Este documento describe los diferentes mecanismos de transporte a través de las membranas celulares, incluyendo la difusión pasiva, el transporte activo que requiere energía, y procesos como la endocitosis y la exocitosis que permiten el transporte de moléculas grandes y partículas. Explica cómo las membranas son semipermeables y selectivas, y cómo diferentes tipos de moléculas como iones, agua y azúcares pueden transportarse a través de ellas mediante proteínas transportadoras o canales ión

1. Profesor: Dr. Adam Aguirre Ducler. Junio de 2008. Transporte a través de las membranas. UNICYT Enfermería Biología Celular

2. Paso de los materiales a través de las membranas. La membrana plasmática actúa como barrera semipermeable entre la célula y el medio extracelular y como un filtro altamente selectivo que permite la entrada, la salida y la permanencia de ciertas moléculas esenciales. La finalidad es el manteniendo constante el medio intracelular . Todas las membranas biológicas (aquellas que rodean a las células, núcleos, vacuolas, mitocondrias, cloroplastos y otros organelos celulares) son selectivamente permeables.

3. Permeabilidad de la bicapa lipídica a diferentes sustancias Tipo de molécula Ejemplo Permeabilidad Hidrófoba N 2, O 2• hidrocarburos Permeabilidad libre Polar pequeña H 2 0, CO 2, glicerol, urea Permeabilidad libre Polar grande Glucosa y otros monosacáridos y disacáridos sin carga No permeable Iones y moléculas con carga Aminoácidos, H + , HCO 3 - , Ca +2 , Cl - ; Mg +2 No permeable

4. Ósmosis. La ósmosis es una variedad especial de difusión que implica el movimiento de moléculas solventes (en este caso, el agua) a través de una membrana de permeabilidad selectiva

5. Difusión. La difusión implica el movimiento neto de partículas en favor de un gradiente de concentración (diferencia de concentración de una sustancia de un punto a otro). La velocidad de difusión está en función del tamaño y forma de las moléculas, de sus cargas eléctricas y de la temperatura. Al aumentar la temperatura, las moléculas se mueven con mayor rapidez y aumenta la proporción de difusión.

6. Transporte mediado de moléculas pequeñas. Transporte Pasivo Difusión simple: Se produce cuando las pequeñas moléculas sin carga atraviesan la membrana por sí solas (caso del agua, dióxido de carbono y hormonas esteroídeas). la célula utiliza la energía almacenada por el gradiente de concentración de una sustancia cuya concentración es mayor en el líquido extracelular que en el intracelular En estas circunstancias, mientras la membrana sea permeable a dicha sustancia, ésta se desplazará hacia el interior de la célula. Difusión facilitada Es el caso de iones, azúcares, aminoácidos, nucleótidos y muchos metabolitos. Para que esto suceda se necesita de la presencia de proteínas especiales de membrana. Este tipo de transporte se llama difusión facilitada .

7. Translocadoras (carrier). El transporte de las moléculas de glucosa en los eritrocitos es un buen ejemplo de difusión facilitada por transportador . Las moléculas que transportan glucosa son glucoproteínas. La proteína transportadora no forma un “hoyo” en la membrana para que la glucosa pase a través de él la glucosa se une de modo específico a una porción de proteína expuesta en la superficie celular externa, y con esto, modifica la conformación de la proteína, de manera que se abre un canal dentro de la proteína misma (o entre varias subunidades de la misma cadena polipeptídica), que permite el paso de la molécula de glucosa para liberarla en el interior de la célula. Según este modelo, una vez que la glucosa se libera en el interior de la célula, la proteína recupera su conformación original y está lista para unirse nuevamente a una molécula de glucosa en la superficie celular.

8. Canal. Otra clase de proteínas transportadoras son las formadoras de canal; estas no se unen al soluto sino que forman poros hidrofílicos que atraviesan la bicapa lipídica, que al estar abiertos permiten que determinados solutos (habitualmente iones inorgánicos de tamaño y carga apropiados) puedan pasar a su través y por lo tanto atravesar la membrana).

9. Transporte activo. Algunas moléculas se transportan a través de la célula mediante el proceso de difusión; a otras las requiere la célula en concentraciones mayores a su concentración extracelular. Estas moléculas se incorporan mediante mecanismos de transporte activo. Este mecanismo exige una fuente de energía debido a que el transporte activo implica el "bombeo" de una molécula en contra de su gradiente de concentración (de una zona de baja concentración hacia una de concentración elevada). Por tanto, los sistemas de transporte activo utilizan energía generada por el metabolismo celular en forma de trifosfato de adenosina (ATP) o bien utilizan algún otro tipo de energía almacenada, derivada de la hidrólisis del ATP.

10. Uno de los ejemplos más sorprendentes de los mecanismos de transporte activo es la bomba de sodio y potasio que se observa en todas las células animales. Esta bomba consta de una proteína específica, localizada en la membrana plasmática, que utiliza ATP para intercambiar iones de sodio del interior de la célula por iones de potasio de su exterior. Por este mecanismo, se bombea 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ hacia el interior, con la hidrólisis acoplada de ATP. El transporte activo de Na+ y K+ tiene una gran importancia fisiológica. De hecho todas las células animales gastan más del 30% del ATP que producen ( y las células nerviosas más del 70% ) para bombear estos iones.

11. Sistemas de cotransporte. Algunas proteínas de transporte actúan como transportadores acoplados, en los que la transferencia de un soluto depende de la transferencia simultánea o secuencial de un segundo soluto, ya sea en la misma dirección (transporte unidireccional o simporte) o en dirección opuesta (bidireccional o antiporte).

12. Bomba electrogénica de Na + (antiporte). Ca 2+ y H + son exportados de la célula acoplados al importe energéticamente favorable de Na + .

13. Cotransporte de sodio con azucares (sinporte). El transporte de glucosa es parte de un sistema de transporte activo que se efectúa en cotransporte con el sodio.

14. Transporte de grandes moléculas a través de las membranas. En ocasiones también es necesario el desplazamiento de cantidades más grandes de material, de partículas de alimento, de macromoléculas o incluso de células completas, hacia afuera o adentro de una célula. Esto implica un gasto de energía por parte de la célula y en ocasiones conlleva también la fusión de membranas. Las células realizan dos procesos específicos para poder tomar y secretar sustancias a través de su membrana: la endocitosis y la exocitosis.

15. Endocitosis. La célula incorpora materiales hacia su interior. En los sistemas biológicos operan varios mecanismos endocitóticos. Por ejemplo, en la fagocitosis (literalmente "ingesta de células"), la célula ingiere partículas sólidas como bacterias o nutrientes. La fagocitosis es el mecanismo utilizado por protozoarios y leucocitos para ingerir partículas, incluso algunas tan grandes como una bacteria completa. En otro tipo de endocitosis, llamada pinocitosis ("bebido de células"), la célula incorpora materiales disueltos

16. En la pinocitosis la célula incorpora materiales disueltos. Algunos pliegues de la membrana plasmática engloban gotas de líquido, las cuales emergen en el citoplasma celular en forma de pequeñas vesículas. El contenido líquido de estas vesículas se libera lentamente en el citoplasma celular y las vesículas van disminuyendo poco a poco de tamaño, hasta el punto en que parecen desvanecerse

17. Exocitosis. En la exocitosis una célula expulsa productos de desecho o productos específicos de secreción (como hormonas o neurotransmisores), mediante la fusión de una vesícula con la membrana plasmática de la célula. La exocitosis consiste en la fusión de la membrana de la vesícula secretora con la membrana plasmática.