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15.2: Transporte de membranas - Biología

15.2: Transporte de membranas - Biología



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Resumen de la sección

La química de los seres vivos ocurre en soluciones acuosas y equilibrar las concentraciones de esas soluciones es un problema continuo. Algunos materiales se difunden fácilmente a través de la membrana, pero otros se ven obstaculizados y su paso es posible gracias a proteínas especializadas, como canales y transportadores.

Transporte a través de la membrana

Una de las grandes maravillas de la membrana celular es su capacidad para regular la concentración de sustancias dentro de la célula. Estas sustancias incluyen iones como Ca2+, N / A+, K+y Cl; nutrientes que incluyen azúcares, ácidos grasos y aminoácidos; y productos de desecho, particularmente dióxido de carbono (CO2), que debe salir de la celda.

Subproblema de desafío de diseño:

Controlar lo que entra y sale de la celda.

La estructura bicapa lipídica de la membrana proporciona el primer nivel de control. Los fosfolípidos están fuertemente empaquetados y la membrana tiene un interior hidrofóbico. Esta estructura hace que la membrana sea selectivamente permeable. Una membrana que tiene permeabilidad selectiva permite que solo las sustancias que cumplan ciertos criterios pasen a través de él sin ayuda. En el caso de la membrana celular, solo los materiales apolares relativamente pequeños pueden moverse a través de la bicapa lipídica a velocidades biológicamente relevantes (recuerde, las colas lipídicas de la membrana son apolares). Las velocidades de transporte de varias moléculas se tabulan en la sección Membranas. Todas las sustancias que se mueven a través de la membrana lo hacen mediante uno de dos métodos generales, que se clasifican en función de si el proceso de transporte es exergónico o endergónico. Transporte pasivo es el movimiento exergónico de sustancias a través de la membrana. A diferencia de, transporte activo es el movimiento endergónico de sustancias a través de la membrana que se acopla a una reacción exergónica.

Transporte pasivo

Transporte pasivo no requiere que la célula gaste energía. En el transporte pasivo, las sustancias se mueven de un área de mayor concentración a un área de menor concentración, por el gradiente de concentración y energéticamente favorable. Dependiendo de la naturaleza química de la sustancia, diferentes procesos pueden estar asociados con el transporte pasivo.

Difusión

Difusión es un proceso pasivo de transporte. Una sola sustancia tiende a moverse de un área de alta concentración a un área de baja concentración hasta que la concentración es igual en un espacio. Está familiarizado con la difusión de sustancias a través del aire. Por ejemplo, piense en alguien que abre una botella de amoníaco en una habitación llena de gente. El gas amoniaco se encuentra en su concentración más alta en la botella; su concentración más baja se encuentra en los bordes de la habitación. El vapor de amoníaco se difundirá o se esparcirá fuera de la botella y, gradualmente, más y más personas olerán el amoníaco a medida que se esparza. Los materiales se mueven dentro del citosol de la célula por difusión y ciertos materiales se mueven a través de la membrana plasmática por difusión.

Figura 1. La difusión a través de una membrana permeable mueve una sustancia desde un área de alta concentración (líquido extracelular, en este caso) hacia abajo en su gradiente de concentración (hacia el citoplasma). Cada sustancia separada en un medio, como el líquido extracelular, tiene su propio gradiente de concentración, independiente de los gradientes de concentración de otros materiales. Además, cada sustancia se difundirá de acuerdo con ese gradiente. Dentro de un sistema, habrá diferentes tasas de difusión de las diferentes sustancias en el medio (Atribución: Mariana Ruiz Villareal, modificada)

Factores que afectan la difusión

Si no están restringidas, las moléculas se moverán y explorarán el espacio al azar a una velocidad que depende de su tamaño, su forma, su entorno y su energía térmica. Este tipo de movimiento subyace al movimiento difusivo de las moléculas a través del medio en el que se encuentren. La ausencia de un gradiente de concentración no significa que este movimiento se detenga, solo que puede no haber neto movimiento del número de moléculas de un área a otra, una condición conocida como equilibrio dinámico.

Los factores que influyen en la difusión incluyen:

  • Extensión del gradiente de concentración: cuanto mayor sea la diferencia de concentración, más rápida será la difusión. Cuanto más se acerca al equilibrio la distribución del material, más lenta se vuelve la velocidad de difusión.
  • Forma, tamaño y masa de las moléculas que se difunden: Las moléculas grandes y pesadas se mueven más lentamente; por lo tanto, se difunden más lentamente. Lo contrario suele ser cierto para las moléculas más pequeñas y ligeras.
  • Temperatura: Las temperaturas más altas aumentan la energía y por lo tanto el movimiento de las moléculas, aumentando la velocidad de difusión. Las temperaturas más bajas disminuyen la energía de las moléculas, disminuyendo así la velocidad de difusión.
  • Densidad del disolvente: a medida que aumenta la densidad de un disolvente, la velocidad de difusión disminuye. Las moléculas se ralentizan porque tienen más dificultades para atravesar el medio más denso. Si el medio es menos denso, aumentan las tasas de difusión. Dado que las células utilizan principalmente la difusión para mover materiales dentro del citoplasma, cualquier aumento en la densidad del citoplasma disminuirá la velocidad a la que los materiales se mueven en el citoplasma.
  • Solubilidad: como se mencionó anteriormente, los materiales no polares o solubles en lípidos atraviesan las membranas plasmáticas con mayor facilidad que los materiales polares, lo que permite una velocidad de difusión más rápida.
  • Superficie y grosor de la membrana plasmática: el aumento de la superficie aumenta la velocidad de difusión, mientras que una membrana más gruesa la reduce.
  • Distancia recorrida: cuanto mayor es la distancia que debe recorrer una sustancia, más lenta es la velocidad de difusión. Esto impone una limitación superior al tamaño de la celda. Una célula grande y esférica morirá porque los nutrientes o los desechos no pueden alcanzar o salir del centro de la célula, respectivamente. Por lo tanto, las células deben ser de tamaño pequeño, como en el caso de muchos procariotas, o aplanadas, como ocurre con muchos eucariotas unicelulares.

