Transporte pasivo a través de la membrana

celular Difusión simple Difusión facilitada Canales iónicos

Biología celular5° DPresenta:Juárez Luna Ma. Isabel

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA CHAPINGO

DEPARTAMENTO DE ZOOTECNIA

TRANSPORTE DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA

La célula necesita sustancias para su metabolismo. Como consecuencia de éste se van a producir sustancias de desecho que la célula precisa eliminar. Así pues, a través de la membrana plasmática se va a dar un continuo transporte de sustancias en ambos sentidos. Según la dirección de este y el tipo de sustancia tendremos:

Ingestión: Es la entrada en la célula de aquellas sustancias necesarias para su metabolismo.

Excreción: Salida de los productos de desecho. Secreción: Si lo que sale no son productos de desecho sino sustancias

destinadas a la exportación.

Aunque vamos a referirnos únicamente al transporte a través de la membrana plasmática, deberá tenerse en cuenta que los fenómenos de transporte que estudiaremos se dan también a través de las membranas biológicas de los orgánulos formados por membranas: retículo, aparato de Golgi, lisosomas, vacuolas, mitocondrias y plastos.

Mediante estos fenómenos la célula asegura un medio interno diferente y funciones distintas en cada uno de los orgánulos formados por membranas

Transporte pasivo a través de la membrana celular.

Esquema del transporte pasivo a favor del gradiente electroquímico, y del transporte activo en contra de éste. Mientras que el transporte pasivo , ya sea por difusión simple o difusión facilitada ,se produce espontáneamente, el transporte activo requiere un aporte de energía metabólica.

Aunque las pequeñas moléculas sin carga pueden atravesar directamente la bicapa lipídica, la transferencia de moléculas cargadas (incluidos todos los pequeños iones) sólo se producen a velocidades significativas, a través de los canales o transportadores proteicos.

En el caso de las células vivas, el proceso de difusión simple se establece a través de la membrana celular, por lo que de hecho existen tres procesos de difusión encadenados, una difusión que ocurre en el medio de mayor concentración, una difusión que ocurre en el medio de separación y una difusión que ocurre en el medio de menor concentración.

Como el proceso limitante de la velocidad es la difusión a través del medio de separación, se puede simplificar un modelo donde el flujo de partículas depende de la diferencia de concentración entre ambos lados del medio de separación y del tipo de interacciones que presente la molécula que va a atravesar la membrana con ese medio.

Difusión simple Pasan así sustancias lipídicas como las hormonas

esteroideas, los fármacos liposolubles y los anestésicos, como el éter. También sustancias apolares como el oxígeno y el nitrógeno atmosférico y algunas moléculas polares muy pequeñas como el agua, el CO2, el etanol y la glicerina.

Las moléculas que pueden atravesar con facilidad las membranas celulares, debido a este fenómeno, son únicamente las de los gases (por ejemplo CO2, O2), las moléculas hidrofóbicas (por

ejemplo benceno) y las moléculas polares pequeñas (por ejemplo H2O y etanol), esto es así

debido a que las moléculas hidrofóbicas y apolares son solubles en la región central apolar

de la bicapa lipídica, y las moléculas polares pequeñas son lo suficientemente pequeñas como para que las interacciones desfavorables se vean compensadas por un aumento de la entropía del

sistema.

Por otra parte, las moléculas polares grandes tales como la glucosa, los aminoácidos y las

moléculas cargadas o iones (H+, Na+, Cl+ y Ca2+) establecen interacciones demasiado fuertes con el

medio acuoso fuera de la bicapa lipídica, por lo que les resulta muy desfavorable desde el punto de vista energético romper estas interacciones

para atravesar la región central hidrofóbica. Como consecuencia las membranas biológicas son prácticamente impermeables a este tipo de

moléculas, por lo que requieren de otros mecanismos de transporte.

Difusión facilitada

Algunas moléculas son demasiado grandes como para difundir a través de los canales de la membrana y demasiado insolubles en lípidos como para poder difundir a través de la capa de fosfolípidos.

Tal es el caso de la glucosa y algunos otros monosacáridos. Esta sustancias, pueden atravesar la membrana plasmática mediante el proceso de difusión facilitada, con la ayuda de una proteína transportadora. La difusión facilitada es mucho más rápida que la difusión simple

Bajo el mismo principio termodinámico que en el caso de la difusión simple, es decir, que el soluto a transportar lo hace a favor de gradiente, la difusión facilitada opera de modo similar, pero está facilitada por la existencia de proteínas canal, que son las que facilitan el transporte de, en este caso, agua o algunos iones y moléculas hidrófilas.

