La Membrana Biológica y Mecanismos de Transporte

Membrana celular

Funciona como una barrera semipermeable, permitiendo la entrada y salida de moléculas a la célula. La membrana está formada por lípidos, proteínas y carbohidratos. Los lípidos forman una doble capa cuya conformación conocemos como el Modelo Mosaico Fluido.

Organización, Estructura y Actividad Celular.

Mecanismo de intercambio entre célula y medio ambiente.

Membrana celular: Funciona como una barrera semipermeable, permitiendo la entrada y salida de moléculas a la célula. La membrana está formada por lípidos, proteínas y carbohidratos. Los lípidos forman una doble capa cuya conformación conocemos como el Modelo Mosaico Fluido. La molécula más común del modelo es el fosfolípido, que tiene una cabeza hidrofílica (amiga del H2O) polar y dos colas hidrofóbicas (enemigas del H2O) no polares.

Funciones de la membrana celular;1.- Reconocimiento y comunicación debido a moléculas situadas en la parte externa de la membrana, que actúan como receptoras de sustancias.2.- Establecer los límites de la célula.3.- Protección del material genético4.- Expulsión de los desechos del metabolismo en el interior de la célula y adquisición de nutrientes del medio extracelular.

TRANSPORTE DE MATERIALES A TRAVES DE LAS MEMBRANAS PLASMATICAS

Los mecanismos que permiten a las sustancias cruzar las membranas plasmáticas son esenciales para la vida y la comunicación de las células. Para ello, la célula dispone de dos procesos: 

Transporte pasivo: cuando no se requiere energía para que la sustancia cruce la membrana plasmática. 

Transporte activo: cuando la célula utiliza ATP como fuente de energía pasa hacer atravesar la membrana a una sustancia en particular. Ocurre contra el gradiente de concentración o en contra un gradiente eléctrico de presión (gradiente electroquímico), es decir, es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado.

1.- Transporte pasivo

Los mecanismos de transporte pasivo son:

a) Difusión simple,b) Difusión facilitada.  c) Ultrafiltración. d) Osmosis.

El término “difusión” hace relación a: El movimiento de una sustancia de un área de mayor concentración a una de menor concentración. Este proceso tiene lugar hasta que la concentración se iguala en todas las partes.

DIFUSIÓN

a) Difusión simple: La difusión simple es el movimiento de átomos, moléculas de una región de mayor concentración a una de menor concentración sin requerir gasto de energía ni la participación de proteínas.

Algunas sustancias como el agua, el oxígeno, dióxido de carbono, esteroides, vitaminas liposolubles, urea, glicerina, alcoholes de pequeño peso molecular atraviesan la membrana celular por difusión, disolviéndose en la capa de fosfolípidos. 

b) Difusión facilitada: Es el movimiento de moléculas más grandes que no pueden pasar a través de la bicapalipídica y necesita ayuda de una proteína u otros mecanismos para pasar al otro lado.

La difusión facilitada es mucho más rápida que la difusión simple y depende: a) del gradiente de concentración de la sustancia a ambos lados de la membrana,   b) del número de proteínas transportadoras existentes en la membrana y   c) de la rapidez con que estas proteínas hacen su trabajo.

Difusión facilitada

Factores que afectan la tasa de difusiónLa magnitud del gradiente de concentración: A mayor gradiente, difusión más rápida

Tamaño de la molécula: Moléculas pequeñas, difusión más rápida

Temperatura: A mayor temperatura, difusión más rápida ( energía cinética de las moléculas)

Ultrafiltración: En este proceso de transporte pasivo, el agua y algunos solutos pasan a través de una membrana por efecto de una presión hidrostática. El movimiento es siempre desde el área de mayor presión al de menos presión. La ultrafiltración tiene lugar en el cuerpo humano en los riñones y es debida a la presión arterial generada por el corazón.

C) Osmosis u Ósmosis: Tipo especial de transporte pasivo en el cual sólo las moléculas de agua son transportadas a través de la membrana. El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay mayor concentración (de H2O) a uno de menor.

Movimiento de moléculas y el medio ambiente:Soluto: Molécula que se disuelve en una solución. Solvente: Sustancia capaz de disolver las moléculas de soluto (generalmente agua).Medio hipertónico: Mayor cantidad de moléculas de soluto fuera de la célula que dentro. Medio hipotónico: Menor cantidad de moléculas de soluto fuera de la célula que dentro. Medio isotónico: igual cantidad de moléculas de soluto fuera y dentro de la célula

Ósmosis y tonicidad

Solución sacarosa 2%

1 L de agua destilada

1 L de soluciónsacarosa al 10%

1 L soluciónsacarosa al 2%

HIPERTONICO: Plasmólisis de células vegetalesLas células vegetales están rodeadas por una pared rígida. Cuando las células vegetales son expuestas a medios hipertónicos, el agua sale de la célula, y la célula se encoge, alejándose de la pared celulares, dando como resultado a la plasmólisis. La célula plasmolizada está deshidratada y pierde la mayoría de sus funciones fisiológicas. Si las células son regresadas a su estado isotónico o hipotónico, el agua vuelve a entrar a la célula y se restaura su funcionamiento normal.

