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FACULTAD DE CIENCIAS, ECONÓMICAS, ADMINISTRATIVAS Y CONTABLES
CARRERA PROFESIONAL DE CONTABILIDAD
BIOLOGIA
TRANSPORTE CELULAR
INTRODUCCIÓN
El cuerpo humano es un conjunto formado por cincuenta billones de células, agrupadas en
tejidos y organizadas en diferentes sistemas. Si quisieras formar un cuerpo podrías comprar
los elementos básicos en cualquier parte por muy poco dinero; pero la vida que albergan
estas células reunidas con un propósito concreto, lo convierten en algo de valor
incalculable.
Nuestro organismo parece saber que de la unión nace la fuerza, pues las células se
organizan en tejidos, órganos, aparatos y sistemas para realizar sus funciones. Sin embargo,
y a pesar de su enorme rendimiento, el cuerpo humano sigue en constante evolución, sobre
todo si es un recién llegado al planeta.
Todos los organismos vivos están formados por células, y en general se dice que ninguno es
un ser vivo si no consta al menos de una. Algunos organismos microscópicos, como
bacterias y protozoos, son células únicas (unicelulares), mientras que los animales y plantas
están formados por muchos millones de células organizadas en tejidos y órganos.
Para realizar su trabajo, la célula tiene en su interior componentes esenciales; son sustancias
químicas y enzimas que reaccionan para proveerla de energía.
El movimiento constante de sustancias a través de la membrana celular y todo lo antes
mencionado se denomina transporte celular.
Todas las células que forman a los seres vivos tienen una membrana plasmática que es
intermedia entre el interior de la célula y su entorno y que además cumple ciertas funciones
que son importante como: Proteger la célula o los organelos del medio externo, Mantener
una forma estable de la célula, regular el transporte de sustancias y energía hacia adentro o
hacia afuera de la célula, Permitir la comunicación entre las células adyacentes, Permitir el
reconocimiento celular, Permitir la movilidad de algunas células u orgánulos, .
La membrana realiza ciertos mecanismos para lograr el transporte celular. Los mecanismos
que permiten a las sustancias cruzar las membranas plasmáticas de las células son
esenciales para la vida y la comunicación de las células. Entre ellos están el transporte
pasivo y el transporte activo.
Conocer el proceso de transporte celular es importante para una persona ya que esta será la
base del cuidado y protección de su organismo, tomando en cuenta estos aspectos a lo largo
de su vida.
TRANSPORTE CELULAR
Dentro de la célula se llevan a cabo muchas actividades metabólicas. Los azúcares se
rompen y liberan energía, se sintetizan proteínas partiendo de materiales simples, se
producen materiales de desecho.
La célula necesita recibir materiales para llevar a cabo sus procesos vitales, necesita
eliminar los materiales de desecho antes de que se acumulen y causen daño.
La obtención de materiales y la eliminación de desechos, se realizan a través del
intercambio de materiales con el ambiente.
El movimiento constante de sustancias a través de la membrana celular y todo lo antes
mencionado se denomina TRASPORTE CELULAR. 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.
En todos los sistemas vivos la regulación del intercambio de sustancias con el mundo
inanimado ayuda a mantener un ambiente interno controlando el paso de sustancias hacia el
interior y el exterior de la célula y es realizada por la membrana. En los organismos
multicelulares, la membrana celular tiene la tarea adicional de regular el intercambio de
sustancias entre las distintas células especializadas que los constituyen. El control de este
permanente intercambio es esencial para proteger la integridad de cada célula, para
mantener las muy estrictas condiciones de pH y concentraciones iónicas que permiten el
desarrollo de sus procesos metabólicos y la coordinación de sus actividades.
MEMBRANA PLASMÁTICA
Todas las células que forman a los seres vivos tienen una membrana plasmática que es
intermedia entre el interior de la célula y su entorno.
La membrana plasmática participa en todos los procesos de intercambio celular, tanto los
que las células efectúan para introducir nutrientes, como aquellos con los cuales se
expulsan materiales de desecho.
Químicamente, la membrana de las células está constituida por una mezcla de materiales
grasos y de proteínas, que confieren a la estructura flexibilidad y resistencia,
respectivamente; además de que interaccionan de manera particular con los ambientes
interno y externo.
En las células de las plantas, la membrana plasmática está rodeada por una pared celular,
que le brinda rigidez a la célula.
La membrana plasmática constituye la muestra principal de las membranas biológicas, que
forman estructuras muy complejas tanto en el interior como hacia el exterior de las células
eucariontes.
Las membranas biológicas delimitan a los organelos y sirven como un medio para fijar toda
la maquinaria encargada de realizar procesos celulares específicos.
La membrana es una estructura dinámica cuyos componentes se mueven, cambian y
cumplen papeles fisiológicos vitales permitiendo que las células interactúen con otras
células y con las moléculas del ambiente.
Los componentes básicos de las membranas celulares son:
_ Proteínas: representan el 60% de la composición. Tienen varias funciones como ser:
participación en la organización estructural, en la permeabilidad, como receptores, como
transmisores de señales o de informaciones a través de sus enzimas. Pueden ser integrales a
la membrana o periféricas.