Transporte facilitado

En transporte facilitado, también llamada difusión facilitada, los materiales se difunden a través de la membrana plasmática con la ayuda de proteínas de membrana. Existe un gradiente de concentración que permite que estos materiales se difundan dentro o fuera de la célula sin gastar energía celular. En el caso de que los materiales sean iones o moléculas polares, compuestos que son repelidos por las partes hidrófobas de la membrana celular, las proteínas de transporte facilitado ayudan a proteger estos materiales de la fuerza repulsiva de la membrana, lo que les permite difundirse en la célula.

Nota: posible debate

Compare y contraste la difusión pasiva y la difusión facilitada.

Canales

Las proteínas integrales involucradas en el transporte facilitado se denominan colectivamente como proteínas de transporte, y funcionan como canales para el material o portadores. En ambos casos, son proteínas transmembrana. Las diferentes proteínas de canal tienen diferentes propiedades de transporte. Algunos han evolucionado para tener una especificidad muy alta por la sustancia que se transporta, mientras que otros transportan una variedad de moléculas que comparten algunas características comunes. El "pasillo" interior de proteínas de canal han evolucionado para proporcionar una barrera de baja energía para el transporte de sustancias a través de la membrana a través de la disposición complementaria de los grupos funcionales de aminoácidos (tanto de la columna vertebral como de las cadenas laterales). El paso a través del canal permite que los compuestos polares eviten la capa central apolar de la membrana plasmática que de otro modo ralentizaría o impediría su entrada en la célula. Si bien en un momento dado, cantidades significativas de agua atraviesan la membrana tanto hacia adentro como hacia afuera, la velocidad de transporte de las moléculas de agua individuales puede no ser lo suficientemente rápida para adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes. Para tales casos, la naturaleza ha desarrollado una clase especial de proteínas de membrana llamadas acuaporinas que permiten que el agua pase a través de la membrana a una velocidad muy alta.

Figura 2: El transporte facilitado hace que las sustancias desciendan por sus gradientes de concentración. Pueden atravesar la membrana plasmática con la ayuda de las proteínas del canal. (Atribución: Mariana Ruiz Villareal, modificada).

Las proteínas del canal están abiertas en todo momento o están "cerradas". Este último controla la apertura del canal. Varios mecanismos pueden estar involucrados en el mecanismo de activación. Por ejemplo, la unión de un ión específico o una molécula pequeña a la proteína del canal puede desencadenar la apertura. Los cambios en la "tensión" de la membrana local o los cambios en el voltaje a través de la membrana también pueden ser desencadenantes para abrir o cerrar un canal.

Diferentes organismos y tejidos en especies multicelulares expresan diferentes conjuntos de proteínas de canal en sus membranas dependiendo de los entornos en los que viven o de la función especializada que desempeñan en un organismo. Esto proporciona a cada tipo de célula un perfil de permeabilidad de membrana único que evoluciona para complementar sus "necesidades" (nótese el antropomorfismo). Por ejemplo, en algunos tejidos, los iones de sodio y cloruro pasan libremente a través de canales abiertos, mientras que en otros tejidos se debe abrir una puerta para permitir el paso. Esto ocurre en el riñón, donde ambas formas de canales se encuentran en diferentes partes de los túbulos renales. Las células involucradas en la transmisión de impulsos eléctricos, como las células nerviosas y musculares, tienen canales abiertos para el sodio, potasio y calcio en sus membranas. La apertura y cierre de estos canales cambia las concentraciones relativas en los lados opuestos de la membrana de estos iones, lo que resulta en un cambio en el potencial eléctrico a través de la membrana que conduce a la propagación del mensaje en el caso de las células nerviosas o en la contracción muscular en el caso de las células musculares. .

Proteínas Carrie

Otro tipo de proteína incrustada en la membrana plasmática es una proteína transportadora. Esta proteína, con el nombre adecuado, se une a una sustancia y, al hacerlo, desencadena un cambio de su propia forma, moviendo la molécula unida desde el exterior de la célula hacia su interior; dependiendo del gradiente, el material puede moverse en la dirección opuesta. Las proteínas portadoras son típicamente específicas para una sola sustancia. Esta selectividad se suma a la selectividad general de la membrana plasmática. El mecanismo de función a escala molecular de estas proteínas sigue siendo poco conocido.

