TRANSPORTE DE IONES Y DE MOLÉCULAS A TRAVÉS

DE LA MEMBRANA CELULAR

GENERALIDADES

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

El líquido intracelular contiene gran cantidad de potasio, fosfatos y proteínas.

BARRERA LIPÍDICA Y PROTEÍNAS DE TRANSPORTE DE LA MEMBRABA

CELULAR

La capa lipídica doble no es miscible ni con el líquido extra ni intracelular.

Constituye una barrera para el movimiento de las moléculas de agua y sustancias hidrosolubles entre los compartimientos.

Algunas sustancias pueden atravesar esta capa doble.

BARRERA LIPÍDICA Y PROTEÍNAS DE TRANSPORTE DE LA MEMBRABA

CELULAR

Las moléculas proteícas poseen propiedades completamente diferentes para el transporte de sustancias a través de las membranas.

Estás proteínas pueden ser: proteínas de transporte, proteínas de canales y proteínas portadoras.

DIFUSIÓN FRENTE A TRANSPORTE ACTIVO

El transporte a través de la membrana celular, ya sea directamente a través de la capa lipídica doble o a través de las proteínas, se produce por uno de dos procesos:

1. Difusión (Transporte pasivo).

2. Transporte activo.

DIFUSIÓN FRENTE A TRANSPORTE ACTIVO

Difusión: movimiento molecular aleatoreo de sustancias, molécula a molécula, ya sea a través de espacios intermoleculares de la membrana o en combinación de una proteína portadora.

La energía usada en este proceso es la energía del movimiento cinético normal de la materia.

DIFUSIÓN FRENTE A TRANSPORTE ACTIVO

Transporte activo: significa movimiento de iones u otras sustancias a través de la membrana en combinación con una proteína portadora pero además contra un gradiente de energía.

Este proceso requiere una fuente adicional de energía.

DIFUSIÓN

El movimiento continuo de moléculas entre sí en los líquidos, o en los gases, se denomina difusión.

Los iones difunden de la misma manera que las moléculas completas, e incluso las partículas coloidales en suspención se difunden de manera similar, excepto que lo hacen con mucha menos rapidez que las sustancias moleculares, debido a su gran tamaño.

DIFUSIÓN A TRAVÉS DE LA MEMBRANA CELULAR

La difusión a través de la membrana celular se divide en dos tipos:

1. Difusión simple.

2. Difusión facilitada.

DIFUSIÓN SIMPLE

Significa que el movimiento cinético molecular de las moléculas o los iones se produce a través de una abertura, o a través de los espacios intermoleculares, sin necesidad de unión a proteínas portadoras de la membrana.

La tasa de difusión depende de:

1. La cantidad de sustancia disponible.

2. Velocidad del movimiento cinético.

3. El número de aberturas en la membrana.

DIFUSIÓN FACILITADA

Requiere la interacción de una proteína portadora con las moléculas o iones.

La proteína portadora ayuda al paso de las moléculas o de los iones a través de la membrana, probablemente uniéndose quimicamente con ellas e impulsándolas a través de la membrana de esta forma.

DIFUSIÓN DE SUSTANCIAS LIPOSOLUBES

La tasa de difusión de algunas sustancias a través de la membrana es directamente proporcional a su liposolubilidad. Ejemplos:

1. Oxígeno.

2. Nitrógeno.

3. Dióxido de carbono.

4. Alcoholes.

DIFUSIÓN A TRAVÉS DE LOS CANALES DE LAS PROTEÍNAS

Se considera que los canales de las proteínas son vías acuosas a través de los intersticios de las moléculas proteícas.

Las sustancias pueden difundirse mediante difusión simple directamente por medio de estos canales, desde un lado de la membrana hasta el otro.

DIFUSIÓN A TRAVÉS DE LOS CANALES DE LAS PROTEÍNAS

Los canales de las proteínas se distinguen por dos características importantes:

1. A menudo son permeables selectivamente a ciertas sustancias.

2. Muchos de los canales pueden abrirse o cerrarse mediante puertas.

PERMEABILIDAD SELECTIVA DE LOS CANALES

La mayoría de los canales de las proteínas son muy selectivos para el transporte de uno o más iones o moléculas específicos.

Ello depende de las caraterísticas del propio canal: diámetro, forma y cambios eléctricos.

PUERTAS DE LOS CANALES DE LAS PROTEÍNAS

Las puertas de los canales de las proteínas proporcionan un medio de controlar la permeabilidad de dichos canales.

Pueden abrirse o cerrarse por un cambio en la conformación de la propia molécula proteíca.

Están controladas de dos formas:

1. Puerta de voltaje.

2. Puerta química.

ESTADO ABIERTO Y CERRADO DE LOS CANALES DE LAS PUERTAS

La puerta del canal se abre y después se cierra, tardando en cada acontesimiento algunas millonésimas de segundo.

Esto demuestra los cambios de conformación durante la abertura y el cierre.