Estas proteínas integrales de membrana conforman estructuras en forma de poro inmersas en la bicapa, que dejan un canal interno hidrofílico que permite el paso de moléculas altamente lipófobas como las mencionadas anteriormente. La apertura de este canal interno puede ser constitutiva, es decir, continua y desregulada, en los canales no regulados, o bien puede requerir una señal que medie su apertura o cierre: es el caso de los canales regulados.

La difusión facilitada involucra el uso de un proteína para facilitar el movimiento de moléculas a través de la membrana. En algunos casos, las moléculas pasan a través de canales con la proteína. En otros casos, la proteína cambia su forma, permitiendo que las moléculas pasen a través de ella.

Canales iónicos Los canales iónicos son proteínas transmembrana que contienen poros acuosos que cuando se abren permiten el paso selectivo de iones específicos a través de las membranas celulares. Así, los canales iónicos son proteínas que controlan el paso de iones, y por tanto el gradiente electroquímico, a través de la membrana de toda célula viva.

Estos canales actúan como compuertas que se abren o se cierran en función de los estímulos externos, aunque algunas sustancias tóxicas pueden desactivar su función natural. En los mamíferos, los canales iónicos determinan importantes procesos como: la excitación del nervio y del músculo, la secreción de hormonas y neurotransmisores, la transducción sensorial, el control del equilibrio hídrico y electrolítico, la regulación de la presión sanguínea, la proliferación celular y los procesos de aprendizaje y memoria.

Diagrama esquemático de un canal iónico. 1 - dominios de canal (normalmente son cuatro por canal)2 - vestíbulo exterior, 3 - filtro de selectividad, 4 - diámetro del filtro de selectividad5 - sitio de fosforilación,

6 - membrana celular.

Canales iónicos Transportan iones inorgánicos

Difieren de transportadores en:

Mayor velocidad de flujo

No se saturan

Responden a una señal celular

Dos tipos:

Dependientes de voltaje

Dependientes de ligando

Na+

K+

Ca2+

Receptor nicotínico de acetilcolina

Rol biológico de los canales iónicos.Los canales iónicos son

especialmente importantes en la transmisión del impulso eléctrico en el sistema nervioso. De hecho, la mayor parte de las toxinas que algunos organismos han desarrollado para paralizar el sistema nervioso de depredadores o presas (como por ejemplo el veneno producido por escorpiones, arañas, serpientes y otros) funcionan obstruyendo los canales iónicos.

La alta afinidad y especificidad de estas toxinas ha permitido su uso como ligandos para la purificación de las proteínas que constituyen los canales iónicos. Muchos agentes terapéuticos median sus efectos por la interacción con estas proteínas, como por ejemplo alguno agentes

ansiolítico, antihipertensivo, antiarrítmico, etc.

Los canales iónicos se presentan en una gran variedad de procesos biológicos que requieren cambios rápidos en las células, como en el corazón, esqueleto, contracción del músculo, transporte de iones y nutrientes a través de epitelios, activación de linfocitos T o liberación de insulina por las células beta del páncreas. Los canales iónicos son un objetivo clave en la búsqueda de nuevos fármacos.

Bibliografía. Velásquez J., Chejne F., Fenómenos de transporte y transferencia:

un enfoque termodinámico. Editorial Universidad Nacional. Santa Fe De Bogotá, 2004; 109-140.

Venegas A., Ruiz J., Alvarado H. Enseñanza de la biofísica, una mirada sobre la membrana celular. Revista colombiana de física. Vol. 38, abril de 2006.

Aldo H. Romero, Difusión, transporte, movilidad y todo eso: el mundo estocástico de Einstein, Revista Avance y perspectiva, México DC, 2004.

Mathews, C. K.; Van Holde, K.E et Ahern, K.G (2003). Bioquímica (3 edición)

Lehninger, Albert (1993). Principles of Biochemistry, 2nd Ed.. Worth Publishers

Lozano, J.A; J. D. Galindo Cascales (2000). Bioquímica y Biología Molecular para ciencias de la Salud (2ª edición). Mcgraw Hill