Transporte de Membrana

La función más importante de las proteínas de la membrana es la de medio de transporte para las distintas sustancias que entran y salen de la célula.    Existen varios tipos de proteínas integrales, las cuales principalmente se dedican al transporte de sustancias, por ejemplo hay transportadoras de iones ( ionóforos o canales iónicos ), transportadoras de sustancias orgánicas ( facilitadoras o carrier ) y transportadoras de agua ( acuaporinas )

En general el movimiento de estas sustancias  obedece a las mismas leyes que gobiernan las propiedades de la materia y la energía en el  universo. El movimiento de las sustancias se puede estudiar al aplicar la SEGUNDA LEY DE LA  TERMODINÁMICA o LEY DE LA ENTROPÍA, la cual dice que en cualquier sistema la dirección en  la que se mueven las sustancias depende de la concentración relativa de las mismas, de manera  que se favorezca el máximo grado de desorden al final. De esta manera y de forma gradual ( se  establece una gradiente ) las sustancias se van a mover de la zona en que se encuentran en mayor  cantidad ( concentración ) a la que tiene menor cantidad.     Así se puede estudiar diferentes tipos de  movimiento.

Difusión: Es la migración de partículas  en general a favor de la gradiente de  concentración, es decir desde donde se  encuentran en mayor cantidad hacia  donde se encuentran en menor cantidad.

Los fenómenos de difusión se puede  dividir en 2 tipos: 

DIÁLISIS: Consiste en el movimiento a  favor de la gradiente de sales o iones  por medio de IONÓFOROS o CANALES  IÓNICOS, que son proteínas integrales  que funcionan espontáneamente.

ÓSMOSIS:  La ósmosis e s el movimiento de agua desde una región MENOS CONCENTRADA DE SOLUTO (medio  HIPOTÓNICO ) a otra MÁS concentrada ( medio HIPERTÓNICO ). La ósmosis se realiza a través  de una proteína integral especializada que se conoce con el nombre de ACUAPORINA. En general  ambos fenómenos ( ósmosis y diálisis ) se producen a la vez.  

Las Acuaporinas (AQP). Canales para el paso de agua. Son proteiías de entre 250 y 300 aminoácidos que se organizan en seis segmentos de estructura a-hélice para forman un poro.

Aunque cada acuaporina constituye por sí sola un canal, en la membrana celular estas proteínas se ensamblan en grupos de cuatro unidades.

La mayoría de las MOLÉCULAS ORGÁNICAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA no pueden atravesar  libremente la barrera lipídica por DIFUSIÓN SIMPLE. De modo similar, los iones que son de  importancia crucial en la vida de la célula no pueden difundir a través de la membrana. Aunque  los iones individuales, como el sodio (Na+) y el cloruro (Cl-) son bastante pequeños, en solución  acuosa se encuentran rodeados por moléculas de agua y, tanto el tamaño como las cargas de los  agregados resultantes impiden que los iones se deslicen a través de aberturas momentáneas. 

Tanto la difusión facilitada como la difusión simple son impulsadas por una gradiente de  potencial químico. Las moléculas sin carga son transportadas simplemente a favor de la  gradiente, desde una región de mayor concentración a una de concentración menor. Pero, si el  soluto transportado tiene carga (iones) su transporte no sólo depende de su gradiente de  concentración sino también de la diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana  (diferencia de carga eléctrica a ambos lados de la membrana debida a la distribución desigual de  iones). 

La fuerza total que mueve el soluto en este caso es la resultante de la combinación de ambas  gradientes: eléctrica y el química. La gradiente resultante se denomina GRADIENTE  ELECTROQUÍMICA. Casi todas las membranas plasmáticas tienen una diferencia de potencial  eléctrico, llamado potencial de membrana, en el que el lado citoplasmático de la membrana es  negativo respecto al lado externo

Proteínas Canal

Son proteínas de transmembránicas que forman en su interior un canal, que permite el paso de iones. Estos canales se abren según un tipo de señal especifica. Dependiendo del tipo de señal encontramos:

Canales iónicos dependientes del ligando: El ligando ( sustancia química que  los activa ) se une a una región receptora en la proteína canal y de forma especifica, provocando cambios en su conformación que permiten la apertura del canal, y por tanto la difusión de iones. 

Canales iónicos voltaje-dependientes : Se abren en respuesta a los cambios de potencial de membrana, como ocurre en las neuronas, en donde la apertura y cierre de los canales de Na+ y K+ permite la propagación del impulso nervioso.

Canales iónicos mecanodependientes: Se activan en respuesta estímulos mecánicos como por ejemplo los que se producen por el roce de un tejido con una superficie o por un campo vibratorio.

DIFUSIÓN FACILITADA

Existe un tipo más de difusión en el cual se  transportan sustancias mas complejas, las  proteínas que realizan este transporte se  conocen como "CARRIER" y se encuentran en  la membrana plasmática o en la membrana  que rodea a las organelas siendo altamente  selectivas. Las proteínas "CARRIER" O

FACILITADORAS son muy similares a las  enzimas que son también altamente  selectivas.

El TRANSPORTE TRANSMEMBRÁNICO también se puede explicar de acuerdo a la dirección de en  la cual se trasporta y de acuerdo a la cantidad de sustancias transportadas, según se puede  apreciar en el siguiente esquema:

Estos mecanismos se pueden encontrar en  proteínas que transportan a favor de gradiente  y en las bombas, las cuales son proteínas que  funcionan en contra de gradiente.

TRANSPORTE ACTIVO:

Es el paso de sustancias químicas a través de la membrana por medio de proteínas integrales EN  CONTRA DE GRADIENTE. En la difusión simple y la difusión facilitada, las moléculas o iones se  mueven a favor de una gradiente electroquímica. La energía potencial de esta gradiente dirige  estos procesos que son, en lo que concierne a la célula, pasivos. En el transporte activo, por el  contrario, las moléculas o los iones se mueven contra una gradiente electroquímica. Para impulsar  el transporte activo es necesaria la energía liberada por reacciones químicas celulares, es decir se  invierte ATP o energía metabólica. 

Por ejemplo la bomba Na+ / K+, este tipo de  transporte necesita de energía ( ATP ). El  transporte activo requiere siempre un gasto  de energía, que en algunos casos es liberada  de la molécula de ATP y en otros casos  proviene de la energía potencial eléctrica  asociada con el gradiente de concentración  de un ión a través de la membrana. Por  ejemplo, la glucosa es transportada desde la luz del intestino al citoplasma de las células  del epitelio intestinal. Este proceso de  absorción de glucosa se realiza aunque la  concentración de glucosa sea mayor en el  interior de la célula, es decir contra su  gradiente de concentración. Este tipo de  transporte es un cotransporte de glucosa y  sodio (Na+). 

La BOMBA DE SODIO-POTASIO está presente en todas las células animales. La mayoría de las  células mantienen una gradiente de concentración de iones sodio (Na+) y potasio (K+) a través de  la membrana celular: el Na+ se mantiene a una concentración más baja dentro de la célula y el K+  se mantiene a una concentración más alta. El gradiente generado por la bomba tiene asociada una  energía potencial eléctrica que puede ser aprovechada en el transporte activo de otras sustancias  que deben atravesar la membrana contra gradiente de concentración. La energía para el  movimiento de la glucosa contra su gradiente de concentración es aportada por la energía  potencial eléctrica asociada al gradiente de concentración de Na+ generado, a su vez, por la  bomba de sodio-potasio.

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