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TRANSPORTE CELULAR
TRANSPORTE CELULAR Biología Celular y Molecular
PRESENTADO POR:
CINDY IBAÑEZ
YUZEYMA MANZANÉ
SALLY VARGAS
TAYSHELL RIVERA
JAISON LOMBARDO
ORLANDO SÁNCHEZ
Universidad Latina de Panamá
Facultad de Ciencias de la Salud
Dr. William C. Gorgas
Sede Santiago
TRANSPORTE CELULAR
1 23 de abril de 2015
INDICE GENERAL
INTRODUCCIÓN
LA MEMBRANA PLASMÁTICA
Composición química de la membrana
Fosfolípidos
Glucocálix
Proteínas
Proteínas integrales o intrínsecas
Proteínas periféricas
Colesterol.
FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA
ENFERMEDADES ASOCIADAS A LA MEMBRANA CELULAR
Enfermedad de la membrana hialina
Enfermedad de Alzheimer
Fibrosis quística
TRANSPORTE PASIVO
Difusión simple
Difusión facilitada
Canales iónicos.
Transportadores
Osmosis
Ósmosis en una célula animal.
Ósmosis en una célula vegetal
Ultrafiltración o Diálisis:
TRANSPORTE ACTIVO
Uniportadores
Antiportadores:
TRANSPORTE CELULAR
2 23 de abril de 2015
TRASPORTE ACTIVO PRIMARIO
Las neuronas en reposo: el potencial de membrana
La neurona se activa: el potencial de acción
Potencial de acción y transmisión del impulso nervioso
TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO: COTRANSPORTE Y
CONTRATRANSPORTE
Cotransporte Na+/glucosa
Endocitosis: transporte de macromoléculas
Fagocitosis
Pinocitosis
Endocitosis mediada por receptor
Exocitosis: transporte de macromoléculas
EL TRANSPORTE CELULAR DEPENDE DE DOS CARACTERÍSTICAS DE LA
MEMBRANA
Especificidad.
Direccionalidad.
GLOSARIO
CONCLUSIÓN
BIBLIOGRAFÍA
TRANSPORTE CELULAR
3 23 de abril de 2015
INTRODUCCIÓN
El límite entre el interior de la célula y el medio que la rodea es una estructura
denominada membrana citoplasmática. Está compuesta por dos capas de
fosfolípidos que forman un medio de control entre el exterior y el interior de la célula.
Esta doble capa tiene un interior hidrófobo y un exterior hidrofílico.
La membrana citoplasmática sirve también para separar el medio interno, dividir el
espacio interior en compartimentos celulares, regular el tráfico molecular, conservar
la energía e intervenir en la comunicación intercelular. Esta actividad se va a enfocar
en la función de regulación del pasaje de sustancias, es decir, del trasporte a través
de una membrana.
Toda célula requiere del intercambio de sustancias con su medio exterior para
mantener un equilibrio que le permita su correcto funcionamiento. Este proceso de
movimiento constante de sustancias, en ambas direcciones de la membrana
plasmática, es conocido como transporte celular, proceso vital y selectivo controlado
por los componentes de la membrana, especialmente por sus proteínas.
TRANSPORTE CELULAR
4 23 de abril de 2015
LA MEMBRANA PLASMÁTICA
Todas las células están rodeadas por una fina lámina denominada membrana
plasmática, que está constituida por dos capas de fosfolípidos, formando una
bicapa lipídica con proteínas insertas total o parcialmente. Este modelo fue
propuesto por Singer y Nicholson en 1972 y se denomina mosaico fluido, ya que
tiene características de mosaico, al estar constituida por diversos componentes en
ambas caras de la bicapa, y de fluido, porque estos tienen movimiento.
Composición química de la membrana
La membrana plasmática es una estructura asimétrica, ya que sus componentes
tienen una organización diferente en la bicapa, o sea, la cara citoplasmática y la
extracelular de la membrana no son iguales en composición. Esta asimetría se
relaciona con las funciones de señalización y proporciona sitios de anclaje a
diversas moléculas y al cito esqueleto.
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5 23 de abril de 2015
Fosfolípidos
Son los principales componentes de la membrana y están constituidos por una
molécula de glicerol unida a dos ácidos grasos y a un grupo fosfato, los que se
disponen en una bicapa lipídica.
Son moléculas anfipáticas, pues tienen una región apolar hidrófoba que repele el
agua y una región polar hidrofílica con gran afinidad a ella. Por esto, en un entorno
acuoso, las cabezas hidrofílica de los fosfolípidos tienden a orientarse hacia fuera
de la bicapa, mientras que las colas hidrofóbicas hacia dentro, minimizando el
contacto con el agua.
La membrana es una estructura dinámica debido a que los fosfolípidos que la
forman están en constante movimiento, siendo los principales responsables de su
fluidez. El movimiento es fundamental para llevar a cabo los procesos de transporte
a través de la membrana, y ocurre de tres maneras:
Difusión lateral: los fosfolípidos se intercambian de lugar con sus vecinos en la
misma mono capa
Rotación: giran rápidamente sobre su eje.
