MECANISMOS DE TRANSPORTE A TRAVS DE LA MEMBRANA

MECANISMOS DE TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

MEMBRANA PLASMÁTICA v Tiene la propiedad de permeabilidad selectiva, o sea, que sustancias esenciales, como la glucosa y los aminoácidos, ingresan con facilidad a la célula y que las sustancias de desecho son expulsadas al exterior. v Cuenta con dos mecanismos que permiten el intercambio de sustancias entre el medio externo e interno: Transporte pasivo y transporte activo.

1. Transporte pasivo: - Proceso de transporte de sustancias, que se realiza en forma espontánea, sin gasto de energía y a favor del gradiente de concentración, es decir, desde un medio donde las moléculas se hallan más concentradas hacia un medio donde su concentración es menor. - Se distinguen tres tipos: 1 a. Difusión simple. 1 b. Difusión facilitada.

1 c. Osmosis.

1 a. Difusión simple: - Paso mediante la membrana plasmática, de pequeñas moléculas sin carga solubles en la bicapa lipídica, tales como algunos gases. - Para que una molécula se difunda a través de la membrana es necesario que exista una diferencia de concentración entre el medio externo y el interno.

1 b. Difusión facilitada: - Mecanismo a partir del cual moléculas de mayor tamaño, que no caben a través de la bicapa de fosfolípidos, son transportadas por proteínas especializadas. - Existen dos tipos de proteínas de transporte: proteínas de canal y proteínas transportadoras.

v Proteínas transportadoras o Carriers (transportador): - Denominadas “uniporte”, porque transportan moléculas individuales específicas (glucosa y aminoácidos) en una sola dirección a través de la membrana, a favor de su gradiente de concentración. - Pasos: * La molécula transportada (sustrato) se une a la proteína transportadora específica. * La proteína transportadora o canal experimenta un cambio en su forma al entrar en contacto con el sustrato. * El cambio en la forma del canal le permite liberar a la molécula sustrato hacia al otro lado de la membrana.

v Proteínas de canal o canales iónicos: - Complejos proteicos que se encuentran en la membrana y su función es facilitar la difusión de los iones a través de la membrana plasmática. - La membrana plasmática está constituida por fosfolípidos con colas hidrofóbicas (apolares). Los canales iónicos son un poro hidrofílico (afinidad por el agua) que cruza la parte hidrofóbica de la membrana. Los canales pueden estar abiertos o cerrados, controlando de esta forma el intercambio de iones.

- Selectivos debido al estrecho poro del canal que restringe el paso sólo a iones de carga y tamaño específico. - Se abren en respuesta a estímulos específicos. - El transporte es extremadamente rápido: *Más de un millón de iones por segundo puede fluir a través de ellos. * Es una velocidad de flujo aproximadamente 1000 veces mayor que una proteína transportadora (carrier).

- El flujo de iones, depende de los gradientes de concentración de iones que producen un potencial eléctrico, que es una diferencia de cargas eléctricas entre el interior y el exterior de la célula. Los iones más importantes en estos gradientes son el sodio (Na+) y el potasio (K+). El exterior celular es positivo con respecto al interior. Esto es muy importante en las células nerviosas, ya que al invertirse las concentraciones de estos iones se produce un cambio en los valores y el interior de la célula se torna positivo, lo que genera el impulso nervioso.

1 C. OSMOSIS: - Es el paso de agua a través de la membrana plasmática. En las células, el flujo de agua se realiza desde un medio con menor concentración de solutos hacia un medio con mayor concentración de solutos. - El movimiento de agua se produce hasta igualar las concentraciones, con lo que se logra un equilibrio a ambos lados de la membrana.

v. Tipos de soluciones: • Solución isotónica: La concentración de solutos es la misma que al interior de la célula , el movimiento de agua está en equilibrio, vale decir, la cantidad de agua que fluye hacia dentro y fuera de la célula es la misma. HIPOTÓNICA ISOTÓNICA HIPERTÓNICA OSMOSIS