Figura 3: Algunas sustancias pueden descender por su gradiente de concentración a través de la membrana plasmática con la ayuda de proteínas transportadoras. Las proteínas transportadoras cambian de forma a medida que mueven moléculas a través de la membrana. (Atribución: Mariana Ruiz Villareal, modificada).

Las proteínas transportadoras juegan un papel importante en la función de los riñones. La glucosa, el agua, las sales, los iones y los aminoácidos que necesita el cuerpo se filtran en una parte del riñón. Este filtrado, que incluye glucosa, luego se reabsorbe en otra parte del riñón con la ayuda de proteínas transportadoras. Debido a que solo hay un número finito de proteínas transportadoras de glucosa, si hay más glucosa presente en el filtrado de la que las proteínas pueden manejar, el exceso no se reabsorbe y se excreta del cuerpo a través de la orina. En un individuo diabético, esto se describe como "derramar glucosa en la orina". Un grupo diferente de proteínas transportadoras llamadas proteínas transportadoras de glucosa, o GLUT, están involucradas en el transporte de glucosa y otros azúcares hexosa a través de las membranas plasmáticas dentro del cuerpo.

Las proteínas transportadoras y de canal transportan materiales a diferentes velocidades. Las proteínas de canal se transportan mucho más rápidamente que las proteínas transportadoras. Las proteínas de canal facilitan la difusión a una velocidad de decenas de millones de moléculas por segundo, mientras que las proteínas transportadoras funcionan a una velocidad de mil a un millón de moléculas por segundo.

Nota: una nota de agradecimiento

Las tasas de transporte que acabamos de comentar son asombrosas. Recuerde que estos catalizadores moleculares están en la escala de decenas de nanómetros (10-9 metros) y que están compuestos por una cadena auto-plegable de 20 aminoácidos y la selección relativamente pequeña de grupos funcionales químicos que llevan.

Ósmosis

Ósmosis es el movimiento del agua a través de una membrana semipermeable según el gradiente de concentración de agua a través de la membrana, que es inversamente proporcional a la concentración de solutos. Mientras que la difusión transporta material a través de las membranas y dentro de las células, la ósmosis transporta solo agua a través de una membrana y la membrana limita la difusión de solutos en el agua. No es sorprendente que las acuaporinas que facilitan el movimiento del agua desempeñen un papel importante en la ósmosis, principalmente en los glóbulos rojos y las membranas de los túbulos renales.

Mecanismo

La ósmosis es un caso especial de difusión. El agua, como otras sustancias, se mueve de un área de alta concentración a una de baja concentración. Una pregunta obvia es ¿qué hace que el agua se mueva? Imagínese un vaso de precipitados con una membrana semipermeable que separa los dos lados o mitades. En ambos lados de la membrana, el nivel del agua es el mismo, pero hay diferentes concentraciones de una sustancia disuelta, o sustancia disoluta, que no puede atravesar la membrana (de lo contrario, las concentraciones en cada lado se equilibrarían con el soluto que atraviesa la membrana). Si el volumen de la solución en ambos lados de la membrana es el mismo, pero las concentraciones de soluto son diferentes, entonces hay diferentes cantidades de agua, el solvente, a cada lado de la membrana.

Figura 4: En ósmosis, el agua siempre se mueve de un área de mayor concentración de agua a una de menor concentración. En el diagrama que se muestra, el soluto no puede atravesar la membrana selectivamente permeable, pero el agua sí.

Para ilustrar esto, imagine dos vasos llenos de agua. Uno tiene una sola cucharadita de azúcar, mientras que el segundo contiene un cuarto de taza de azúcar. Si el volumen total de las soluciones en ambas tazas es el mismo, ¿cuál taza contiene más agua? Debido a que la gran cantidad de azúcar en la segunda taza ocupa mucho más espacio que la cucharadita de azúcar en la primera taza, la primera taza contiene más agua.

Volviendo al ejemplo del vaso de precipitados, recuerde que tiene una mezcla de solutos a cada lado de la membrana. Un principio de difusión es que las moléculas se mueven y se esparcirán uniformemente por todo el medio si pueden. Sin embargo, solo el material capaz de atravesar la membrana se difundirá a través de ella. En este ejemplo, el soluto no puede difundirse a través de la membrana, pero el agua sí. El agua tiene un gradiente de concentración en este sistema. Por lo tanto, el agua se difundirá por su gradiente de concentración, cruzando la membrana hacia el lado donde está menos concentrada. Esta difusión de agua a través de la membrana, la ósmosis, continuará hasta que el gradiente de concentración de agua llegue a cero o hasta que la presión hidrostática del agua equilibre la presión osmótica. La ósmosis procede constantemente en los sistemas vivos.