Flip-flop: consiste en el movimiento de los fosfolípidos de una monocapa a la
otra por acción de una proteína llamada flipasa. Este movimiento es poco frecuente,
pues requiere gran gasto de energía.
Glucocálix
Se ubica en la cara externa de la membrana, es una capa formada por cadenas de
carbohidratos (oligosacáridos y polisacáridos) que se asocian a las proteínas y
fosfolípidos de la membrana, dando origen a glicoproteínas y glicolípidos,
respectivamente. Esta capa cumple funciones de reconocimiento entre las células.
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6 23 de abril de 2015
Proteínas
Según su ubicación en la bicapa, se distinguen dos tipos de proteínas: integrales y
periféricas.
Proteínas integrales o intrínsecas
También llamadas proteínas transmembrana, atraviesan completamente la bicapa
lipídica. En aquellas zonas que atraviesan la bicapa están formadas
mayoritariamente por aminoácidos hidrofóbicos y por aminoácidos hidrofilicos en las
zonas que "miran" hacia el medio extracelular y hacia el citosol.
Proteínas periféricas
Que no atraviesan la bicapa lipídica, solo se ubican en una de las capas de la
membrana la que "mira" hacia el medio extracelular o aquella que "mira" al
intracelular.
Las proteínas, al igual que los fosfolípidos, se mueven por difusión lateral, vale decir,
en el plano de la membrana plasmática, y por rotación, que ocurre alrededor del eje
perpendicular a la membrana.
También existen proteínas que se unen a la membrana plasmática por su
interacción son los fosfolípidos. Estas presentan menor capacidad de movimiento
que aquellas que están insertas en la bicapa.
Colesterol. También forma parte de la membrana plasmática) alcanzando un 20%
de los lípidos presentes en la bicapa de las células animales. Esta molécula se
dispone en forma intercalada entre los fosfolípidos proporcionando estabilidad, pues
de esta forma disminuye la fluidez de la membrana y la hace menos deformable, y
a su vez reduce su permeabilidad y por tanto limita su capacidad de transportar
sustancias. Las células vegetales carecen de colesterol; sin embargo, cuentan con
otro tipo de esteroles.
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La membrana plasmática actúa como límite celular separando el medio interno del
externo y así mantener el medio interno con una composición diferente y constante.
Tanto lípidos como proteínas le confieren a la membrana la propiedad de
selectividad, que le permite expulsar desde su interior los desechos del
metabolismo, incorporar nutrientes del líquido extracelular e intercambiar iones
necesarios para mantener las diferentes funciones de cada célula, tales como la
contracción muscular, la liberación de vesículas de secreción (neurotransmisores y
hormonas), entre muchas otras.
Los fosfolípidos que forman la bicapa le otorgan fluidez a la membrana y esta
propiedad depende de la proporción de ácidos grasos insaturados presentes en
estas moléculas; mientras más ácidos grasos insaturados, mayor será su fluidez,
puesto que las moléculas de este tipo de ácidos grasos presentan quiebres o
flexiones que impiden que las moléculas se aproximen otorgándole mayor
movilidad. Además, los ácidos grasos insaturados tienen un punto de fusión inferior
al de los ácidos grasos saturados. Su presencia, en cantidad suficiente, en las
membranas biológicas, permite que el punto de fusión de la bicapa lipídica se
mantenga por debajo de la temperatura fisiológica.
Dada su constitución principalmente lipídica, la bicapa solo es permeable a
sustancias hidrofóbicas, siendo impermeable a iones y a sustancias de mayor
tamaño con o sin carga, como carbohidratos y aminoácidos. Estas últimas
atraviesan la membrana celular a través de su interacción con proteínas integrales
que componen la bicapa. Es por esta razón que la membrana es semipermeable,
es decir, permite el paso preferencial de ciertas sustancias presentes en el medio
extracelular frente a otras.
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TRANSPORTE CELULAR
9 23 de abril de 2015
FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA
La célula mantiene su ambiente interno constante gracias a la presencia de una
membrana semipermeable que le permite, por un lado, mantener en su interior
aquellas sustancias necesarias para el óptimo funcionamiento celular y facilitar el
ingreso de moléculas esenciales (glucosa, aminoácidos y lípidos) para llevar a cabo
el metabolismo, y por otro, expulsar los desechos metabólicos.
De esta manera, una de las principales funciones de la membrana plasmática es
regular el intercambio de sustancias entre la célula y su entorno, actuando como
una barrera semipermeable, permitiendo el paso de algunas moléculas y
manteniendo la mayor parte de sus productos en su interior. Además, regula el paso
de sustancias entre el citoplasma y el interior de los diferentes organelos
membranosos.
Dado que es el límite celular, la membrana adquiere funciones de protección, siendo
una barrera a la que se enfrentan sustancias nocivas y organismos patógenos.
