancias de las
célula?
La materia viva se encuentra rodeada de materia no viva con la que
constantemente intercambia materiales. Ambas se diferencian por los
tipos de compuestos químicos que contienen y por sus
concentraciones.
En todos los sistemas vivos, desde los procariotas a los eucariotas
multicelulares más complejos, la regulación del intercambio de
sustancias con el mundo inanimado ocurre a nivel de la célula individual
y es realizado por la membrana celular
MOVIMIENTO DE AGUA Y SOLUTOS
El agua y los solutos se encuentran entre las principales
sustancias que entran y salen de las células.
La dirección en la cual se mueve el agua está determinada
por el potencial hídrico; el agua se mueve desde donde el
potencial es mayor hacia donde es menor.
El movimiento de agua ocurre por flujo global y por
difusión

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El potencial hídrico de una solución esta relacionado
directamente con la concentración de moléculas de agua:
“Cuanto MAYOR sea la concentración de moléculas de
agua (más pura), mayor será el potencial hídrico”
El concepto de potencial hídrico nos permite predecir el
modo en que se moverá el agua en distintas circunstancias
Hay dos mecanismos involucrados en el movimiento del
agua y de los solutos: el flujo global y la difusión.
En los sistemas vivos, el flujo global mueve agua y solutos
de una parte de un organismo multicelular a otra, mientras
que la difusión mueve moléculas e iones hacia dentro,
hacia fuera y a través de la célula.
FLUJO GLOBAL
Es el movimiento general, en grupo (se mueven todas
juntas), de las moléculas de agua y solutos disueltos, o de
un liquido en general.
Por ejemplo, cuando el agua fluye en respuesta a la
gravedad o a la presión; la circulación de la sangre a través
del cuerpo humano (presión arterial);
(la presión arterial es el potencial hídrico creado por el bombeo del corazón)
Mayor energía
potencial
Las moléculas de agua se pueden mover gracias a
diferencias de potencial hídrico

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DIFUSIÓN
Implica el movimiento al azar de moléculas individuales o
de iones y resulta en el movimiento neto a favor de un
gradiente de concentración.
Este proceso es más eficiente cuando el área superficial es
mayor con relación al volumen, cuando la distancia
implicada es corta y cuando el gradiente de concentración
es pronunciado.
La difusión es el resultado del movimiento individual al azar de las
moléculas (o iones). Produce un movimiento neto de partículas desde la
región con mayor concentración a la región con menor concentración.
El resultado final es una distribución uniforme de ambos tipos de
moléculas.
Si las sustancias se mueven de una región de mayor
concentración de sus propias moléculas a una región de
menor concentración se dice que se mueven a favor de un
gradiente
La difusión ocurre solamente a favor del gradiente, cuanto
más pronunciado sea la diferencia de concentración más
rápida será la difusión
Cuando las moléculas han alcanzado su estado de
distribución homogénea o sea cuando no hay gradiente se
dice que están en equilibrio dinámico
El agua, oxígeno, dióxido de carbono y otras pocas
moléculas difunden libremente a través de la membrana
El CO2 y O2 (no polares) son solubles en lípidos y se
mueven fácilmente a través de la bicapa lipídica de la
membrana
Las moléculas de agua así como polares no cargadas
difunden rápidamente si son suficientemente pequeñas
La permeabilidad de la membrana a estos solutos varia
inversamente proporcional al tamaño de las moléculas

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La difusión es dependiente de la concentración…
El CO2 se produce constantemente en la célula, a medida
que esta oxida moléculas de combustible. Es por esto que la
concentración dentro es elevada en comparación con el
exterior
De esta manera se mantiene un gradiente entre el interior y
el exterior de la célula y el CO2 difunde hacia fuera de la
célula a favor de este. Caso inverso al oxigeno
OSMOSIS
La ósmosis es la difusión del agua a través de una
membrana, que permite el paso de agua, pero que impide el
movimiento de la mayoría de los solutos; se dice que esta
membrana es selectivamente permeable.
La ósmosis da como resultado la transferencia neta de agua
de una solución que tiene un potencial hídrico mayor a una
solución que tiene un potencial hídrico menor
POTENCIAL OSMOTICO
La presión que se requiere para detener el ingreso de agua
por osmosis en una solución se llama presión osmótica
La tendencia del agua a ingresar a través de una
membrana en la solución.
Cuanto menor sea el potencial hídrico de una solución, mayor
es la tendencia de las moléculas de agua a penetrar por
osmosis y por lo tanto mayor potencial osmótico.
Dado que los solutos disminuyen el potencial hídrico, una
concentración elevada de solutos implica un mayor potencial
hídrico

