Tema 7: Sistemas de Transporte a través de la membrana celular

Sistemas de Transporte

El movimiento de iones y el movimiento de agua es importante para poder mantener la osmolaridad tanto dentro como fuera de la célula, así como el volumen, intra y extracelular.

En este tema vamos a profundizar en las sustancias y estructuras que utilizamos para poder mantener el transporte de iones y de compuestos. Vamos a ver el transporte de iones y de sustancias a través de la membrana.

Hay dos tipos de transporte:

• Mecanismo de transporte que necesita de aporte de energía: Este transporte se realiza simple a favor del gradiente de concentración.

Mecanismos de Difusión

• Mecanismo de difusión simple
• Mecanismo de difusión facilitada

V Mecanismo de transporte que no necesitan aporte de energía, de ATP: EI transporte de estas sustancias se realiza en contra del gradiente de concentración. Siempre que movamos sustancia en contra del gradiente de concentración vamos a necesitar este aporte de energía

• Mecanismo de transporte activo primario
• Mecanismo de transporte activo secundario
• Mecanismo que implican formación de vesículas por el interior de la membrana

En ambos casos vamos a atravesar la membrana.

Difusión Simple

Movimiento constante de sustancia a través de la membrana semipermeable para poder igualar concentraciones. La sustancia que está más concentrada dentro del habitáculo A con respecto al B. Tenemos una membrana semipermeable y esta sustancia comienza a difundir por gradiente de concentración del habitáculo A al habitáculo B sin necesidad de ningún tipo de energía ni nada, directamente difunde.

Este transporte lo utilizan principalmente en nuestro organismo las siguientes sustancias:

• Los gases: Principalmente. Los gases se mueven por difusión simple, atendiendo en el caso de los gases a gradiente de presión o concentración, vamos de mayor presión a menor presión de gases.
• Moléculas polares pequeñas: Un ejemplo es el etanol
• Moléculas lipofílicas: Dependiendo de su grado le lipofilia, de adherencia a sustancia lipídicas. Tenemos sustancias lipofóbicas o muy lipofóbicas y sutancias lipofílicas o muy lipofíliicas. Estas sustancias van a travesar la membrana celular, pero claro, dependiendo de ese grado hidrofóbico se quedaran más o menos atrapadas en la membrana celular. Atravesarla la atraviesan, pero por esa afinidad hacia el compuesto lipídico tienden a quedarse atrapadas un poco en las membranas plasmáticas.

Para que se produzca la difusión simple tenemos unas reglas, de forma general:

• La difusión utiliza la energía cinética del movimiento molecular y requiere una fuente externa de energía
• La moléculas difundes desde un área de mayor concentración hacia un área de menor concentración
• La difusión continúa hasta que las concentraciones alcanzan el equilibrio. Sin embargo, el movimiento molecular prosigue después de haberse alcanzado el equilibrio.
• La difusión es más rápida:
  • Cuando hay gradientes de concentración más grandes
  • Cuando hay distancias más corta
  • A mayores temperatura
  • Para las moléculas más pequeñas

La difusión puede tener lugar en un sistema abierto o a través de un tabique que separa dos sistemas

Difusión a Través de una Membrana

A través de una membrana, la difusión:

V La velocidad de difusión a través de una membrana es mayor si:

• El área superficial de la membrana es más grande
• La membrana es más delgada la distancia que hay que atravesar tienen que ser corta. Si tenemos muchas capas, las sustancias que atraviesan las capas se pierden. Lo normal es que tengamos tres capas, la capa epitelial, la capa basal y la capa alveolar, o a nivel renal. Evitaos que sean distancias más cortas las que tienen que atravesar las moléculas
• El gradiente de concentración es mayor
• La membrana es más permeable a la moléculaLa permeabilidad de la membrama a una molécula depende de:
  • La liposolubilidad de la molécula: Si la liposolubilidad es baja va a tener más dificultad a la hora de atravesar la membrana plasmática
  • El tamaño de la molécula: Cuanto más grande es una molécula más dificultad va a encontrar para atravesar la membrana plasmática.
  • La composición lipídica de la membrana

Todo esto viene definido por la ley de difusión de Fick, principalmente de los gases. Un gas se podrá difundir a través de la membrana y esa difusión a través de la membrana es directamente proporcional al área superficial, al gradiente de concentración y a la permeabilidad de la membrana; pero la permeabilidad de la membrana es inversamente proporcional al grosor de la membrana, a mayor grosor de la membrana mas dificultades para atravesar la membrana. La permeabilidad de la membrana es directamente proporcional a la liposolubilidad, cuanto de soluble es esa sustancia en un medio lipídico o inversamente proporcional al tamaño de la molécula, cuanto mayor sea la molécula menor será su permeabilidad en el paso de la membrana.