Tonicidad

Tonicidad describe cómo una solución extracelular puede cambiar el volumen de una célula al afectar la ósmosis. La tonicidad de una solución a menudo se correlaciona directamente con la osmolaridad de la solución. Osmolaridad describe la concentración total de soluto de la solución. Una solución con baja osmolaridad tiene un mayor número de moléculas de agua en relación con el número de partículas de soluto; una solución con alta osmolaridad tiene menos moléculas de agua con respecto a las partículas de soluto. En una situación en la que las soluciones de dos osmolaridades diferentes están separadas por una membrana permeable al agua, aunque no al soluto, el agua se moverá desde el lado de la membrana con menor osmolaridad (y más agua) hacia el lado con mayor osmolaridad (y menos agua). Este efecto tiene sentido si recuerda que el soluto no puede moverse a través de la membrana y, por lo tanto, el único componente del sistema que puede moverse, el agua, se mueve a lo largo de su propio gradiente de concentración. Una distinción importante que concierne a los sistemas vivos es que la osmolaridad mide el número de partículas (que pueden ser moléculas) en una solución. Por lo tanto, una solución que está turbia con células puede tener una osmolaridad más baja que una solución que es transparente, si la segunda solución contiene más moléculas disueltas que células.

Soluciones hipotónicas

Se utilizan tres términos, hipotónico, isotónico e hipertónico, para relacionar la osmolaridad de una célula con la osmolaridad del líquido extracelular que contiene las células. en un hipotónicoEn esta situación, el líquido extracelular tiene menor osmolaridad que el líquido dentro de la célula y el agua entra en la célula. (En los sistemas vivos, el punto de referencia es siempre el citoplasma, por lo que el prefijo hipo- significa que el líquido extracelular tiene una menor concentración de solutos, o una menor osmolaridad, que el citoplasma celular. También significa que el líquido extracelular tiene una mayor concentración de agua en la solución que la célula. En esta situación, el agua seguirá su gradiente de concentración y entrará en la celda.

Soluciones hipertónicas

En cuanto a un hipertónico solución, el prefijo hiper- se refiere al líquido extracelular que tiene una osmolaridad más alta que el citoplasma de la célula; por lo tanto, el líquido contiene menos agua que la celda. Debido a que la celda tiene una concentración de agua relativamente más alta, el agua saldrá de la celda.

Soluciones isotónicas

En un isotónico solución, el líquido extracelular tiene la misma osmolaridad que la célula. Si la osmolaridad de la célula coincide con la del líquido extracelular, no habrá movimiento neto de agua dentro o fuera de la célula, aunque el agua seguirá entrando y saliendo. Los glóbulos y las células vegetales en soluciones hipertónicas, isotónicas e hipotónicas adquieren apariencias características.

Conexión:

Figura 5: La presión osmótica cambia la forma de los glóbulos rojos en soluciones hipertónicas, isotónicas e hipotónicas. (crédito: Mariana Ruiz Villareal)

Un médico inyecta a un paciente lo que el médico cree que es una solución salina isotónica. El paciente muere y una autopsia revela que se han destruido muchos glóbulos rojos. ¿Cree que la solución que le inyectó el médico fue realmente isotónica?

Enlace al aprendizaje:

Para ver un video que ilustra el proceso de difusión de soluciones, visite este sitio.

Tonicidad en sistemas vivos

En un entorno hipotónico, el agua entra en una célula y la célula se hincha. En una condición isotónica, las concentraciones relativas de soluto y solvente son iguales en ambos lados de la membrana.No hay movimiento neto de agua; por lo tanto, no hay ningún cambio en el tamaño de la celda. En una solución hipertónica, el agua sale de una célula y la célula se encoge. Si la hipo o la hipercondición se vuelven excesivas, las funciones de la célula se ven comprometidas y la célula puede ser destruida.

Un glóbulo rojo estallará, o se lisará, cuando se hincha más allá de la capacidad de expansión de la membrana plasmática. Recuerde, la membrana se asemeja a un mosaico, con espacios discretos entre las moléculas que la componen. Si la célula se hincha y los espacios entre los lípidos y las proteínas se vuelven demasiado grandes, la célula se romperá.

Por el contrario, cuando una cantidad excesiva de agua sale de un glóbulo rojo, la célula se encoge o crena. Esto tiene el efecto de concentrar los solutos que quedan en la célula, haciendo que el citosol sea más denso e interfiriendo con la difusión dentro de la célula. La capacidad de la célula para funcionar se verá comprometida y también puede resultar en la muerte de la célula.

Varios seres vivos tienen formas de controlar los efectos de la ósmosis, un mecanismo llamado osmorregulación. Algunos organismos, como plantas, hongos, bacterias y algunos protistas, tienen paredes celulares que rodean la membrana plasmática y previenen la lisis celular en una solución hipotónica. La membrana plasmática solo puede expandirse hasta el límite de la pared celular, por lo que la célula no se lisará. De hecho, el citoplasma de las plantas siempre es ligeramente hipertónico al entorno celular y el agua siempre entrará en una célula si hay agua disponible. Esta entrada de agua produce una presión de turgencia que endurece las paredes celulares de la planta. En plantas no leñosas, la presión de turgencia apoya la planta. Por el contrario, si la planta no se riega, el líquido extracelular se volverá hipertónico, lo que hará que el agua salga de la célula. En esta condición, la celda no se encoge porque la pared celular no es flexible. Sin embargo, la membrana celular se desprende de la pared y contrae el citoplasma. Se llama plasmólisis. Las plantas pierden presión de turgencia en esta condición y se marchitan.

