Permeabilidad y Transporte Celular: Un Análisis Detallado de la Membrana Plasmática

La membrana plasmática actúa como una barrera de permeabilidad selectiva entre la célula y el medio extracelular. Esta membrana es selectivamente permeable a las moléculas pequeñas y, esencialmente, impermeable a las moléculas hidrosolubles, como la glucosa, los aminoácidos y los iones. La mayoría de las moléculas biológicas no difunden a través de la membrana.

Permeabilidad de la Membrana Plasmática

Las propiedades de permeabilidad de la membrana plasmática aseguran que:

• Las sustancias esenciales, como la glucosa, los aminoácidos y los lípidos, entren a la célula con facilidad.
• Los intermediarios metabólicos permanezcan en la célula.
• Los compuestos de desecho la abandonen.

La permeabilidad selectiva de la membrana plasmática permite que la célula mantenga un medio interno constante.

Transporte Celular

El transporte celular se puede clasificar en dos tipos principales:

1. Transporte Pasivo: Incluye la ósmosis, la difusión simple y la difusión facilitada.
2. Transporte Activo: Comprende la bomba iónica, la endocitosis y la exocitosis.

Además, existen procesos como la fagocitosis y la pinocitosis que también son importantes en el transporte celular.

Difusión Simple

• El primer paso es el movimiento de la molécula desde la solución acuosa hacia el interior hidrófobo de la bicapa fosfolipídica.
• La molécula se disuelve en la bicapa fosfolipídica y difunde a través de ella.
• Después, se disuelve en la solución acuosa al otro lado de la membrana.
• La velocidad de difusión es relativa a su gradiente de concentración a través de la membrana y a su grado de hidrofobicidad.
• No se consume energía metabólica porque el movimiento es a favor del gradiente de concentración.
• Es un proceso no selectivo.
• No se utiliza energía del ATP.
• Muy pocas son las moléculas que ingresan o salen de las células o atraviesan las membranas de las organelas sin la ayuda de proteínas transportadoras.
• No hay gasto de ATP.

Pequeñas moléculas hidrofóbicas:

• O₂
• CO₂
• N₂
• Benceno

Pequeñas moléculas polares no cargadas:

• H₂O
• Etanol
• Glicerol

• Solución hipertónica: Crenado.
• Solución isotónica: Normal.
• Solución hipotónica: Hinchado.

Proteínas de Transporte

El transporte de moléculas se realiza mediante proteínas transportadoras asociadas con la bicapa. Existen proteínas de transporte específico:

• Transportadores (carriers): Facilitan el transporte.
• Canales iónicos: Permiten el paso a favor del gradiente electroquímico.
• Bombas iónicas: Actúan en contra del gradiente electroquímico.

El agua y la urea, que pueden difundir a través de las bicapas fosfolipídicas puras, aceleran su transporte mediante proteínas transportadoras.

Difusión Facilitada

• La dirección del transporte es a favor del gradiente electroquímico.
• No utiliza energía del ATP.
• Interviene una proteína de membrana:
  • Proteína transportadora (carriers)
  • Proteína canal: canales iónicos, acuaporinas, porinas.
• Es un proceso selectivo.

1) Proteínas Transportadoras (Carriers)

• Se unen a la molécula específica en un lado de la membrana.
• Sufren un cambio conformacional.
• Liberan la molécula al otro lado de la membrana.
• No utilizan energía del ATP.
• Se transportan: azúcares, aminoácidos y nucleósidos.

2) Proteínas Canal

• Forman ''poros'' en la membrana, permitiendo a las moléculas de pequeño tamaño y con carga apropiada pasar libremente a través de la bicapa.
• No utilizan energía del ATP.
• Se saturan.
• Tipos: canales iónicos, acuaporinas, porinas.

Canales Iónicos

• Son altamente selectivos debido al estrecho poro del canal que restringe el paso solo a iones de carga y tamaño específico.
• Se abren en respuesta a estímulos específicos.
• No se encuentran permanentemente abiertos.
• No utilizan energía del ATP.
• El flujo de los iones a través de la membrana depende de que se forme un gradiente iónico a través de los canales de la membrana plasmática.
• El transporte es extremadamente rápido.
• Los canales iónicos son proteínas transmembrana.
• Son específicos para cada ión.

1) Regulados por Ligando

• Se abren en respuesta a la unión con neurotransmisores y otras moléculas señal.

2) Regulados por Cambios de Voltaje

• Se abren en respuesta a variaciones en el potencial eléctrico a través de la membrana celular.

Canales Iónicos Regulados por Ligando

• La unión ligando-receptor genera un cambio conformacional en la molécula canal.
• Se abre el poro acuoso.
• Ocurre un flujo de iones específicos siguiendo el gradiente del ión a través de la membrana.

Canales Iónicos Abiertos por Cambio de Voltaje

• Los canales de K⁺, Na⁺ y Ca⁺⁺ regulados por voltaje pertenecen a una gran familia de proteínas relacionadas.
• Los canales están formados por subunidades que contienen hélices-alfa transmembrana.

Transporte Activo

1. El flujo neto de las moléculas por difusión facilitada, por proteínas transportadoras y canales iónicos siempre es energéticamente favorable al gradiente electroquímico.
2. La célula requiere transportar moléculas contra gradiente para mantener su medio interno.
3. El transporte activo utiliza la energía liberada por hidrólisis del ATP acoplada a bombas iónicas.

Endocitosis

• El material que se va a introducir es rodeado por una porción de membrana plasmática.
• Esta porción luego se invagina para formar una vesícula que contiene el material ingerido.
• Participa el citoesqueleto de la célula.
• Hay gasto de ATP.

Endocitosis - Tipos

1. Fagocitosis: Las células engullen partículas grandes como bacterias, desechos celulares o incluso células intactas. La unión de las partículas a unos receptores sobre la superficie de la célula fagocitada dispara la extensión de pseudópodos.
2. Pinocitosis: Proceso común entre células eucariotas. Forma vesículas pinocíticas.
3. Endocitosis mediada por receptor

Bombas Iónicas

• ATPasa de Na⁺/K⁺: Membrana celular.
• ATPasa de Ca⁺⁺: Membrana del retículo sarcoplásmico (músculo), membrana del retículo endoplasmático liso, membrana celular.
• ATPasa de H⁺: Membrana lisosomal, endosomas, vacuolas vegetales.

El transporte de moléculas intracelulares de una organela a otra es mediante vesículas.

• Gemación: formación de la vesícula.
• Transporte vesicular: participa el citoesqueleto.
• Fusión: de la vesícula a la membrana blanco.

Transcitosis

Una molécula puede ser transportada a través de una célula sin sufrir mayores modificaciones y liberada al extracelular.

Transporte de Moléculas de Baja Masa Molecular

• Transporte Pasivo:
  • Difusión simple
  • Difusión facilitada
• Transporte Activo:
  • Bomba de sodio-potasio
  • Otras bombas

Transporte de Moléculas de Elevada Masa Molecular

• Endocitosis:
  • Fagocitosis
  • Pinocitosis
  • Mediada por un receptor
• Exocitosis
• Transcitosis