Asimismo, la membrana es la responsable de la relación y comunicación con sus
células vecinas, pues contiene receptores (principalmente proteínas) que reconocen
señales de determinadas moléculas y transmiten esta información al citoplasma
hasta llegar al núcleo.
Junto con el cito esqueleto y la matriz extracelular, la membrana plasmática
determina la forma de la célula, pues provee de sitios de anclaje para los filamentos
del cito esqueleto o los componentes de la matriz extracelular, permitiendo, entre
otras cosas, el mantenimiento de la forma celular.
El transporte pasivo es un movimiento aleatorio de las moléculas a través de los
espacios de la membrana o en combinación con proteínas transportadoras, durante
el cual no hay gasto de energía (ATP), debido a que estas moléculas se mueven a
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favor del gradiente de concentración o a favor del gradiente electroquímico, es decir,
de mayor a menor concentración o de mayor a menor carga eléctrica.
Se distinguen tres tipos de transporte pasivo: difusión simple, difusión facilitada y
osmosis.
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11 23 de abril de 2015
ENFERMEDADES ASOCIADAS A LA MEMBRANA CELULAR
Las enfermedades de la membrana celular son trastornos de naturaleza genética
que implican riesgo de vida y, por lo general, atacan a proteínas de nuestro
organismo que son clave para los canales iónicos y a varios receptores dentro de la
membrana misma. Estas enfermedades afectan las funciones normales de las
células o, simplemente, a la membrana celular. Muchos de estos problemas tienen
también otros componentes.
Enfermedad de la membrana hialina
Comúnmente asociada con los infartos prematuros, la enfermedad de la membrana
hialina afecta los pulmones en el momento del nacimiento causando dificultades
respiratorias. Como resultado, después del nacimiento, estos requieren el
intercambio de un nivel normal de oxígeno y dióxido de carbono.
Enfermedad de Alzheimer
El estrés oxidativo provocado en el cerebro por la enfermedad de Alzheimer da
como resultado altercados fosfolípidos. Estos últimos son un componente clave de
las membranas de nuestras células. Estos altercados comprometen la membrana
celular, perturbando de esta manera la función de las células cerebrales.
FIBROSIS QUÍSTICA
La fibrosis quística es una enfermedad que acarrea un exceso de producción del
fluido de los pulmones debido a un defecto en el canal Cl-ión. Este canal contiene
una proteína que es importante para las membranas celulares de los pulmones y
controla el nivel de fluidos y de mucosidad dentro de ellos. Cuando el canal muta
hacia la fibrosis quística, se acumula mucosidad que hace muy difícil la respiración.
La proteína sintetizada a partir del gen CFTR se une a la membrana externa de las
células en las glándulas sudoríparas, Pulmón, Páncreas, y otros órganos afectados.
La proteína atraviesa esta membrana y actúa como un canal iónico conectando la
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parte interna de la célula (citoplasma) con el fluido extracelular. Este canal es
mayormente responsable de controlar el paso de cloruro hacia (y desde) el medio
interno. Cuando la proteína CFTR no funciona correctamente, este movimiento se
ve restringido, reteniéndose cloruro en el espacio extracelular. Debido a que el
cloruro tiene carga eléctrica negativa, los iones con carga positiva tampoco podrán
cruzar la membrana citoplasmática, a causa de la atracción electrostática ejercida
por los iones cloruro. El sodio es el más común entre los iones presentes fuera de
la célula, y la combinación de sodio y cloruro da lugar al cloruro de sodio, el cual se
pierde en grandes cantidades en el sudor de los individuos con FQ.
El mecanismo por el cual esta disfunción celular produce las manifestaciones
clínicas antes descritas no se conoce con exactitud. Una de las teorías que intenta
explicarlo, sugiere que la falla de la proteína CFTR para transportar el cloruro,
determina la acumulación de abundante moco en los pulmones, creando un medio
propicio (rico en nutrientes) para las bacterias, que logran así eludir al sistema
inmunitario. También se postula que esta anomalía en la proteína CFTR induce un
aumento paradójico en la captura de sodio y cloruro, lo que estimula la reabsorción
de agua, y resulta en la formación de la mucosidad deshidratada y espesa. Otras
teorías se enfocan en el fenómeno del movimiento de cloruro hacia el exterior de la
célula, que también provoca desecamiento del moco y de las secreciones
pancreáticas y biliares. En general, estas hipótesis coinciden en atribuir los mayores
trastornos a la obstrucción de los conductos más delgados por las secreciones
espesas y glutinosas en los distintos órganos afectados. Esta situación condiciona
la infección crónica y promueve la remodelación estructural del pulmón, además de
producir daño pancreático (mediado por las enzimas digestivas aglomeradas), y
obstrucción de los intestinos por grandes bolos fecales.