Figura 6: La presión de turgencia dentro de una célula vegetal depende de la tonicidad de la solución en la que se baña. (Crédito: modificación del trabajo de Mariana Ruiz Villareal)
Figura 7: Sin agua adecuada, la planta de la izquierda ha perdido la presión de turgencia, visible en su marchitamiento; la presión de turgencia se restaura regando (derecha). (crédito: Victor M. Vicente Selvas)

Muchos invertebrados marinos tienen niveles internos de sal adaptados a su entorno, lo que los hace isotónicos con el agua en la que viven. Los peces, sin embargo, deben gastar aproximadamente el cinco por ciento de su energía metabólica para mantener la homeostasis osmótica. Los peces de agua dulce viven en un ambiente que es hipotónico para sus células. Estos peces ingieren sal activamente a través de sus branquias y excretan orina diluida para eliminar el exceso de agua. Los peces de agua salada viven en el ambiente inverso, que es hipertónico para sus células, y secretan sal a través de sus branquias y excretan orina altamente concentrada.

En los vertebrados, los riñones regulan la cantidad de agua en el cuerpo. Los osmorreceptores son células especializadas en el cerebro que controlan la concentración de solutos en la sangre. Si los niveles de solutos aumentan más allá de cierto rango, se libera una hormona que retarda la pérdida de agua a través del riñón y diluye la sangre a niveles más seguros. Los animales también tienen altas concentraciones de albúmina, que es producida por el hígado, en su sangre. Esta proteína es demasiado grande para pasar fácilmente a través de las membranas plasmáticas y es un factor importante en el control de las presiones osmóticas aplicadas a los tejidos.

Ejercicio 1

Un médico inyecta a un paciente lo que el médico cree que es una solución salina isotónica. ¿Cree que la solución que le inyectó el médico fue realmente isotónica?

Preguntas de revisión

Ejercicio 2

La fuerza principal que impulsa el movimiento de difusión es el __________.

  1. temperatura
  2. tamaño de partícula
  3. gradiente de concentración
  4. superficie de la membrana

Ejercicio 3

¿Qué problema enfrentan los organismos que viven en agua dulce?

  1. Sus cuerpos tienden a absorber demasiada agua.
  2. No tienen forma de controlar su tonicidad.
  3. Solo el agua salada plantea problemas a los animales que viven en ella.
  4. Sus cuerpos tienden a perder demasiada agua en su entorno.

Respuesta libre

Ejercicio 4

¿Por qué el agua se mueve a través de una membrana?

Transporte activo

Resumen de la sección

El gradiente combinado que afecta a un ion incluye su gradiente de concentración y su gradiente eléctrico. Un ión positivo, por ejemplo, podría tender a difundirse en una nueva área, por su gradiente de concentración, pero si se difunde en un área de carga neta positiva, su difusión se verá obstaculizada por su gradiente eléctrico. Cuando se trata de iones en soluciones acuosas, se debe considerar una combinación de gradientes electroquímicos y de concentración, en lugar de solo el gradiente de concentración. Las células vivas necesitan ciertas sustancias que existen dentro de la célula en concentraciones mayores que las que existen en el espacio extracelular. Mover sustancias por sus gradientes electroquímicos requiere energía de la celda. El transporte activo utiliza energía almacenada en ATP para alimentar este transporte. El transporte activo de materiales de tamaño molecular pequeño utiliza proteínas integrales en la membrana celular para mover los materiales: estas proteínas son análogas a las bombas. Algunas bombas, que realizan transporte activo primario, se acoplan directamente al ATP para impulsar su acción. En el co-transporte (o transporte activo secundario), la energía del transporte primario se puede utilizar para mover otra sustancia al interior de la célula y ascender por su gradiente de concentración.

Transporte activo

Transporte activo Los mecanismos requieren el uso de la energía celular, generalmente en forma de trifosfato de adenosina (ATP). Si una sustancia debe entrar en la célula contra su gradiente de concentración, es decir, si la concentración de la sustancia dentro de la célula es mayor que su concentración en el líquido extracelular (y viceversa), la célula debe usar energía para mover la sustancia. Algunos mecanismos de transporte activo mueven materiales de pequeño peso molecular, como los iones, a través de la membrana. Otros mecanismos transportan moléculas mucho más grandes.

Moverse contra un degradado

Para mover sustancias contra una concentración o gradiente electroquímico, la celda debe usar energía. Esta energía se obtiene del ATP generado a través del metabolismo celular. Mecanismos de transporte activos, denominados colectivamente zapatillas, trabajan contra gradientes electroquímicos. Pequeñas sustancias pasan constantemente a través de las membranas plasmáticas. El transporte activo mantiene las concentraciones de iones y otras sustancias que necesitan las células vivas frente a estos movimientos pasivos. Gran parte del suministro de energía metabólica de una célula se puede gastar en el mantenimiento de estos procesos. (La mayor parte de la energía metabólica de un glóbulo rojo se usa para mantener el desequilibrio entre los niveles de sodio y potasio exterior e interior que requiere la célula). Debido a que los mecanismos de transporte activo dependen del metabolismo de la célula para obtener energía, son sensibles a muchos venenos metabólicos que interfieren con el suministro de ATP.

