El
transporte celular es el intercambio de sustancias entre el interior celular y el exterior a través de la membrana plasmática.
Transporte a través de la membrana celular o plasmática
El proceso de transporte es importante para la célula porque le permite expulsar de su interior los desechos del metabolismo,
también sustancias que sintetiza como hormonas y además, es forma en
que adquiere nutrientes del medio externo, 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
Transporte simple de moléculas a través de la membrana plasmática,
durante el cual la célula no requiere usar energía, debido a que va a
favor del gradiente de concentración o del gradiente de carga eléctrica.
Hay tres tipos de transporte pasivo:
- Ósmosis: (transporte de moléculas de agua solvente) a través de la membrana plasmática a favor de su gradiente de concentración.
- Difusión simple: paso de sustancias a través de la membrana
plasmática como los gases respiratorios y el alcohol.(movimiento de
solutos)
- Difusión facilitada: transporte celular donde es necesaria la presencia de un carrier o transportador (proteína periférica) para que las sustancias atraviesen la membrana.
Se pueden encontrar dos tipos principales de difusión simple:
- Mediante la bicapa lipídica.
- Mediante los canales iónicos.
Ósmosis
Comportamiento de célula animal ante distintas presiones osmoticas
Comportamiento de célula vegetal ante distintas presiones osmoticas
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 el punto en que hay menor
concentración de solutos al de mayor concentración para igualar
concentraciones en ambos extremos de la membrana bicapa fosfolipidica.
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 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.
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 llamandose turgencia 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 ó plasmolisis.
Ósmosis en una célula vegetal
- 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.
- 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
Difusión facilitada
Algunas moléculas son demasiado grandes como para difundir a través
de los canales de la membrana y demasiado hidrofílicos para poder
difundir a través de la capa de fosfolípidos y colesterol. Tal es el
caso de la glucosa y algunos otros monosacáridos.
Estas sustancias, pueden sin embargo cruzar la membrana plasmática
mediante el proceso de difusión facilitada, con la ayuda de una proteína
transportadora. En el primer paso, la glucosa se une a la proteína
transportadora, y esta cambia de forma, permitiendo el paso del azúcar.
Tan pronto como la glucosa llega al citoplasma, una
quinasa
(enzima que añade un grupo fosfato a un azúcar) transforma la glucosa
en glucosa-6-fosfato. De esta forma, las concentraciones de glucosa en
el interior de la célula son siempre muy bajas, y el gradiente de
concentración exterior → interior favorece la difusión de la glucosa.
La difusión facilitada es mucho más rápida que la difusión simple y depende:
- Del gradiente de concentración de la sustancia a ambos lados de la membrana
- Del número de proteínas transportadoras existentes en la membrana
- De la rapidez con que estas proteínas hacen su trabajo
Transporte activo
Es un mecanismo que permite a la célula transportar sustancias
disueltas a través de su membrana desde regiones de menor concentración a
otras de mayor concentración. Es un proceso que requiere energía,
llamado también producto activo debido al movimiento absorbente de
partículas que es un proceso de energía para requerir que mueva el
material a través de una membrana de la célula y sube el gradiente de la
concentración. La célula utiliza transporte activo en tres situaciones:
- cuando una partícula va de punto bajo a la alta concentración.
- cuando las partículas necesitan la ayuda que entra en la membrana porque son selectivamente impermeables.
- cuando las partículas muy grandes incorporan y salen de la célula.
En la mayor parte de los casos este 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+).
Transporte activo primario: Bomba de sodio y potasio
Se encuentra en todas las células del organismo, en cada ciclo consume una molécula de ATP y es la encargada de transportar 2
iones de
potasio que logran ingresar a la célula, al mismo tiempo bombea 3 iones
sodio desde el interior hacia el exterior de la célula (
exoplasma),
ya que quimicamente tanto el sodio como el potasio poseen cargas
positivas. El resultado es ingreso de 2 iones potasio (Ingreso de 2
cargas positivas) y egreso de 3 iones sodio (Egreso de 3 cargas
positivas), esto da como resultado una perdida de la electropositividad
interna de la célula, lo que convierte a su medio interno en un medio
"electronegativo con respecto al medio extracelular". En caso particular
de las
neuronas
en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la
membrana se llama potencial de membrana o de reposo-descanso. Participa
activamente en el impulso nervioso, ya que a través de ella se vuelve al
estado de reposo.
Transporte activo secundario o cotransporte
Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la
membrana celular tales como los aminoácidos y la glucosa, cuya energía
requerida para el transporte deriva del gradiente de concentración de
los iones sodio de la membrana celular (como el gradiente producido por
el sistema glucosa/sodio del
intestino delgado).
- Intercambiador calcio-sodio: Es una proteína de la membrana celular de todas las células eucariotas. Su función consiste en transportar calcio iónico (Ca2+) hacia el exterior de la célula empleando para ello el gradiente de sodio; su finalidad es mantener la baja concentración de Ca2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio externo. Por cada catión Ca2+ expulsado por el intercambiador al medio extracelular penetran tres cationes Na+ al interior celular.1 Se sabe que las variaciones en la concentración intracelular del Ca2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos estímulos y están involucradas en procesos como la contracción muscular, la expresión genética, la diferenciación celular, la secreción, y varias funciones de las neuronas. Dada la variedad de procesos metabólicos regulados por el Ca2+, un aumento de la concentración de Ca2+ en el citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos. Si el aumento de la concentración de Ca2+
en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un décimo de la del
medio externo, el trastorno metabólico producido conduce a la muerte
celular. El calcio es el mineral más abundante del organismo, además de
cumplir múltiples funciones.2
Transporte en masa
Las
macromoléculas o partículas grandes se introducen o expulsan de la célula por dos mecanismos:
Endocitosis
La endocitosis es el proceso celular, por el que la célula mueve
hacia su interior moléculas grandes o partículas, este proceso se puede
dar por evaginación, invaginación o por mediación de receptores a través
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 tres 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.
- Endocitosis mediada por receptor o ligando: es de tipo
especifica, captura macromoleculas especificas del ambiente, fijándose a
través de proteínas ubicadas en las membrana plasmatica (especificas).
Una vez que se unen a dicho receptor, forman las vesiculas y las
transportan al interior de la célula. La endocitosis mediada por
receptor resulta ser un proceso rápido y eficiente.
Exocitosis
Es la expulsión o secreción de sustancias como la
insulina a través de la fusión de vesículas con la membrana celular.
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 encargada de 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.