Las sustancia pueden pasar a través de la membrana son unas estructuras, unas proteínas de membrana que va a ser proteínas que van a estar o bien integradas en la propia membrana, que actuaran como canales, como túneles de paso a los iones y a las sustancias, y también tenemos proteínas periféricas, que son las que se encuentran en la periferia de la membrana, que normalmente cuando se activan genera una secuencia de reacciones que al final terminan abriendo canales.

Estas proteínas de membrana tienen muchas funciones, actúan como receptores de membrana, esas que están superficiales, sobre todo en el sistema nervioso ya que en este tenemos estas proteínas en la membrana y estas proteínas se activan cuando se segregan neurotransmisores en el medio sinápticos, donde se está produciendo la sinapsis en el sistema nervioso. Por lo tanto tienen una función muy importante en el sistema nervioso como receptores, también en el sistema endocrino. Estas proteínas localizadas en la superficie de la membrana actúan también como enzimas, las tenemos muy presentas en el tubo digestivo y también en el sistema nervios. Cuando un neurotransmisor realiza su trabajo, hay veces en las que el neurotransmisor es digerido por la enzima presente en la membrana postsináptica y ya se destruye, sin embargo en el digestivo, vamos a encontrar muchas enzimas que están en la membrana del epitelio digestivo para producir la digestión de sustancias que llegan en el alimento que estamos ingiriendo.

Luego tenemos proteínas estructurales que sirven para dar el sostén al citoesqueleto de la propia membrana.

Hay proteínas transportadoras de membrana, hay proteínas que actúan directamente como canales y hay otras proteínas que, también actúan como canales pero para actuar como canal necesitan cambiar la conformación de esa proteína, su s propia estructura. Tenemos proteínas que su forma es hacer un propio canal, un tubo que esta formada por varias subunidades y es por este tubo por donde va a pasar la sustancia. Y luego tenemos otras proteínas que para que pueda pasar el ion necesitan cambiar su propia estructura, su propia conformación.

Dentro de las proteínas de canales tenemos aquellas proteínas que son canales abiertos y otras que tienen tipo compuesta, como si tuvieran una compuerta que se abre o se cierra en diferentes circunstancias.

Difusión Facilitada

En la difusión facilitada tenemos canales como los canales de sodio, canales de calcio y canales de potasio que por supuesto se abre cuando hay diferencias de gradiente de concentración, no necesitamos de energía.

También tenemos otros canales muy importantes como son las acuoporinas. Las acuporinas son canales específicos de transporte de agua. Las acuporinas son proteínas integradas en la membrana y son específicas para el transporte de agua, de ahí la importancia que tienen cuando controlan el volumen intra y extracelular.

Además también tenemos las proteínas transportadoras que participan en la difusión facilitada.

Canales Iónicos Activados por Voltaje

A) CANALES IÓNICOS: CANALES ACTIVADOS POR VOLTAJE

En estos canales iónicos tenemos canales activados por voltaje, es decir, canales que cuando se produce un cambio en el potencial de membrana en la célula este canal se abre. Esto ocurre en células excitables, células neuronales y células musculares, son células excitables en las que podemos cambiar el potencial de membrana. Cuando ese potencial de membrana llega a la zona donde se encuentra el canal, el canal se abre permitiendo la entrada o salida de iones.

Por ejemplo, en las células neuronales tenemos diferentes canales voltaje dependientes como son los de potasio, los de sodio y los de calcio.

Canales Iónicos Tipo Compuerta

B) CANALES IÓNICOS: CANALES TIPO COMPUERTA

Tenemos canales también para difusión facilitada en los que entra en juego la compuerta, el canal necesita de una sustancia que se una a ese canal para que permia la apertura del canal.

• Canales ionotrópicos, una proteína integrada en la membrana que para poder abrirse el canal necesita de una sustancia que se una a ese canal, es decir, es dependiente de ligando.

Esto ocurre en los receptores sensoriales, a nivel de sistema nervioso y estos canales se ha liberado un neurotransmisor en el espacio sinaptico y el neurotransmisor se