Existen dos mecanismos para el transporte de material de pequeño peso molecular y moléculas pequeñas. Transporte activo primario mueve iones a través de una membrana y crea una diferencia de carga a través de esa membrana, que depende directamente del ATP. Transporte activo secundario describe el movimiento de material que se debe al gradiente electroquímico establecido por el transporte activo primario que no requiere ATP directamente.

Proteínas portadoras para transporte activo

Una adaptación importante de la membrana para el transporte activo es la presencia de proteínas transportadoras o bombas específicas para facilitar el movimiento: existen tres tipos de estas proteínas o transportadores. A uniportador lleva un ion o molécula específicos. A simportador lleva dos iones o moléculas diferentes, ambos en la misma dirección. Un antiportador también lleva dos iones o moléculas diferentes, pero en diferentes direcciones. Todos estos transportadores también pueden transportar moléculas orgánicas pequeñas no cargadas como la glucosa. Estos tres tipos de proteínas transportadoras también se encuentran en difusión facilitada, pero no requieren ATP para funcionar en ese proceso. Algunos ejemplos de bombas para transporte activo son Na+-K+ ATPasa, que transporta iones de sodio y potasio, y H+-K+ ATPasa, que transporta iones de hidrógeno y potasio. Ambas son proteínas transportadoras antiportadoras. Otras dos proteínas transportadoras son Ca2+ ATPasa y H+ ATPasa, que transporta solo calcio y solo iones de hidrógeno, respectivamente. Ambos son bombas.

Figura 9: Un uniportador lleva una molécula o ión. Un simportador transporta dos moléculas o iones diferentes, ambos en la misma dirección. Un antiportador también transporta dos moléculas o iones diferentes, pero en direcciones diferentes. (crédito: modificación del trabajo de “Lupask” / Wikimedia Commons)

Transporte activo primario

En el transporte activo primario, la energía se deriva directamente de la descomposición del ATP. A menudo, el transporte activo primario, como el que se muestra a continuación, que funciona para transportar iones de sodio y potasio, permite que se produzca el transporte activo secundario (que se analiza en la sección siguiente). El segundo método de transporte todavía se considera activo porque depende del uso de energía del transporte primario.

Figura 10: El transporte activo primario mueve iones a través de una membrana, creando un gradiente electroquímico (transporte electrogénico). (crédito: modificación del trabajo de Mariana Ruiz Villareal)

Una de las bombas más importantes en las células animales es la bomba de sodio-potasio (Na+-K+ ATPasa), que mantiene el gradiente electroquímico (y las concentraciones correctas de Na+ y K+) en células vivas. La bomba de sodio-potasio mueve K+ en la celda mientras mueve Na+ al mismo tiempo, en una proporción de tres Na+ por cada dos K+ iones entraron. El Na+-K+ La ATPasa existe en dos formas, dependiendo de su orientación hacia el interior o exterior de la célula y su afinidad por los iones de sodio o potasio. El proceso consta de los siguientes seis pasos.

  1. Con la enzima orientada hacia el interior de la célula, el portador tiene una alta afinidad por los iones de sodio. Tres iones se unen a la proteína.
  2. El ATP es hidrolizado por la proteína transportadora y se le adhiere un grupo fosfato de baja energía.
  3. Como resultado, el portador cambia de forma y se reorienta hacia el exterior de la membrana. La afinidad de la proteína por el sodio disminuye y los tres iones de sodio abandonan el portador.
  4. El cambio de forma aumenta la afinidad del portador por los iones de potasio y dos de estos iones se unen a la proteína. Posteriormente, el grupo fosfato de baja energía se separa del portador.
  5. Con el grupo fosfato eliminado y los iones de potasio unidos, la proteína transportadora se reposiciona hacia el interior de la célula.
  6. La proteína transportadora, en su nueva configuración, tiene una menor afinidad por el potasio y los dos iones se liberan en el citoplasma. La proteína ahora tiene una mayor afinidad por los iones de sodio y el proceso comienza de nuevo.

Varias cosas han sucedido como resultado de este proceso. En este punto, hay más iones de sodio fuera de la célula que dentro y más iones de potasio dentro que fuera. Por cada tres iones de sodio que se mueven, entran dos iones de potasio. Esto hace que el interior sea un poco más negativo en relación con el exterior. Esta diferencia de cargo es importante para crear las condiciones necesarias para el proceso secundario. La bomba de sodio-potasio es, por tanto, una bomba electrogénica (una bomba que crea un desequilibrio de carga), creando un desequilibrio eléctrico a través de la membrana y contribuyendo al potencial de la membrana.

Enlace al aprendizaje

Visite el sitio para ver una simulación del transporte activo en una ATPasa de sodio y potasio.