_ Fosfolípidos: moléculas anfipáticas que constituyen el 40% de la estructura.
_ Glúcidos: se encuentran en combinación con proteínas (glucoproteínas) y lípidos
(lipoproteínas).
FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA
• Protege la célula o a los organelos del medio externo.
• Mantiene una forma estable de la célula u organelo.
• Regula el transporte de sustancias y energía hacia adentro o hacia afuera de la célula
u orgánulo
• Permite la comunicación entre las células adyacentes.
• Permite el reconocimiento celular.
• Permite la movilidad de algunas células u orgánulos.
• La membrana es selectivamente permeable. Puede impedir el paso de proteínas y
lípidos, mientras da paso a azúcares simples, oxígeno, agua y bióxido de carbono.
Permeabilidad Selectiva
Es la capacidad de la membrana de incorporar las sustancias necesarias para la célula y
descartar los desechos celulares ya que iimpide que algunas sustancias, como las proteínas
y los lípidos, entren a la célula y permite el paso de azúcares simples, oxígeno, agua y
bióxido de carbono.
La Permeabilidad a través de la membrana depende de factores:
Solubilidad en los lípidos: Sustancias liposolubles (ej. moléculas hidrófobas, no
polares) penetran con facilidad la bicapa de fosfolípidos. Por otro lado el agua no
pasa con facilidad.
Tamaño: Muchas moléculas de gran tamaño (glucosa, proteínas, aminoácidos,
ácidos nucleicos) no pasan a través de la bicapa de fosfolípidos
Carga: Moléculas cargadas y los iones (k+, Mg+2, Ca+2, Cl-) no pueden pasar, en
condiciones normales, a través de la membrana.
MECANISMOS DE TRANSPORTE DE LA MEMBRANA
Los mecanismos que permiten a las sustancias cruzar las membranas plasmáticas de las
células son esenciales para la vida y la comunicación de las células. Para ello, la célula
dispone de dos procesos:
1. Transporte pasivo
Se define como el movimiento libre de moléculas a través de la membrana a favor
de un gradiente de concentración. No requiere de energía celular. Depende de la
energía cinética de las partículas de la materia (átomos y moléculas) que están en
constante movimiento.
Es decir no requiere el consumo de energía (ATP).
El movimiento ocurre por diferencias en la concentración y en las cargas eléctricas
de las sustancias en ambos lados de la membrana.
Tenemos los siguientes mecanismos:
Difusión simple
Ósmosis
Ultrafiltración
Difusión facilitada
a. Difusión simple
Las moléculas en solución están dotadas de energía cinética y, por tanto, tienen
movimientos que se realizan al azar. La difusión consiste en la mezcla de estas
moléculas debido a su energía cinética cuando existe un gradiente de concentración;
es decir; cuando en una parte de la solución la concentración de las moléculas es
más elevada.
La difusión tiene lugar hasta que la concentración se iguala en todas las partes y
será tanto más rápida cuanto mayor sea la energía cinética (que depende de la
temperatura) y el gradiente de concentración y cuanto menor sea el tamaño de las
moléculas.
Algunas sustancias como el agua, el oxígeno, dióxido de carbono, esteroides,
vitaminas liposolubles, urea, glicerina, alcoholes de pequeño peso molecular
atraviesan la membrana celular por difusión, disolviéndose en la capa de
fosfolípidos.
Algunas sustancias iónicas también pueden cruzar la membrana plasmática por
difusión, pero empleando los canales constituidos por proteínas integrales llenas de
agua. Algunos ejemplos notables son el Na+, K+, HCO3, Ca++, etc. Debido al
pequeño tamaño de los canales, la difusión a través de estos es mucho más lenta que
a través de la bicapa fosfolipídica.
La difusión es el movimiento de átomos y moléculas de una región de mayor
concentración a una de menor concentración.
En el caso de un cubo de azúcar en un vaso de agua, la difusión continuará hasta
que el azúcar esté diluido por completo en el agua.
Una vez que esto ocurre, la concentración no cambia. Las moléculas seguirán
moviéndose pero la concentración se mantendrá constante y a esto se le llama
equilibrio dinámico.
El gradiente de concentración es la medida de la diferencia de la concentración de
una sustancia en dos regiones.
La velocidad de la difusión es directamente proporcional al tamaño del gradiente de
concentración.
Mayor gradiente de concentración Mayor velocidad de difusión
El oxígeno y el bióxido de carbono pasan a través de los poros de la membrana
celular por difusión.
Las moléculas de oxígeno están altamente concentradas fuera de la célula y se
difunden hacia el interior de la célula.
Las moléculas de bióxido de carbono se difunden en cambio hacia el exterior de la
célula donde está menos concentrado, moléculas solubles en lípidos como etanol, y
moléculas pequeñas como H2O, CO2 y O2.
b. Osmosis
Es otro proceso de transporte pasivo, mediante el cual, un disolvente –el agua en el
caso de los sistemas biológicos– pasa selectivamente a través de una membrana
semipermeable.