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13 23 de abril de 2015
TRANSPORTE PASIVO
El transporte pasivo permite el paso de moléculas a través de la membrana
plasmática cuando la célula gasta energía, debido a que va a favor del gradiente de
concentración o del gradiente de carga eléctrica. El transporte de sustancias se
realiza mediante la bicapa lipídica o los canales iónicos, e incluso por medio de
proteínas integrales. Hay cuatro mecanismos de transporte pasivo:
Difusión simple
Algunas moléculas pequeñas y sin carga eléctrica atraviesan la bicapa lipídica a
favor del gradiente de concentración. Por ejemplo, O2, N2, CO2, alcohol (etanol),
urea, entre otras. La difusión finaliza cuando se igualan las concentraciones en
ambos compartimentos. Por ejemplo, si aplicas desodorante ambiental en aerosol
en un sector de la sala, al cabo de un tiempo notarás que en toda la sala se puede
sentir su aroma. Esto ocurre debido a que hubo un movimiento específico y
direccional del compuesto gaseoso hasta que logró un equilibrio. En las células
ocurre un proceso similar, pero en ellas la difusión se produce a través de la
membrana plasmática.
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14 23 de abril de 2015
Difusión facilitada
Las moléculas que no pueden atravesar directa y libremente la bicapa lipídica, a
pesar de que su gradiente de concentración es favorable, son transportadas a través
de proteínas transmembrana. Gracias a este proceso, moléculas hidrofilicas, iones,
aminoácidos, glucosa, entre muchas otras, traspasan la membrana plasmática de
un lado a otro.
Las proteínas transportadoras se encuentran en la membrana plasmática y en la
membrana de los organelos. Estas pueden ser de dos tipos:
Canales iónicos. Están constituidos por proteínas que forman canales o poros a
través de las bicapas lipídicas y por ellas se transportan iones, como el sodio (Na+),
cloruro (CI-), potasio (K+), entre otros. Los canales iónicos no son orificios en la
membrana plasmática, son proteínas que modifican su permeabilidad. Por ejemplo,
para que se genere el impulso nervioso, se requiere la modificación transitoria de la
permeabilidad de la membrana plasmática. Para ello, es necesario que se abran los
canales de Na+ y que ingrese este ion al medio intracelular.
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15 23 de abril de 2015
Transportadores
Estas proteínas también son llamadas carrier, que en español significa
transportador. Para poder llevar a cabo el transporte, estas proteínas experimentan
un cambio conformacional, es decir, la proteína cambia su forma. Esta modificación
de su estructura hace que la velocidad de transporte sea menor al del canal iónico.
Osmosis
Es un caso especial de difusión simple por el cual se transportan moléculas de agua,
a través de una membrana, desde una zona de menor concentración de solutos a
otra de mayor concentración. De esta manera se genera una distribución diferente
de los volúmenes de agua a ambos lados de la membrana.
El agua atraviesa la membrana mediante proteínas transmembrana, llamadas
genéricamente acuaporinas, por donde el agua ingresa o sale de la célula. Sin
embargo, debido a que la molécula de agua es polar y de pequeño tamaño, este
movimiento se realiza también mediante los espacios que quedan entre los
fosfolípidos de la bicapa producto de su movimiento y el de las proteínas.
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16 23 de abril de 2015
Cuando una membrana es impermeable a un soluto, o sea, el soluto no puede
atravesar la membrana, las concentraciones de ambos ambientes se igualan por
medio de la difusión de agua; en otras palabras, por osmosis. En el citoplasma de
todas las células el agua es el principal solvente que disuelve sales, azúcares y
otras sustancias.
Las células pueden entrar en contacto con soluciones de concentraciones
diferentes, vale decir, diferentes en la composición de solutos respecto al solvente.
De acuerdo a esto, se pueden dar tres tipos de soluciones:
Solución isotónica: la concentración de solutos está en equilibrio con el
interior de la célula.
Solución hipotónica: presenta menor concentración de solutos que el
interior de la célula.
Solución hipertónica: es aquella que presenta mayor concentración de
solutos que el interior de la célula.
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17 23 de abril de 2015
ÓSMOSIS EN UNA CÉLULA ANIMAL
En un medio (isotónico), hay un equilibrio dinámico es decir, el paso
constante de agua.
En un medio (hipotónico), la célula absorbe agua hinchándose y hasta el
punto en que puede estallar dando origen a la citólisis.
En un medio (hipertónico), la célula pierde agua, se arruga llegando a
deshidratarse y se muere, esto se llama crenación.
ÓSMOSIS EN UNA CÉLULA VEGETAL
En un medio hipertónico, la célula elimina agua y el volumen de la vacuola
disminuye, produciendo que la membrana plasmática se despegue de la
pared celular, ocurriendo la plasmólisis
En un medio isotónico, existe un equilibrio dinámico.
En un medio hipotónico, la célula toma agua y sus vacuolas se llenan
aumentando la presión de turgencia, dando lugar a la turgencia.
