TRANSPORTE CELULAR
La estructura y formación de las células dependen de forma crucial de
las membranas, que no solo separan el interior de la célula de su entorno, sino
que también definen los comportamientos internos de las células eucariotas,
incluyendo las organelas del núcleo y el citoplasma. la formación de membranas biológicas
se basa en las propiedades de los lípidos y todas las membranas celulares
comparten una misma organización estructural: bicapas de fosfolípidos con proteínas
asociadas, estas proteínas de membranas son responsables de muchas funciones
especializadas, algunas actúan como receptores que permiten a la célula
responder a señales externas, algunas son responsables del transporte selectivo
de moléculas a través de la membrana y otras participan en el transporte de
electrones y en la fosforilacion oxidativa. Además las proteínas de las
membranas controlan las interacciones entre células de organismos
pluricelulares.
Ilustración 1. Visión general de la membrana celular
ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA CELULAR
Los
bloques fundamentales de todas las membranas celulares son los
fosfolipidos, que son moleclas anfipaticas, que consisten en dos cadenas
de acidos grasos hidrofobos ligadas a un grupo de cabeza hidrofiloque
contiene fosfato. debido a que sus colas de acidos grasos son
escasamente solubles en agua, los fosfolipidos forman bicapas
espontaneamente en soluciones acuosas, con las colas hidrofobas
enterradas en el interioir de la membrana y los grupos polares de cabeza
expuestos en ambos lados en contacto con el agua, dichas bicapas
fosfolipidicas forman una barrera estable entre dos compartimientos
acuosos y representan la estructura basica de todas las membranas
biologicas.
Ilustración 2. Estructura de la bicapa de lípidos
Las proteínas, son el otro constituyente principal de las membranas
celulares. el modelo actual de la estructura de la membrana las muestra como un
mosaico fluido en la que las proteínas están insertadas en una bicapa lipídica,
mientras los fosfolípidos proporcionan la organización estructural básica de
las membranas, las proteínas de membranas desempeñan las funciones específicas
de las diferentes membranas de la célula. Estas proteínas se dividen en dos
tipos generales basándose en la naturaleza de su asociación con la membrana. (Las
proteínas integrales de membrana) están ubicadas directamente dentro de la
bicapa lipídica, (las proteínas periféricas de membrana) no están insertadas en
la bicapa lipídica, pero están asociadas con la membrana indirectamente,
generalmente a través de interacciones con las proteínas integrales de membrana
y (proteínas trans-membrana) atraviesan la bicapa lipídica con partes
expuestas en ambos lados de la membrana. Las proteínas que atraviesa la
membrana son habitualmente regiones helicoidales de entre 20 a 25 aminoácidos
no polares.
Ilustración 3. Estructura de las proteinas
TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANAS CELULARES
La permeabilidad selectiva de las
membranas biológicas a las moléculas pequeñas, permite a la célula controlar y
mantener su composición interna. Solo las moléculas pequeñas no cargadas pueden
difundir libremente a través de las bicapas de fosfolípidos. Las moléculas pequeñas
no polares como el oxígeno y el dióxido de carbono son solubles en la bicapa lipídica
y por tanto pueden cruzar fácilmente las membranas celulares. Las moléculas
polares pequeñas no cargadas, como el agua, también pueden difundir a través de
las membranas, pero moléculas no cargadas mayores, como la glucosa, no pueden. Las
moléculas cargadas como los iones son incapaces de difundir a través de una
bicapa de fosfolípidos independientemente de su tamaño.
Las moléculas
pasan a través de las membranas gracias a la actuación de proteínas específicas
trans-membrana, que actúan como transportadores, estas proteínas de transporte
determinan la permeabilidad selectiva de las membranas celulares y de este modo
desempeñan un papel crucial en la función de la membrana. Contiene múltiples
regiones que atraviesan la membrana formando un conducto a través de la bicapa lipídica,
permitiendo que moléculas polares o cargadas atraviesen la membrana por un poro
proteínico sin interaccionar con las cadenas hidrófobas de ácidos grasos de los
fosfolípidos de membrana.
Hay dos tipos de proteínas
de transporte de membrana: los canales proteínicos forman poros abiertos a través
de la membrana, permitiendo libremente el paso de cualquier molécula del tamaño
adecuado. Los canales iónicos, permiten el paso de iones inorgánicos como
(sodio, potasio, calcio, cloro) a través de la membrana plasmática. Los poros
formados por estos canales proteínicos no están permanente abiertos, más bien
pueden ser abiertos o cerrados selectiva-mente en respuesta a señales extra-celulares, permitiendo a la célula controlar el movimiento de iones a través
de la membrana. En contraste con los canales proteínicos, las proteínas
transportadoras unen y transportan selectiva-mente moléculas pequeñas específicas,
como la glucosa. En vez de formar canales abiertos, las proteínas de transporte
actúan como enzimas para facilitar el paso de moléculas específicas a través
de las membranas. En particular, las proteínas de transporte unen moléculas específicas
y después experimentan cambios conformacionales que abren canales a través de
los cuales la molécula que será transportada puede pasar a través de la
membrana y ser liberada en el otro lado.