La membrana de las células es una membrana semipermeable ya que permite el
paso del agua por difusión pero no la de iones y otros materiales.
Si la concentración de agua es mayor (o, lo que es lo mismo, la concentración de
solutos es menor) de un lado de la membrana que la del otro lado, existe una
tendencia a que el agua pase al lado donde su concentración es menor.
El movimiento del agua a través de la membrana semipermeable genera un presión
hidrostática llamada presión osmótica. La presión osmótica es la presión necesaria
para prevenir el movimiento neto del agua a través de una membrana
semipermeable que separa dos soluciones de diferentes concentraciones.
La ósmosis puede entenderse muy bien considerando el efecto de las diferentes
concentraciones de agua sobre la forma de las células. Para mantener la forma de un
célula, por ejemplo un hematíe, esta debe estar rodeada de una solución isotónica, lo
que quiere decir que la concentración de agua de esta solución es la misma que la
del interior de la célula. En condiciones normales, el suero salino normal (0,9% de
NaCl) es isotónico para los hematíes.
Si los hematíes son llevados a una solución que contenga menos sales (se dice que
la solución es hipotónica), dado que la membrana celular es semipermeable, sólo el
agua puede atravesarla. Al ser la concentración de agua mayor en la solución
hipotónica, el agua entra en el hematíe con lo que este se hincha, pudiendo
eventualmente estallar (este fenómeno se conoce con el nombre de hemolisis.
Por el contrario, si los hematíes se llevan a una solución hipertónica (con una
concentración de sales superior a la del hematíe) parte del agua de este pasará a la
solución produciéndose el fenómeno de crenación y quedando los hematíes como
"arrugados".
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 osmosis es mantener hidratada a la membrana celular. Dicho
proceso no requiere gasto de energía. En otras palabras la ósmosis u osmosis 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 y hasta el
punto en que puede estallar dando origen a la citólisis. En un medio hipertónico,
la célula arruga llegando a deshidratarse y se muere, esto se llama crenación.
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.
Turgencia: Fenómeno que se da en las células vegetales, en la cual aumenta el
agua en la vacuola, aumenta el volumen de la célula y la pared va a dar
contención impidiendo que la célula se rompa. 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
Plasmólisis: Se libera agua, disminuye el agua en la vacuola y disminuye el
volumen celular. Se separa la Membrana Plasmática de la pared celular.
c. Ultrafiltración
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.
d. Difusión facilitada
Algunas moléculas son demasiado grandes como para difundir a través de los
canales de la membrana y demasiado insolubles en lípidos como para poder difundir
a través de la capa de fosfolípidos. 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 kinasa (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
La insulina, una hormona producida por el páncreas, facilita la difusión de la
glucosa hacia el interior de las células, disminuyendo su concentración en la sangre.
Esto explica el por qué la ausencia o disminución de la insulina en la diabetes
mellitus aumenta los niveles de glucosa en sangre al mismo tiempo que obliga a las
células a utilizar una fuente de energía diferente de este monosacárido.
2. Transporte activo
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+).
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 ne la célula, la carga
eléctrica y el mantenimiento del potencial de la membrana, entre otros aspectos.
Hay dos tipos de transporte activo:
a. 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
b. Endocitosis: es el proceso mediante el cual la sustancia es transportada al
interior de la célula a través de la membrana.
Se conocen tres tipos de endocitosis:
Pinocitosis
La pinocitosis (del griego pinein, beber)es un proceso que consiste en la
incorporación de proteínas y otras sustancias solubles en vesículas con un
alto contenido de agua.
Fagocitosis
Es el mecanismo de endocitosis que se produce cuando se engloban
sustancias de tamaño relativamente grandes como bacterias, polvo
atmosférico, partículas virales y cuerpos extraños. Además constituye un
mecanismo de defensa cuando es desarrollada por los leucocitos de la
sangre, o una forma de nutrición, como en el caso de algunos protistas.
Endocitosis mediante un receptor: este es un proceso similar a la pinocitosis,
con la salvedad de que la invaginación de la membrana sólo tiene lugar
cuando una determinada molécula, llamada ligando, se une al receptor
existente en la membrana.
Una vez formada la vesícula endocítica está se une a otras vesículas para
formar una estructura mayor llamada endosoma. Dentro del endosoma se
produce la separación del ligando y del receptor: Los receptores son
separados y devueltos a la membrana, mientras que el ligando se fusiona con
un liposoma siendo digerido por las enzimas de este último.
Aunque este mecanismo es muy específico, a veces moléculas extrañas
utilizan los receptores para penetrar en el interior de la célula. Así, el HIV
(virus de la inmunodeficiencia adquirida o del sida) entra en las células de
los linfocitos uniéndose a unas glicoproteínas llamadas CD4 que están
presentes en la membrana de los mismos.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Solomon, E. Berg L. (2001) Biologia. Bogotá. Ediciones Colombianas.