• Solución hipotónica: La concentración de solutos es menor fuera de la célula, y en esta situación el movimiento del agua es mayor hacia el interior de la célula. - Las células animales experimentan lisis, es decir, el rompimiento de la membrana plasmática, dada la gran cantidad de agua que ingresa en ellas, fenómeno conocido como citólisis. - Las células vegetales, en cambio, al estar provistas de una pared celular rígida, el agua que penetra genera una presión de turgencia (expansión de la célula. ) HIPOTÓNICA ISOTÓNICA HIPERTÓNICA OSMOSIS

• Solución hipertónica: La concentración de solutos es mayor en el medio extracelular, por lo tanto, ocurre un mayor movimiento de agua hacia el medio externo, motivo por el cual la célula pierde agua y reduce su volumen. - En las células animales, hay salida de agua desde el citoplasma por lo cual la célula reduce su volumen y se encoge, fenómeno conocido como crenación. - En las células vegetales, dada que la mayor parte del agua se ubica en las vacuolas, al encontrarse en este tipo de medio estos organelos se retraen, fenómeno conocido como plasmólisis. HIPOTÓNICA ISOTÓNICA HIPERTÓNICA OSMOSIS

2. TRANSPORTE ACTIVO: - Movimiento de moléculas a través de la membrana en contra de su gradiente de concentración, es decir, desde una zona de menor concentración hacia una zona de mayor concentración. Para poder transportar las moléculas en estas condiciones es necesario el aporte de energía, en forma de ATP. - Generalmente es utilizado para concentrar iones, minerales y otros nutrientes dentro de la célula. A su vez, mediante este mecanismo la célula moviliza iones o sustancias dañinas hacia el exterior.

2 a. Transporte activo primario o transporte activo a través de bombas Utiliza directamente una fuente de energía química (p. ej. , ATP) para mover las moléculas a través de una proteína (bomba) presente en la membrana contra su gradiente.

*Bomba sodio y potasio (Bomba Na+/K+) -Proteínas de membrana (enzimas) que utilizan energía del ATP para transportar moléculas en contra del gradiente de concentración. - Las células animales contienen en su interior alrededor de 20 veces más potasio que en el exterior celular. Al contrario, el sodio se encuentra mucho más concentrado en el exterior de la célula. - Gracias a la bomba sodio-potasio, las concentraciones de estos iones se mantienen en los niveles óptimos. La bomba Na+/K+, utilizando energía del ATP, transporta 3 iones sodio fuera de la célula al mismo tiempo que ingresa 2 iones potasio al interior celular.

-Las finalidades de esta bomba son: * Regular la presión osmótica (detener el flujo de agua) bombeando más iones hacia afuera que hacia adentro para equilibrar las concentraciones. * Mantener una distribución diferencial de cargas a ambos lados de la membrana para que las neuronas y células musculares generen un potencial de reposo (cargas + exterior y cargas – interior de la membrana), a partir del cual se puede producir un potencial de acción que es la forma en cómo se conduce la información en las neuronas y células musculares.

2 b. Transporte activo secundario - Usa la energía cinética de una molécula que se mueve a favor de la gradiente de concentración para empujar a otras moléculas en contra de la gradiente de concentración. - Depende del gradiente de concentración generado por el transporte activo primario, como fuente de energía para mover moléculas contra su gradiente y, por lo tanto, no necesita directamente una fuente de energía química, como el ATP. - Se subdivide en: Cotransporte y Contratransporte.

* Cotransporte o simporte: - Tipo de transporte donde una sustancia pasa en contra de su gradiente electroquímico, recibiendo la energía que libera otra sustancia que pasa a favor de su gradiente electroquímico. - Ambas sustancias se mueven en el mismo sentido.

Ejemplo: Cotransporte Na+/glucosa o simporte. - La glucosa pasa en contra de su gradiente, con la energía aportada por el paso de sodio que lo está haciendo a favor de su gradiente, proceso que libera energía. Existe un acoplamiento energético entre ambos sistemas de transporte. - La energía liberada por el sodio que pasa a favor de gradiente tiene que ser mayor que la energía requerida para el transporte de la glucosa que lo esta haciendo en contra de su potencial electroquímico. - Su función es reabsorber glucosa desde el interior de los túbulos renales hacia el interior de los vasos sanguíneos, o desde el interior del intestino delgado hacia la circulación , para llegar a todas las células del organismo.