A un potencial de voltaje dado el canal se cerrará todo o casi todo el tiempo, mientras que a otro nivel de voltaje será a la inversa.

DIFUSIÓN FACILITADA

Se denomina también difusión mediada por portadores.

La sustancia transportada de esta forma habitualmente no puede atravesar la membrana sin la ayuda de una proteína portadora específica.

FACTORES QUE AFECTAN LA TASA DE DIFUSIÓN NETA

Resulta evidente que numerosas sustancias pueden difundirse a través de la membrana celular o por medio de los canales de proteínas. Es por tanto necesario comprender que las sustancias que se difunden en una dirección pueden difundir también en la opuesta.

Lo importante es la tasa neta de difusión de una sustancia en la dirección deseada. Estos factores son:

1. Permeabilidad de la membrana

Los factores que afectan la permeabilidad de la membrana son:

1. Espesor de la membrana.

2. Liposolubilidad.

3. Número de canales de proteína.

4. Temperatura.

5. Peso molecular de la sustancia que va a difundir.

2. Coeficiente de difusión

Otro factor que afecta la tasa de difusión es la superficie de la membrana.

Para determinar la permeabilidad total se multiplica su permeabilidad por la superficie total de la membrana.

El resultado se expresa como coeficiente de difusión para toda la membrana.

3. Diferencia de concentración sobre la difusión

La velocidad con que la sustancia se difunde hacia el interior es proporcional a la concentración de las moléculas en el exterior, porque esta concentración determina el número de moléculas que golpea el exterior de los canales cada segundo.

Hacia el exterior sucede a la inversa.

4. Potencial eléctrico sobre la difusión de los iones

Un potencial eléctrico a través de la membrana hace que los iones, debido a sus cargas eléctricas, se desplacen a través de la membrana aunque no exista diferencia de concentración que cause su movimiento.

5. Efecto de la diferencia de presión

Cuando la presión es mayor de un lado de la membrana que de otro, ello significa que la suma de todas las fuerzas de la molécula que golpean los canales en ese lado de la membrana es mayor que en el otro.

ÓSMOSIS A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS SELECTIVAMENTE

PERMEABLES

ÓSMOSIS

Proceso de movimiento neto de agua causado por una diferencia de concentración de la misma.

ÓSMOSIS

La sustancia más abundante con diferencia que se difunde a través de la membrana celular es el agua.

Existe un equilibrio que mantiene en volumen neto de la célula constante.

En ciertas condiciones se puede desarrollar una diferencia de concentración para el agua a través de la membrana que hace que la célula se hinche o se contraiga.

PRESIÓN OSMÓTICA

La cantidad necesaria para detener la ósmosis se denomina presión osmótica.

TRANSPORTE ACTIVO

TRANSPORTE ACTIVO

Cuando una membrana celular mueve moléculas o iones “cuesta arriba” contra un gradiente, el proceso se denomina transporte activo.

Ninguna cantidad neta de alguna sustancia puede difundirse contra un gradiente electroquímico, que es la suma de todas las fuerzas de difusión que actúan en la membrana.

TRANSPORTE ACTIVO

El transporte activo se divide en dos tipos de acuerdo con la fuente de energía

utilizada para producirlo:

1. Transporte activo primario.

2. Transporte activo secundario.

TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO

Entre las sustancias transportadas mediante transporte activo se encuentran:

Sodio. Potasio. Calcio. Hidrógeno. Cloruro.

No todos son transportadas por las membranas de todas las células.

El mecanismo opera por el mismo principio.

BOMBA DE SODIO-POTASIO

Proceso que bombea iones sodio hacia el exterior a través de la membrana celular y al mismo tiempo bombea iones potasio desde el exterior hacia el interior.

Está presente en todas las células del organismo.

Mantiene las diferencias de concentración de sodio potasio a través de la membrana celular.

Establece un potencial eléctrico negativo en el interior de las células.

BOMBA DE SODIO-POTASIO

Es una bomba electrógena: se bombean más cargas positivas al exterior que hacia el interior.

Tres iones de Na hacia el exterior por cada dos iones de K hacia el interior.

Esto produce una carga negativa en el interior y positiva en el exterior.

TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO

Este tipo de transporte muestra dos variantes:

1. Cotransporte.

2. Contratransporte.

COTRANSPORTE

En las condiciones apropiadas, la energía de difusión de sodio puede arrastrar a otras sustancias junto con él a través de la membrana celular.

Ejemplos: glucosa y aminoácidos con el sodio.

CONTRATRANSPORTE Los iones sodio intentan de nuevo

difundirse al interior de la célula debido a su elevado gradiente de concentración. Pero en este caso la sustancia que hay que transportar esta en el interior de la célula y debe ser conducida al exterior. El sodio se une a la proteína por el extremo externo y la sustancia por el interno. Ocurre un nuevo cambio de conformación en el que la energía del sodio que se desplaza hacia el interior hace que la sustancia salga al exterior.