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Membrana celular: consiste en una BICAPA lipídica con proteínas de transporte de la membrana celular. 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.
La bicapa lipídica no es miscible, constituye una barrera frente al movimiento de moléculas de agua y de sustancias insolubles, las
sustancias liposolubles pueden penetrar en esta bicapa lipídica y difunden directamente a través de la sustancia lipídica.
Moléculas proteicas: estructuras moleculares interrumpen la continuidad de la bicapa lipídica y constituyen una ruta alternativa a
través de la membrana celular.
Proteínas transportadoras: se unen a las moléculas o iones que se van a transportar y cambios conformacionales de las
moléculas de la proteína desplazan después las sustancias a través de los intersticios de la proteína hasta el otro lado de la
membrana. Las proteínas de los canales y las proteínas transportadoras habitualmente son selectivas para los tipos de moléculas o
de iones que pueden atravesar la membrana.
Mecanismos de Transporte
El transporte a través de la membrana celular, ya sea directamente a través de la bicapa lipídica o a través de
las proteínas, se produce mediante uno de dos procesos básicos: difusión o transporte activo.
Transporte de sustancias a través de la Membrana
Difusión: movimiento molecular aleatorio de las sustancias molécula a molécula, a través de espacios
intermoleculares de la membrana o en combinación con una proteína transportadora. «CALOR» cuanto mayor sea
el movimiento, mayor es la temperatura.
Difusión Simple: significa que el movimiento cinético de las moléculas o de los iones se produce a través de una
abertura de la membrana o a través de espacios intermoleculares sin ninguna interacción con las proteínas
transportadoras de la membrana.
Se puede producir difusión simple a través de la membrana celular por dos rutas:
1) a través de los intersticios de la bicapa lipídica si la sustancia que difunde es liposoluble
2) a través de canales acuosos que penetran en todo el grosor de la bicapa a través de las grandes
proteínas transportadoras.
Un factor importante que determina la rapidez con la que una sustancia difunde a través de la bicapa lipídica es
la liposolubilidad. La velocidad de difusión es directamente proporcional a su liposolubilidad. Se pueden transportar
cantidades especialmente grandes de oxígeno y se puede liberar oxígeno en el interior de la célula casi como si
no existiera la membrana celular.
Aunque el agua es muy insoluble en los lípidos de la membrana, pasa rápidamente a través de los canales
de las moléculas proteicas que penetran en todo el espesor de la membrana. Muchas de las membranas celulares
del cuerpo contienen «poros» proteicos denominados acuaporinas que permiten selectivamente el rápido paso de
agua a través de la membrana celular. Están muy especializadas y existen al menos 13 tipos diferentes.
Otras moléculas insolubles en lípidos pueden atravesar los canales de los poros proteicos de la misma
manera que las moléculas de agua si son hidrosolubles y de un tamaño lo suficientemente pequeño, a medida que
se hacen mayores su penetración disminuye rápidamente.
Canales proteicos
Los canales de potasio permiten el paso de iones potasio a través de la membrana celular con una
facilidad aproximadamente 1.000 veces mayor que para el paso de iones sodio. Los iones potasio son solo
ligeramente mayores que los de sodio. Los canales de potasio tienen una estructura tetramérica consistente en
cuatro subunidades proteicas idénticas que rodean a un poro central.
Cuando los iones potasio hidratados entran en el filtro de selectividad, interaccionan con los oxígenos de
carbonilo y envuelven la mayoría de sus moléculas de agua ligadas, lo que permite que los iones potasio
deshidratados pasen a través del canal. Sin embargo, los oxígenos de carbonilo están demasiado separados para
permitir su interacción estrecha con los iones sodio, más pequeños, que de este modo son excluidos en la práctica
por el filtro de selectividad y no pueden pasar a través del poro.
Activación de los canales proteicos
Proporciona un medio para controlar la permeabilidad iónica de los canales. La apertura y el cierre de las
compuertas están controlados de dos maneras principales:
1. Activación por el voltaje: la conformación molecular de la compuerta o de sus enlaces químicos responde al
potencial eléctrico que se establece a través de la membrana celular. Los potenciales de acción nerviosos
que son responsables de las señales nerviosas.
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, que produce un cambio conformacional o un cambio de
los enlaces químicos de la molécula de la proteína que abre o cierra la compuerta.
Difusión Facilitada: precisa la interacción de una proteína transportadora. La difusión facilitada difiere de la
difusión simple, aunque la velocidad de la difusión simple a través de un canal abierto aumenta de manera
proporcional a la concentración de la sustancia que difunde, en la difusión facilitada la velocidad de difusión se
acerca a un máximo, denominado Vmáx, a medida que aumenta la concentración de la sustancia que difunde.
Entre las numerosas sustancias que atraviesan las membranas celulares mediante difusión facilitada están la
glucosa y la mayoría de los aminoácidos.
Ósmosis
Proceso de movimiento neto del agua que se debe a la producción de una diferencia de la concentración del
agua, en ciertas condiciones se puede producir una diferencia de concentración del agua a través de la membrana.
Cuando se produce esto, tiene lugar un
movimiento neto de agua a través de la
membrana celular, haciendo que la célula
se hinche o que se contraiga, dependiendo
de la dirección del movimiento del agua.
Este proceso de movimiento neto del agua
que se debe a la producción de una
diferencia de la concentración del agua se
denomina ósmosis.
Las moléculas de agua atraviesan la
membrana celular con facilidad, mientras
que los iones sodio y cloruro pasan solo
con dificultad.