Transporte Activo Secundario (Co-transporte)

El transporte activo secundario trae iones de sodio y posiblemente otros compuestos al interior de la célula. A medida que las concentraciones de iones de sodio se acumulan fuera de la membrana plasmática debido a la acción del proceso de transporte activo primario, se crea un gradiente electroquímico. Si existe una proteína de canal y está abierta, los iones de sodio pasarán a través de la membrana. Este movimiento se utiliza para transportar otras sustancias que pueden unirse a la proteína de transporte a través de la membrana. Muchos aminoácidos, así como la glucosa, ingresan a la célula de esta manera. Este proceso secundario también se utiliza para almacenar iones de hidrógeno de alta energía en las mitocondrias de células vegetales y animales para la producción de ATP. La energía potencial que se acumula en los iones de hidrógeno almacenados se traduce en energía cinética a medida que los iones surgen a través de la proteína de canal ATP sintasa, y esa energía se utiliza para convertir ADP en ATP.

Figura 11: Un gradiente electroquímico, creado por el transporte activo primario, puede mover otras sustancias en contra de sus gradientes de concentración, un proceso llamado cotransporte o transporte activo secundario. (crédito: modificación del trabajo de Mariana Ruiz Villareal)

Si el pH fuera de la célula disminuye, ¿esperaría que la cantidad de aminoácidos transportados a la célula aumente o disminuya?

Conexiones

Ejercicio 5

La inyección de una solución de potasio en la sangre de una persona es letal; esto se usa en la pena capital y la eutanasia. ¿Por qué cree que una inyección de solución de potasio es letal?

Ejercicio 6

Si el pH fuera de la célula disminuye, ¿esperaría que la cantidad de aminoácidos transportados a la célula aumente o disminuya?

Preguntas de revisión

Ejercicio 7

El transporte activo debe funcionar continuamente porque __________.

  1. las membranas plasmáticas se desgastan
  2. no todas las membranas son anfifílicas
  3. transporte facilitado se opone al transporte activo
  4. La difusión está en constante movimiento de solutos en direcciones opuestas.

Ejercicio 8

¿Cómo hace la bomba de sodio-potasio que el interior de la célula se cargue negativamente?

  1. expulsando aniones
  2. tirando aniones
  3. expulsando más cationes de los que se ingieren
  4. absorbiendo y expulsando un número igual de cationes

Ejercicio 9

¿Cómo se llama la combinación de un gradiente eléctrico y un gradiente de concentración?

  1. gradiente potencial
  2. potencial eléctrico
  3. potencial de concentración
  4. gradiente electroquímico

Respuesta libre

Ejercicio 10

¿De dónde obtiene la célula la energía para los procesos de transporte activo?

Ejercicio 11

¿Cómo contribuye la bomba de sodio-potasio a la carga negativa neta del interior de la célula?


Biología

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Figura 1. Estructura de fosfolípidos. Una molécula de fosfolípido consta de una "cabeza" de fosfato polar, que es hidrófila y una "cola" de lípidos no polares, que es hidrófoba. Los ácidos grasos insaturados producen torceduras en las colas hidrófobas.

los membrana celular es una estructura extremadamente flexible compuesta principalmente de fosfolípidos consecutivos (una "bicapa"). El colesterol también está presente, lo que contribuye a la fluidez de la membrana, y hay varias proteínas incrustadas dentro de la membrana que tienen una variedad de funciones. Una sola molécula de fosfolípido tiene un grupo fosfato en un extremo, llamado "cabeza", y dos cadenas de ácidos grasos una al lado de la otra que forman las colas lipídicas (Figura 1). El grupo fosfato está cargado negativamente, lo que hace que la cabeza sea polar e hidrófila, o "amante del agua".

A hidrofílico molécula (o región de una molécula) es aquella que se siente atraída por el agua. Por tanto, las cabezas de fosfato son atraídas por las moléculas de agua de los entornos extracelular e intracelular. Las colas de lípidos, por otro lado, no están cargadas o son apolares, y son hidrófobas o "temerosas del agua".

A hidrofóbico molécula (o región de una molécula) se repele y es repelida por el agua. Algunas colas de lípidos consisten en ácidos grasos saturados y algunas contienen ácidos grasos insaturados. Esta combinación se suma a la fluidez de las colas que están en constante movimiento. Los fosfolípidos son, por tanto, moléculas anfipáticas.

Un anfipático La molécula es aquella que contiene una región tanto hidrófila como hidrófoba. De hecho, el jabón funciona para eliminar las manchas de aceite y grasa porque tiene propiedades anfipáticas. La porción hidrófila se puede disolver en agua mientras que la porción hidrófoba puede atrapar grasa en micelas que luego se pueden lavar.

Figura 2. Bicapa de fospolípidos. La bicapa de fosfolípidos consta de dos láminas adyacentes de fosfolípidos, dispuestas cola con cola. Las colas hidrofóbicas se asocian entre sí, formando el interior de la membrana. Las cabezas polares entran en contacto con el fluido dentro y fuera de la celda.

La membrana celular consta de dos capas adyacentes de fosfolípidos. Las colas de lípidos de una capa se enfrentan a las colas de lípidos de la otra capa, encontrándose en la interfaz de las dos capas. Las cabezas de fosfolípidos miran hacia afuera, una capa expuesta al interior de la celda y una capa expuesta al exterior (Figura 2).