Ultrafiltración o Diálisis:
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. Esta presión hace que el agua y algunas moléculas pequeñas (como la
urea, la creatinina, sales, etcétera) pasen a través de las membranas de los
capilares microscópicos de los glomérulos para ser eliminadas en la orina. Las
proteínas y grandes moléculas como hormonas, vitaminas, etc., no pasan a través
de las membranas de los capilares y son retenidas en la sangre
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18 23 de abril de 2015
TRANSPORTE ACTIVO
El transporte activo es un mecanismo celular por medio del cual algunas moléculas
atraviesan la membrana celular contra un gradiente de concentración, es decir,
desde una zona de baja concentración a otra de alta concentración con el
consecuente gasto de energía. Los ejemplos típicos son la bomba de sodio-potasio,
la bomba de calcio o simplemente el transporte de glucosa.
En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un
gradiente de H+ (potencial electro-químico 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 re-
balanceo 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 procariontes 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
transformacional 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 electro-químico),
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
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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+).
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20 23 de abril de 2015
TRASPORTE ACTIVO PRIMARIO
A las proteínas transportadoras que hidrolizan ATP se les denomina "bombas".
Estas proteínas transportan solutos en contra del gradiente de concentración, por
ello requieren la energía aportada por la molécula de ATP. Uno de los
transportadores más importantes de este tipo es la bomba sodio – potasio, o bomba
Na+-K+ ATPasa, que está presente en todas las células animales.
Esta bomba permite mantener las concentraciones de sodio y de potasio
relativamente constantes en el medio intracelular y el extracelular, bombeando
sodio hacia el exterior y potasio hacia el interior de la célula, mediante un cambio
conformacional que experimenta la proteína transportadora. Analicemos cómo
funciona esta bomba.
El transportador presenta sitios específicos de unión al Na+, donde se adhieren
tres iones Na+ ubicado en la cara citosólica. En otra zona de la proteína, se
hidroliza la molécula de ATP para producir la fosforilación -la unión de un grupo
fosfato- en la proteína transportadora y provocar el cambio- conformacional de
esta.
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21 23 de abril de 2015
Tras el cambio conformacional, los iones Na+ son liberados en el medio extracelular
y dos iones K+ se unen a sitios específicos en la proteína transportadora, que
quedaron expuestos luego del cambio de conformación experimentado.
Luego, ocurre la desfosforilación de la proteína, es decir, libera el grupo fosfato,
permitiéndole recuperar su conformación original. En consecuencia, el K+ es
liberado hacia el citosol y así el ciclo puede volver a repetirse.
El funcionamiento de esta bomba es fundamental para la contracción muscular, el
potencial de acción en el impulso nervioso y, fundamentalmente, para la mantención
del gradiente de concentración entre los iones Na+y K+
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22 23 de abril de 2015
LAS NEURONAS EN REPOSO: EL POTENCIAL DE MEMBRANA
La membrana celular de toda neurona
gasta gran cantidad de energía, ya que se
encuentra permanentemente expulsando
iones de sodio (Na+) hacia fuera de la
célula.
Al mismo tiempo, promueve la entrada de
iones Potasio (K+). Este proceso es un
mecanismo de transporte activo conocido
con el nombre de bomba de sodio-
potasio.
El funcionamiento de esta bomba genera las condiciones necesarias para que la
neurona funcione: gran cantidad de iones sodio que quedan fuera de la membrana
que no pueden volver a entrar porque la membrana es impermeable a ellos.
No pasa lo mismo con los iones potasio: si bien la membrana los bombea hacia
adentro, como es permeable a ellos, una parte difunde nuevamente hacia fuera.
La consecuencia de la bomba sodio- potasio es una mayor concentración de iones
positivos del lado externo de la membrana. Por lo tanto, la distribución de cargas
eléctricas resulta desigual a ambos lados de la membrana:
El exterior es electropositivo.
Comparativamente, el interior es electronegativo.
Esta distribución de cargas eléctricas se llama potencial de membrana en reposo
pues es propio de una neurona que aún no se ha activado pero potencialmente
puede hacerlo.
TRANSPORTE CELULAR
23 23 de abril de 2015
Para que cualquier neurona trabaje es indispensable que presente electro
positividad externa y electronegatividad interna. Esta es la vital función de la bomba
sodio-potasio.
Si esta condición se altera, puede ocurrir la muerte, como sucede por ejemplo, en
la electrocución.
La neurona se activa: el potencial de acción
Supongamos que en el entorno se
genera un cambio de cierta
intensidad. Este cambio produce
modificaciones en la configuración
de la membrana neuronal,
estableciendo en ella “canales” por
los que gran cantidad de iones sodio
penetran al interior, siguiendo su
gradiente de concentración (de
donde están más concentrados a
donde están menos concentrados).
EL ingreso de sodio provoca la
inversión del potencial de
membrana: Allí donde el sodio ha
entrado, predominan las cargas
positivas mientras que el lado
externo se ha vuelto negativo.
La inversión del potencial de membrana se conoce como despolarización, pues
altera la polaridad normal de la célula.
TRANSPORTE CELULAR
24 23 de abril de 2015
Esta zona que está ahora despolarizada, genera un potencial de acción que no se
detendrá, pues los iones positivos se desplazan a lo largo de la neurona, hacia
zonas donde aún existe predominio de iones negativos.