* Contratransporte o antiporte: - Tipo de transporte donde una sustancia pasa en contra de su gradiente electroquímico, recibiendo la energía que libera otra sustancia que pasa a favor de su gradiente electroquímico. - Ambas sustancias se mueven en sentidos opuestos.

Ejemplo: Contratransporte Na+/Ca+2 o antiporte: - Ca+2 pasa en contra de su gradiente, la energía es aportada por Na+ que pasa a favor su gradiente electroquímico. Existe un acoplamiento energético entre ambos sistemas de transporte. - La energía liberada por Na+ que pasa espontáneamente tiene que ser mayor, que la energía requerida para el transporte de Ca+2 que lo esta haciendo en contra de su potencial electroquímico. -Su función en el riñón, es reabsorber sodio con el fin de disminuir la orina, para facilitar la reabsorción de agua.

2 C. Transporte activo en masa, Transporte de macromoléculas o Transporte mediado por vesículas. - Moviliza grandes partículas como proteínas, polisacáridos, restos celulares, bacterias, virus, etc. Mediante vesículas (bolsas o sacos membranosas). ENDOCITOSIS EXOCITOSIS → Citoplasma ←

* Endocitosis: -Mecanismo mediante el cual la célula incorpora grandes partículas del exterior. -De acuerdo a la naturaleza de la partícula incorporada, la endocitosis se divide en:

* Fagocitosis (fago = comer): - La célula incorpora grandes partículas sólidas como virus, bacterias, partículas insolubles, restos celulares o células muertas. - Para ello, se producen cambios en la membrana plasmática, originándose proyecciones similares a dedos o a un pequeño pie, denominadas pseudópodos, que envuelven la sustancia que se transportará y luego se fusionan, quedando la sustancia completamente rodeada por un trozo de membrana llamado vesícula. Posteriormente, la vesícula entra a la célula y se fusiona con el lisosoma, el que posee enzimas que degradan el contenido de la vesícula en partículas más pequeñas o simplemente lo eliminan.

* Pinocitosis (pino = beber): - Incorporación de líquido extracelular, el que posee disueltas partículas (no tan grandes como las incorporadas en la fagocitosis) de interés para la célula. En este proceso también se genera una invaginación (curva), la cual se cierra formándose una vesícula (saco) que se origina a partir de la membrana celular.

* Endocitosis mediada por receptores: - Permite el ingreso a la célula de moléculas específicas que se encuentran en bajas concentraciones en el espacio extracelular, como hormonas, factores de crecimiento, anticuerpos, enzimas, vitaminas y colesterol. - Las moléculas que serán transportadas se unen a receptores específicos (proteínas) presentes en la membrana plasmática, que se moverán mediante la membrana y se concentran en regiones determinadas ricas en clatrina (proteína que se encuentra libre en el citoplasma y se adhiere a una membrana para formar vesículas y permitir el movimiento de sustancias entre distintos sistemas de membrana). En esta zona se produce una vesícula endocítica que luego da lugar al endosoma, estructura que transporta el material que acaba de ser ingresado a la célula. - Altamente específico, pero ciertos patógenos aprovechan este mecanismo para ingresar a las células. Por ejemplo, el VIH se une a ciertos receptores presentes en la membrana.

*Exocitosis: -Mecanismo que expulsa grandes partículas (enzimas digestivas, neurotransmisores, hormonas, anticuerpos, proteínas producidas en el RER, polisacáridos producidos en el aparato de Golgi, etc. ) hacia el exterior de la célula, mediante vesículas de secreción que derivan del aparato de Golgi. - Las vesículas derivadas del aparato de Golgi se dirigen a la membrana celular. Cuando toman contacto con ésta, la membrana de la vesícula se fusiona con la membrana plasmática, siendo expulsados hacia el exterior los materiales que se encuentran al interior de dicha vesícula.

- La evacuación de sustancias puede ser constitutiva o regulada como los muestra la siguiente figura: 1. Secreción constitutiva: Mediante producción permanente de vesículas que se liberan sin necesidad de algún estímulo; por ejemplo, las vesículas que transportan proteínas constituyentes de la matriz extracelular. 2. Secreción regulada: Mediante producción de vesículas que son liberadas frente a un estímulo específico, como es el caso de enzimas y los neurotransmisores neuronales.