HIPERTONICO: Crenación de células animalesLas células animales carecen de paredes rígidas. Cuando son expuestas a medios hipertónicos, el agua sale de la célula y la célula se contrae o encoge. Las células quedan deshidratadas y pierden la mayoría de sus funciones fisiológicas. Si las células son regresadas a su estado isotónico o hipotónico, el agua vuelve a entrar a la célula y se restaura su funcionamiento normal.

HIPOTONICO: Turgencia en las plantasCuando las células vegetales se exponen a medios hipotónicos, el agua se precipita dentro de la célula, y la célula se hincha, pero no se rompe por la capa rígida de la pared. La presión de la célula empujando contra la pared es llamada presión de turgencia, y es el estado ideal para la mayor parte de los tejidos vegetales. Por ejemplo, si se coloca un tallo de apio o una hoja de lechuga marchito en un medio hipotónico de agua pura, a menudo reviven por inducción de turgencia en las células vegetales.

HIPOTONICO: Citolisis en animalesCuando se exponen a medios hipotónicos, el agua penetra dentro de la célula y la célula se infla. Eventualmente, si el agua no es quitada de la célula, la presión puede exceder la fuerza de tensión de la célula, y estalla o cae en lisis. Muchos protistas unicelulares que viven en agua dulce, tienen vacuolas contráctiles, que bombean fuera el agua, para poder mantener un equilibrio osmótico y evitar la lisis.

Comportamiento de la célula animal y la vegetal:

Célula animal Célula vegetal

Crenación: ocurre cuando la célula está expuesta a un ambiente hipertónico y se arruga al perder agua.

Plasmolisis: ocurre cuando la célula está expuesta a un ambiente hipertónico y pierde agua.

Hemólisis (citólisis): ocurre cuando la célula está expuesta a un ambiente hipotónico y explota al llenarse de agua

Turgencia: ocurre cuando la célula está expuesta a un ambiente hipotónico y esta comienza a llenarse de agua, pero no explota porque la pared celular la protege.

hipotónico hipertónico isotónico

citólisis crenación

Célula vegetal en medio Hipotónico: Turgencia

Célula vegetal en medio hipertónico: Plasmólisis

Medio isotónico

2.- TRANSPORTE ACTIVOEl transporte activo puede mover solutos dentro de la célula o fuera de ella, pero la energía es siempre usada para mover el soluto en contra del gradiente de concentración. Al igual que la difusión facilitada el transporte activo esta limitado por el numero de proteínas transportadoras presentes.

Existen dos grandes categorías de transporte activo, primario y secundario. El transporte activo primario usa energía a nivel de la misma proteína de membrana produciendo un cambio conformacional que resulta en el transporte de una molécula a través de la proteína.

El transporte activo secundario utiliza la energía para establecer un gradiente a través de la membrana celular, y luego utiliza ese gradiente para transportar una molécula de interés contra su gradiente de concentración.

Un ejemplo de ese mecanismo es el siguiente: Escherichia coli establece un gradiente de protones (H+) entre ambos lados de la membrana utilizando energía para bombear protones hacia afuera de la célula. Luego estos protones se acoplan a la lactosa (un azúcar que sirve de nutriente al microorganismo) a nivel de la lactosa-permeasa (otra proteína de transmembrana), la lactosa permeasa usa la energía del protón moviéndose a favor de su gradiente de concentración para transportar la lactosa dentro de la célula

Transporte activo: Endocitosis y exocitosis:

Cuando la célula utiliza ATP como fuente de energía pasa hacer atravesar la membrana a una sustancia en particular.

Exocitosis: La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesículas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmática, liberando su contenido. La exocitosis se observa en muy diversas células secretoras, tanto en la función de excreción como en la función endocrina.

EXOCITOSIS

Endocitosis: La endocitosis es el proceso celular, por el que la célula mueve hacia su interior moléculas grandes (macromoléculas) o partículas, englobándolas en una invaginación de su membrana citoplasmática, formando una vesícula que luego se incorpora al citoplasma. Esta vesícula, llamada endosoma, luego se fusiona con un lisosoma que realizará la digestión del contenido vesicular.

Endocitosis:

Existen dos procesos:

Pinocitosis: consiste en la ingestión de líquidos y solutos mediante pequeñas vesículas.

Fagocitosis: consiste en la ingestión de grandes partículas que se engloban en grandes vesículas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular.

Líquido extracelular

citoplasma

PINOCITOSIS

FAGOCITOSIS

Endocitosis del colesterol

MEMBRANA CELULARCOLESTEROL

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