El flujo de los iones positivos de sodio hacia zonas aún polarizadas o en reposo,
hace que en ellas también se invierta la polaridad; como consecuencia, allí también
se genera un potencial de acción.
El avance imparable de la despolarización, podría compararse con el conocido
“efecto dominó”: una vez provocada la alteración en un lugar, ésta no se detiene.
La propagación del potencial de acción a lo largo de la neurona es lo que llamamos
impulso nervioso. Mientras éste avanza, la sobrecarga interna de iones positivos,
repele a los iones potasio, que se difunden hacia fuera.
La salida de potasio restablece la polaridad original: la membrana vuelve a tener
electro positividad afuera y electronegatividad interna. Ha ocurrido la repolarización.
El tiempo que tarda en re polarizarse se conoce como período refractario: en este
lapso, la neurona es incapaz de excitarse ante ningún estímulo.
Finalmente, una vez re polarizada, las proteínas integrales de membrana se ponen
en acción una vez más: a través de la bomba sodio- potasio, expulsan activamente
el sodio y recapturan el potasio. Se ha restaurado así por completo, la situación
inicial.
El sodio (Na+) y el potasio (K+) son iones extremadamente importantes: el equilibrio
entre ellos permite la transmisión de los impulsos nerviosos y el transporte de
nutrientes al interior de la célula para obtener energía y poder realizar, además de
funciones biológicas, contracciones musculares para realizar ejercicio.
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25 23 de abril de 2015
POTENCIAL DE ACCIÓN Y TRANSMISIÓN DEL IMPULSO NERVIOSO
Ha de producirse una estimulación suficiente (potencial de acción = entre 15 y 20
mV) procedente del sistema nervioso central para que el proceso de transmisión del
impulso nervioso entre células nerviosas y hacia la fibra muscular sea satisfactorio.
Normalmente, hay más sodio en el interior de una célula nerviosa que en el exterior,
y más potasio en el exterior que en el interior. Cuando el estímulo es óptimo, se
activa un proceso por el que los iones Na+ pasan al interior de la célula y los iones
potasio (K+) se desplazan hacia el área exterior, con el consecuente gasto de
energía (se consume ATP). Esto ocurre en cada célula nerviosa hasta completar el
circuito que lleva el impulso al conjunto de músculos concretos que queremos
contraer, ya sea concéntrica, excéntrica o isométricamente.
Una vez esto ocurre en cada célula, el sodio y el potasio deben volver de manera
natural a su entorno habitual. En este proceso “de vuelta”, se utiliza el gradiente de
concentración para ayudar a otras sustancias (carbohidratos principalmente,
aunque también aminoácidos) a entrar en la célula y aportarles energía para crear
ATP (re síntesis) y poder seguir con su función.
TRANSPORTE CELULAR
26 23 de abril de 2015
A medida que progresa el ejercicio, la acumulación de potasio en el medio externo
se hace evidente, al igual que la pérdida de iones sodio por el sudor, lo que
disminuye la excitabilidad celular y provoca fatiga. Ello es debido a una menor
eficacia de la bomba de sodio-potasio, las contracciones repetidas y a la
degradación del glucógeno (continua re síntesis de ATP, que se va agotando).
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27 23 de abril de 2015
TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO: COTRANSPORTE Y
CONTRATRANSPORTE
Un tipo de transporte activo muy común es aquel que se realiza cotransportando o
contratransportando un soluto que va en contra del gradiente de concentración con
otro soluto a favor de su gradiente de concentración. Uno de los ejemplos clásicos
es el cotransporte de Na+/glucosa y el contratransporte o intercambiador de
Na+/Ca2+.
Cotransporte Na+/glucosa
En las células epiteliales del intestino existe una proteína transportadora que
introduce en la célula sodio, a favor del gradiente de concentración, y glucosa, en
contra del gradiente de concentración. Este mecanismo también ocurre como
consecuencia de un cambio conformacional de la proteína transportadora, pero no
requiere para ello el aporte energético de ATP, y se le denomina cotransporte de
Na+/glucosa, dado que las dos sustancias transportadas tienen la misma dirección
de transporte, es decir, las dos entran a la célula.
Otro ejemplo de este mecanismo es el cotransportador H+/Iactosa. La bacteria
Escheríchía colí establece un gradiente de protones (H+) entre ambos lados de la
membrana utilizando energía para bombear protones hacia el exterior de la célula.
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Luego, estos protones se acoplan a la lactosa, azúcar que sirve de nutriente al
microorganismo. La energía del protón moviéndose a favor de su gradiente de
concentración sirve para transportar la lactosa hacia el interior de la célula. Esta
bacteria utiliza este tipo de mecanismo para transportar otros azúcares, tales como
ribosa y arabinosa, así como también numerosos aminoácidos.