Ilustración 4. Mecanismo de transporte de sustancias
El proceso de transporte es importante para la célula porque le permite
expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes,
gracias a la capacidad de la membrana celular de permitir el paso o salida de
manera selectiva de algunas sustancias. Las vías de transporte a través de la
membrana celular y los mecanismos básicos para las moléculas de pequeño tamaño son:
TRANSPORTE PASIVO
Se define como el movimiento libre de moléculas a través de
la membrana a favor de un gradiente de concentración. Este transporte se
produce por difusión pasiva y se produce de dos maneras:
- Por disolución en la capa lipídica (sustancias lipo-solubles).
- Por los poros polares de la membrana (sustancias hidro-solubles).
Ósmosis:
La ósmosis es un 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 menor
concentración a uno de mayor para igualar concentraciones. De acuerdo al medio
en que se encuentre una célula, la ósmosis varía. La función de la ósmosis es
mantener hidratada a la membrana celular. Dicho proceso no requiere gasto de energía. En otras palabras la ósmosis u ósmosis es un fenómeno consistente en
el paso del solvente de una disolución desde una zona de baja concentración de
soluto a una de alta concentración del soluto, separadas por una membrana
semipermeable.
TRANSPORTE ACTIVO
En transporte activo se realiza a expensas de un gradiente
de H+ (potencial electroquímico de protones) previamente creado a ambos lados
de la membrana, por procesos de respiración y fotosíntesis; por hidrólisis de
ATP mediante ATP hidrolasas de membrana. El transporte activo varía la
concentración intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmótico de
rebalanceo por hidratación. Los sistemas de transporte activo son los más
abundantes entre las bacterias, y se han seleccionado evolutivamente debido a
que en sus medios naturales la mayoría de los procariotas se encuentran de forma
permanente o transitoria con una baja concentración de nutrientes. Los sistemas
de transporte activo están basados en permeasas específicas e inducibles. El
modo en que se acopla la energía metabólica con el transporte del soluto aún no
está dilucidado, pero en general se maneja la hipótesis de que las permeasas,
una vez captado el sustrato con gran afinidad, experimentan un cambio
conformacional dependiente de energía que les hace perder dicha afinidad, lo
que supone la liberación de la sustancia al interior celular. El transporte
activo de moléculas a través de la membrana celular se realiza en dirección
ascendente o en contra de un gradiente de concentración (Gradiente químico) 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. Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el
aporte de energía procedente del ATP. Las proteínas portadoras del transporte
activo poseen actividad ATPasa, que significa que pueden escindir el ATP
(Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con
liberación de energía de los enlaces fosfato de alta energía. Comúnmente se
observan tres tipos de transportadores: Uniportadores: son proteínas que
transportan una molécula en un solo sentido a través de la membrana.
Antiportadores: incluyen proteínas que transportan una sustancia en un sentido
mientras que simultáneamente transportan otra en sentido opuesto.
Simportadores: son proteínas que transportan una sustancia junto con otra,
frecuentemente un protón (H+).
Como ejemplo de transporte activo, en la célula existe un
mecanismo conocido como bomba de Na+ -K+ que mantiene las concentraciones
adecuadas de sodio y potasio en la célula, en contra de su gradiente de
concentración y/o eléctrico. Este mecanismo de transporte es muy importante
para el correcto funcionamiento celular, ya que permite regular las
concentraciones de iones en la célula, la carga eléctrica y el mantenimiento
del potencial de la membrana, entre otros aspectos.
Exocitosis:
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.
También interviene la exocitosis en la secreción de un neurotransmisor a la
brecha sináptica, para posibilitar la propagación del impulso nervioso entre
neuronas. La secreción química desencadena una despolarización del potencial de
membrana, desde el axón de la célula emisora hacia la dendrita (u otra parte)
de la célula receptora. Este neurotransmisor será luego recuperado por
endocitosis para ser reutilizado. Sin este proceso, se produciría un fracaso en
la transmisión del impulso nervioso entre neuronas. Este proceso, hace parte de
la formación de Estalagmitas
ENDOCITOSIS
La endocitosis es el proceso celular, por el que la célula
mueve hacia su interior moléculas grandes o partículas, englobándolas en una
invaginación de su membrana citoplasmática, formando una vesícula que luego se
desprende de la pared celular y se incorpora al citoplasma. Esta vesícula,
llamada endosoma, luego se fusiona con un lisosoma que realizará la digestión
del contenido vesicular. Existen dos procesos:
- Pinocitosis:
- Fagocitosis:
Endocitosis mediada por receptor o ligando: es
de tipo específica, captura macromoléculas específicas del ambiente, fijándose
a través de proteínas ubicadas en la membrana plasmática (especificas). Una vez
que se unen a dicho receptor, forman las vesículas y las transportan al
interior de la célula. La endocitosis mediada por receptor resulta ser un
proceso rápido y eficiente.
Video 1.Mecanismo de transporte Activo y Pasivo
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