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TURGENCIA
Las células vegetales habitualmente son hipertónicas con
respecto al ambiente y por lo tanto el agua tiende a difundir
hacia su interior (gana agua). Este movimiento crea dentro de la
célula presión sobre la pared.
La pared celular se expande y la célula aumenta de tamaño
Esta presión interna sobre la
pared celular se conoce como
TURGENCIA.
Confiere rigidez a la pared y
firmeza al cuerpo de la planta
Célula turgente Célula marchita Plasmólisis celular
b) En solución isotonica, ya no hay presión de agua dentro de la
vacuola
c) Solución hipertonica, pierde agua, su citoplasma se retrae, y
la membrana se separa de la pared
Transporte mediado por proteínas…
- Las moléculas hidrofílicas excluyen a las hidrofóbicas
- Las moléculas hidrofóbicas excluyen a las hidrofílicas
Esto es determinado por la presencia o ausencia de regiones
polares o cargadas, lo cual es de importancia fundamental para
regular el paso de sustancias hacia dentro y fuera
LAs membranas celulares presentan hacia su interior las colas
hidrofóbicas, lo cual es una barrera para los iones y la mayoría
de las moléculas hidrófilicas, pero permite el paso de las
hidrofóbicas
La composición físico-química de la membrana determina que
moléculas pueden atravesarla libremente y cuales no.
Difusión simple
El transporte de agregado de
iones con agua y de todas las
moléculas hidrofílicas (excepto
las mas pequeñas) dependen de
proteínas integrales que actúan
como transportadores

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Las proteínas de trasporte permiten el paso de sustancias a
través de la membrana mediante diferente mecanismos
a) Proteínas trasportadoras o carrier
b) Proteínas formadoras de canales (c. iónicos)
Las proteínas trasportadoras que se encuentran en la
membrana celular u organelar son altamente selectivas, esto
esta determinado por su estructura terciaria o cuaternaria
La proteína transportadora se une específicamente a la
molécula a transportar y sufre cambios temporales de su
configuración, provocados por la unión al soluto a trasportar
Son estos cambios lo que permiten el paso a través de la
membrana
A diferencia de las proteínas carrier, las Proteínas
formadoras de canales no se unen al soluto, sino que
constituyen poros hidrofílicos que atraviesan la membrana
permitiendo solo el paso de iones. El tipo de ion se selecciona
según tamaño y carga
Los canales iónicos se encuentran generalmente cerrados con
una especie de "compuerta", que impide el pasaje de iones
por el poro.
Los canales pueden abrirse por un intervalo de tiempo breve
como respuesta a distintos tipos de estímulos, permitiendo el
pasaje de un ion específico a través de la membrana

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Las proteínas canal y muchas proteínas "carrier" sólo
pueden trasladar sustancias a través de la membrana en
forma pasiva (transporte pasivo). Este pasaje mediado por
proteínas se conoce como difusión facilitada
La fuerza total con la que se mueve un soluto es gracias a un
gradiente electroquímico
Existen otras proteínas “carrier” que pueden trasladar
moléculas contra gradiente, transporte activo
BOMBA SODIO-POTASIO: Sistema de transporte activo más
importante y conocido
1. un ion Na+ proveniente del citoplasma se inserta con
precisión en la proteína de transporte.
2. Luego, una reacción química que involucra al ATP une un
grupo fosfato (P) a la proteína, liberándose ADP (difosfato
de adenosina). Este proceso da como resultado un
cambio en la conformación de la proteína que hace que el
Na+ sea liberado afuera de la célula.
3. Un ion K+ en el espacio extracelular se inserta en la
proteína de transporte, que en esta conformación ofrece
una mejor acopladura para el K+ que para el Na+.
4. El grupo fosfato luego se libera de la proteína, induciendo
la conversión a la otra forma, y el ion K+ es liberado en el
citoplasma. Ahora, la proteína está lista una vez más para
transportar Na+ hacia fuera de la célula.

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Existe otro método de trasporte que involucra vesículas o
vacuolas que se forman a partir de la membrana celular o se
fusionan con ella
EXOCITOSIS
Las vesículas se mueven desde los complejos de Golgi a la
superficie de la célula. Cuando una vesícula alcanza la
superficie celular, su membrana se fusiona con la membrana
citoplasmática y expulsa su contenido al exterior. Este
proceso es conocido como exocitosis.
Este transporte también puede operar en sentido contrario.
La endocitosis, donde el material se incorporará a la célula
induce una invaginación de la membrana, produciéndose una
vesícula que encierra a la sustancia. Esta vesícula es liberada
en el citoplasma
Se conocen tres formas distintas de endocitosis: la
fagocitosis ("células comiendo"), la pinocitosis ("células
bebiendo") y la endocitosis mediada por receptor; todas ellas
requieren energía.
En la fagocitosis, el contacto entre la
membrana plasmática y una partícula
sólida induce la formación de
prolongaciones celulares que
envuelven la partícula, englobándola en
una vacuola.
Luego, uno o varios lisosomas se
fusionan con la vacuola y vacían sus
enzimas hidrolíticas en el interior de la
vacuola.
En la fagocitosis, la sustancia ingerida
queda en una gran vesícula (vacuola)
endocítica llamada fagosoma.

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En la pinocitosis, la
membrana celular se
invagina, formando una
vesícula alrededor del
líquido del medio externo
que será incorporado a la
célula.
1. En la endocitosis mediada por
receptor, las sustancias que serán
transportadas al interior de la célula
deben primero acoplarse a las
moléculas receptoras específicas.
2. Los receptores se encuentran
concentrados en zonas particulares
de la membrana (depresiones) o se
agrupan después de haberse unido a
las moléculas que serán
transportadas.
3. Cuando las depresiones están
llenas de receptores con sus
moléculas especificas unidas, se
ahuecan y se cierran formando una
vesícula.