Contratransporte Na+/Ca+2
En muchas células existe una proteína transportadora que introduce sodio en la
célula a favor del gradiente de concentración y extrae calcio en contra, esta se
denomina intercambiador Na+/Ca+2. Al mecanismo por el cual se transportan dos
sustancias en distinta dirección respecto de la célula se le denomina
contratransporte.
Dado que en el medio extracelular la concentración de Na+ es alta, este catión tiende
a ingresar a la célula, y debido a que la concentración de Ca+2 en el interior celular
es menor respecto al exterior, el Ca+2 requiere acoplarse al Na+ para poder ser
transportado.
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ENDOCITOSIS: TRANSPORTE DE MACROMOLÉCULAS
La Endocitosis. Es el proceso mediante el cual se incorporan sustancias a la célula.
De esta manera, las sustancias son transportadas al interior celular a través de
pequeñas depresiones de la membrana plasmática, que llevan a la formación de
una vesícula endocítica. Se distinguen tres tipos de endocitosis:
Fagocitosis
Durante este proceso, la célula genera proyecciones de la membrana y del
citoplasma llamadas pseudópodos, que rodean a una partícula sólida. Una vez
rodeada, los pseudópodos se fusionan formando una vesícula alrededor de la
partícula llamada vesícula endosómica, la que al fusionarse con lisosomas forma la
vesícula fagosómica. Estas vesículas alcanzan un tamaño mayor de 150 nm de
diámetro y en su interior contienen restos celulares, microorganismos o partículas
de gran tamaño. El material sólido al interior de la vesícula es digerido por las
enzimas lisosomales. Los glóbulos blancos son el principal ejemplo de células que
fagocitan bacterias y otras sustancias extrañas, proceso que forma parte del
mecanismo de defensa del organismo.
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Pinocitosis
En este proceso, la sustancia transportada es un fluido de líquido extracelular. En
este caso, no se forman pseudopodos, sino que la membrana se repliega o se
invagina creando una vesícula pinocítica, con un diámetro menor a 150 nm. Una
vez que el contenido de la vesícula ha sido procesado por parte de la célula, la
membrana que compone la vesícula retoma a la superficie de la célula. De este
modo, hay un tránsito constante de membranas entre la superficie de la célula y su
interior.
Endocitosis mediada por receptor
Este proceso es similar a la pinocitosis; sin embargo, presenta algunas diferencias.
En este proceso, la invaginación de la membrana tiene lugar cuando una molécula
determinada, llamada ligando, se une a un receptor ubicado en la membrana, vale
decir, a una proteína específica que reconoce a un ligando específico, existente en
la membrana.
Una vez formada la vesícula endocítica, esta se une a otras vesículas para formar
una estructura mayor llamada endosoma. Dentro del endosoma se produce la
separación del ligando y del receptor. De esta forma, los receptores son liberados y
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devueltos a la membrana, mientras que el ligando se fusiona con un lisosoma,
siendo digerido por las enzimas de este último.
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EXOCITOSIS: TRANSPORTE DE MACROMOLÉCULAS
La Exocitosis consiste en el transporte de moléculas que están empaquetadas en
vesículas, desde el interior celular hacia el medio extracelular. La membrana de la
vesícula, también llamada vesícula secretora, se fusiona con la membrana
plasmática, liberando su contenido al medio extracelular, Mediante este mecanismo,
las células liberan hormonas, como la insulina, enzimas digestivas y
neurotransmisoras. Estos últimos son fundamentales para llevar a cabo la
transmisión del impulso nervioso.
El proceso de exocitosis se puede desencadenar bajo dos situaciones:
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1. 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. Mediante producción de vesículas que son liberadas frente a un
estímulo específico, como es el caso de enzimas digestivas,
neurotransmisores y hormonas
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EL TRANSPORTE CELULAR DEPENDE DE DOS CARACTERÍSTICAS DE LA
MEMBRANA:
Especificidad. A la célula ingresan solamente las sustancias necesarias para su
óptimo funcionamiento y salen de ella los desechos metabólicos o sustancias de
secreción. Si en una célula el transporte no fuera específico, estaría destinada a
morir, pues no ingresarían las sustancias esenciales para su funcionamiento, o bien
en la célula permanecerían los desechos.
Direccionalidad. Corresponde al sentido en que se mueven las moléculas en el
proceso de transporte. Por ejemplo, el calcio (Ca+2) es el principal ion involucrado
en la contracción cardíaca. En el medio extracelular de los cardiomiocitos, existe
una gran concentración de Ca+2. Cada vez que el corazón se contrae, este ion debe
ingresar desde el medio extracelular hacia el citoplasma, donde la concentración de
Ca+2 es menor, y salir de los depósitos intracelulares (principalmente del retículo
endoplasmático); ambos flujos aumenta la concentración de Ca+2 intracelular
permitiendo la contracción. Si esto no ocurriese, nuestro corazón dejaría de latir.
Por lo tanto, la direccionalidad del transporte es de vital importancia.