Presión osmótica: la cantidad de presión necesaria para detener la ósmosis se denomina presión osmótica de la
solución de cloruro sódico.
Transporte activo: Cuando una membrana celular transporta moléculas o iones «contra corriente» contra un
gradiente de concentración, el proceso se denomina transporte activo. Diferentes sustancias que se transportan
activamente a través de al menos algunas membranas celulares incluyen los iones sodio, potasio, calcio, hierro,
hidrógeno, cloruro, yoduro y urato, diversos azúcares diferentes y la mayoría de los aminoácidos.
Transporte activo primario
Bombas SODIO-POTASIO
Entre las sustancias que se transportan mediante transporte activo primario están el sodio, el potasio, el
calcio, el hidrógeno, el cloruro y algunos otros iones.
La bomba 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.
Esta bomba 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, esta bomba
también es la base de la función nerviosa, porque permite transmitir las señales nerviosas por todo el sistema
nervioso.
La proteína transportadora es un complejo formado por dos proteínas globulares distintas: una de mayor
tamaño denominada subunidad α, que tiene un peso molecular de aproximadamente 100.000, y una más pequeña
denominada subunidad β, que tiene un peso molecular de aproximadamente 55.000, se desconoce la función de la
proteína de menor tamaño. La proteína de mayor tamaño tiene tres características específicas que son importantes
para el funcionamiento de la bomba:
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 adenosina
trifosfatasa (ATPasa).
Una de las funciones más importantes de la bomba Na + -K+ es controlar el volumen de todas las células. Si
una célula comienza a hincharse por cualquier motivo, la bomba Na + -K+ se activa automáticamente, moviendo
aún más iones hacia el exterior y transportando agua con ellos. Por tanto, la bomba Na + -K+ realiza una
función continua de vigilancia para mantener el volumen celular normal.
La bomba se desplaza una carga positiva neta desde el interior de la célula hasta el exterior en cada ciclo
de bombeo.
Iones CALCIO
Los iones calcio normalmente se mantienen a una concentración muy baja en el citosol intracelular de
prácticamente todas las células del cuerpo, a una concentración aproximadamente 10.000 veces menor que en el
líquido extracelular.
Se consigue principalmente mediante dos bombas de calcio que funcionan mediante transporte
activo primario. Una de ellas, bombea calcio hacia el exterior de la célula. La otra bombea iones calcio hacia uno
o más de los orgánulos vesiculares intracelulares de la célula, como el retículo sarcoplásmico de las células
musculares y las mitocondrias en todas las células.
Iones HIDROGENO
El transporte activo primario de los iones hidrógeno es importante en dos localizaciones del cuerpo:
1. en las glándulas gástricas del estómago
2. en la porción distal de los túbulos distales y en los conductos colectores corticales de los riñones
Transporte activo secundario
Cotransporte
Cuando los iones sodio se transportan hacia el exterior de las células mediante transporte activo primario
habitualmente se establece un gran gradiente de concentración de iones sodio a través de la membrana celular,
con una concentración elevada fuera de la célula y una concentración baja en su interior. Este gradiente
representa un almacén de energía.
En condiciones adecuadas esta energía de difusión del sodio puede arrastrar otras sustancias junto con el
sodio a través de la membrana celular. Este fenómeno, denominado Cotransporte, es una forma de transporte
activo secundario.
Para que el sodio arrastre otra sustancia con él es necesario un mecanismo de acoplamiento, lo cual se
consigue por medio de otra proteína. el transportador actúa como punto de unión tanto para el ion sodio como
para la sustancia que se va a cotransportar. Una vez que los dos están unidos, el gradiente de energía del ion
sodio hace que este ion y la otra sustancia sean transportados juntos hacia el interior de la célula.
Cotransporte de glucosa y aminoácidos junto con iones sodio
La glucosa y muchos aminoácidos se transportan hacia el interior de la mayor parte de las células contra
grandes gradientes de concentración; el mecanismo de esta acción es totalmente mediante cotransporte.
Una propiedad especial de la proteína transportadora es que no se producirá un cambio conformacional
que permita el movimiento de sodio hacia el interior hasta que también una molécula de glucosa se una. Cuando
ambos están unidos se produce el cambio conformacional y el sodio y la glucosa son transportados al mismo
tiempo hacia el interior de la célula.
Contratransporte
En el contratransporte, los iones sodio intentan una vez más difundir hacia el interior de la célula debido a su
gran gradiente de concentración, esta vez la sustancia que se va a transportar está en el interior de la célula y se
debe transportar hacia el exterior.
Contratransporte con sodio de iones calcio e hidrógeno
El contratransporte sodio-calcio los iones sodio se mueven hacia el interior y los iones calcio hacia el
exterior, ambos unidos a la misma proteína transportadora en un modo de contratransporte.
Transporte activo a través de capas celulares
En muchas localizaciones del cuerpo se deben transportar sustancias a través de todo el espesor de una capa
celular en lugar de simplemente a través de la membrana celular. El transporte de este tipo se produce a través
de:
1) el epitelio intestinal
2) el epitelio de los túbulos renales
3) el epitelio de todas las glándulas exocrinas
4) el epitelio de la vesícula biliar
5) la membrana del plexo coroideo del cerebro, junto con otras membranas.
El mecanismo básico para el transporte de una sustancia a través de una lámina celular es:
1) transporte activo a través de la membrana celular de un polo de las células transportadoras de la capa
2) difusión simple o difusión facilitada a través de la membrana del polo opuesto de la célula.
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