La composición iónica del medio intra y extracelular difiere en forma significativa
cuando una célula se encuentra en reposo. El medio extracelular presenta una
mayor concentración de Na+, Ca+2 y CI-, comparado con el medio intracelular, que
presenta mayor concentración de K+. La diferencia en la concentración de moléculas
o iones, a un lado u otro de la membrana, se denomina gradiente de concentración.
El gradiente es una diferencia física que favorece el transporte de moléculas de una
zona a otra.
Cuando los iones se mueven a través de la membrana, su transporte depende del
gradiente de concentración y además del gradiente electroquímico, vale decir, a la
diferencia de carga eléctrica debida a la desigualdad de iones entre ambos lados de
la membrana.
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GLOSARIO
• Carbohidratos:
Los carbohidratos o hidratos de carbono o también llamados azúcares son los
compuestos orgánicos más abundantes y a su vez los más diversos. Están
integrados por carbono, hidrógeno y oxígeno.
• Difusión:
Es un proceso físico irreversible, en el que partículas materiales se introducen en
un medio que inicialmente estaba ausente, aumentando la entropía del sistema
conjunto formado por las partículas difundidas o soluto y el medio donde se difunden
o disuelven.
• Fosfolípidos:
Un fosfolípido está construido de un glicerol, un grupo fosfato y dos cadenas de
ácidos grasos (lípidos). Los fosfolípidos son los principales componentes de la
membrana celular, así como también lo son de la estructura liposomal.
• Glicolípidos:
Los glicolípidos son biomoléculas compuestas por un lípido y un grupo glucídico o
hidrato de carbono.
• Glucoproteínas:
Una glucoproteína es un compuesto que contiene carbohidratos unidos
covalentemente a una proteína.
• Integrales:
Una proteína integral de membrana es aquella que se halla embebida o atravesada
en la bicapa lipídica, y por tanto su separación implica la destrucción de la estructura
de membrana.
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• Modelo del mosaico fluido:
El modelo de mosaico fluido es el que describe la estructura de capas de la
membrana plasmática.
• Ósmosis:
Se define ósmosis como una difusión pasiva, caracterizada por el paso del agua,
disolvente, a través de la membrana semipermeable, desde la solución más diluida
a la más concentrada.
• Periféricas:
Una proteína periférica es aquella proteína de membrana que se encuentra unida a
esta mediante uniones no covalentes (débiles). Las proteínas periféricas se
encuentran tanto en el dominio extracitosólico de la membrana como en el dominio
citosólico, aunque mayoritariamente en este último.
• Plasmólisis:
En los vegetales, la semipermeabilidad de la membrana citoplasmática y la
permeabilidad de la pared celular originan, entre otros, el fenómeno de plasmólisis.
Se produce, ya que, el medio extracelular es hipertónicas; debido a esto, el agua
que hay dentro de la vacuola sale al medio hipertónico y la célula se deshidrata, ya
que, pierde el agua que la llenaba reduciendo así su tamaño.
• Proteínas: Son biomoléculas muy grandes, formadas por la unión de
monómeros llamados aminoácidos.
• Transmembranales:
Una proteína transmembranal es aquella proteína integral de membrana que
atraviesa la bicapa lipídica de la membrana celular, una vez (unipaso) o varias
(multipaso).
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• Transporte activo:
Este transporte ocurre en contra del gradiente de concentración y, por lo tanto, la
célula requiere de un aporte energético (en forma de ATP, molécula rica en energía).
En el transporte activo participan proteínas transportadoras, que reciben el nombre
de "bombas", y que se encuentran en la membrana celular, cuya función es permitir
el ingreso de la sustancia al interior o exterior de la célula.
• Transporte pasivo:
Se trata de un proceso que no requiere energía, pues las moléculas se desplazan
espontáneamente a través de la membrana a favor del gradiente de concentración,
es decir, desde una zona de alta concentración de solutos a otra zona de más baja
concentración de solutos. Aquellas moléculas pequeñas y sin carga eléctrica como
el oxigeno, dióxido de carbono y el alcohol difunden rápidamente a través de la
membrana mediante este mecanismo de transporte.
• Turgencia:
Determina el estado de rigidez de una célula, es el fenómeno por el cual las células
al absorber agua, se hinchan, ejerciendo presión contra las membranas celulares,
las cuales se ponen tensas.
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CONCLUSIÓN
El transporte es importante para la célula porque le permite expulsar de su interior
los desechos del metabolismo, también el movimiento de sustancias que sintetiza
como hormonas. Además es la forma en que adquiere nutrientes mediante procesos
de incorporación a la célula de nutrientes disueltos en el agua.
Las células transportan una variedad de materiales hacía, desde y dentro de sí
mismas; por necesidad, existen diferentes métodos que se usan para lograr esto.
En general, el transporte celular se divide en dos tipos: pasivo y activo. El transporte
pasivo significa simplemente que no se usa nada de la energía de la célula; el
transporte activo, en contraste, requiere el uso de la energía celular.
BIBLIOGRAFÍA
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Campbell, A. et al. (2001). Biología. Conceptos y relaciones. México: Pearson y
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Thomson editores
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