Debido a que los grupos fosfato son polares e hidrófilos, son atraídos por el agua del líquido intracelular. Líquido intracelular (ICF) es el interior fluido de la celda. Los grupos fosfato también son atraídos por el líquido extracelular. Líquido extracelular (ECF) es el entorno fluido fuera del recinto de la membrana celular. Líquido intersticial (IF) es el término que se le da al líquido extracelular que no se encuentra dentro de los vasos sanguíneos. Debido a que las colas lipídicas son hidrófobas, se encuentran en la región interna de la membrana, excluyendo el líquido intracelular y extracelular acuoso de este espacio. La membrana celular tiene muchas proteínas, así como otros lípidos (como el colesterol), que están asociados con la bicapa de fosfolípidos. Una característica importante de la membrana es que permanece fluida; los lípidos y las proteínas de la membrana celular no están rígidamente bloqueados en su lugar.

Proteínas de membrana

La bicapa lipídica forma la base de la membrana celular, pero está salpicada de varias proteínas. Dos tipos diferentes de proteínas que se asocian comúnmente con la membrana celular son las proteínas integrales y la proteína periférica (Figura 3). Como sugiere su nombre, un Proteína integral es una proteína que está incrustada en la membrana. A proteína de canal es un ejemplo de una proteína integral que permite selectivamente que materiales particulares, como ciertos iones, entren o salgan de la célula.

Figura 3. Membrana celular. La membrana celular de la célula es una bicapa de fosfolípidos que contiene muchos componentes moleculares diferentes, incluidas proteínas y colesterol, algunos con grupos de carbohidratos unidos.

Otro grupo importante de proteínas integrales son las proteínas de reconocimiento celular, que sirven para marcar la identidad de una célula para que pueda ser reconocida por otras células. A receptor es un tipo de proteína de reconocimiento que puede unirse selectivamente a una molécula específica fuera de la célula, y esta unión induce una reacción química dentro de la célula. A ligando es la molécula específica que se une a un receptor y lo activa. Algunas proteínas integrales cumplen funciones duales como receptor y canal iónico. Un ejemplo de interacción receptor-ligando son los receptores de las células nerviosas que se unen a neurotransmisores, como la dopamina. Cuando una molécula de dopamina se une a una proteína receptora de dopamina, se abre un canal dentro de la proteína transmembrana para permitir que ciertos iones fluyan hacia la célula.

Algunas proteínas integrales de la membrana son glicoproteínas. A glicoproteína es una proteína que tiene moléculas de carbohidratos unidas, que se extienden hacia la matriz extracelular. Las etiquetas de carbohidratos adjuntas a las glicoproteínas ayudan en el reconocimiento celular. Los carbohidratos que se extienden desde las proteínas de la membrana e incluso desde algunos lípidos de la membrana forman colectivamente el glucocáliz.

los glucocáliz es una capa de apariencia borrosa alrededor de la célula formada a partir de glicoproteínas y otros carbohidratos adheridos a la membrana celular. El glucocáliz puede tener varias funciones. Por ejemplo, puede tener moléculas que permitan que la célula se una a otra célula, puede contener receptores para hormonas o puede tener enzimas para descomponer los nutrientes. Los glicocálculos que se encuentran en el cuerpo de una persona son productos de la composición genética de esa persona. Le dan a cada uno de los billones de células del individuo la "identidad" de pertenencia al cuerpo de la persona. Esta identidad es la forma principal en que las células de defensa inmunológica de una persona "saben" que no deben atacar las células del propio cuerpo de la persona, pero también es la razón por la que los órganos donados por otra persona pueden ser rechazados.

Proteínas periféricas se encuentran típicamente en la superficie interna o externa de la bicapa lipídica, pero también se pueden unir a la superficie interna o externa de una proteína integral. Estas proteínas suelen realizar una función específica para la célula. Algunas proteínas periféricas en la superficie de las células intestinales, por ejemplo, actúan como enzimas digestivas para descomponer los nutrientes en tamaños que pueden pasar a través de las células hacia el torrente sanguíneo.

Transporte a través de la membrana celular

Una de las grandes maravillas de la membrana celular es su capacidad para regular la concentración de sustancias dentro de la célula. Estas sustancias incluyen iones como Ca 2+, Na +, K + y Cl - nutrientes que incluyen azúcares, ácidos grasos y aminoácidos y productos de desecho, particularmente dióxido de carbono (CO2), que debe salir de la celda. La estructura bicapa lipídica de la membrana proporciona el primer nivel de control. Los fosfolípidos están fuertemente empaquetados y la membrana tiene un interior hidrofóbico. Esta estructura hace que la membrana sea selectivamente permeable.

Permeabilidad selectiva

Una membrana que tiene permeabilidad selectiva permite que solo las sustancias que cumplan ciertos criterios pasen a través de él sin ayuda. En el caso de la membrana celular, solo los materiales apolares relativamente pequeños pueden moverse a través de la bicapa lipídica (recuerde, las colas lipídicas de la membrana son apolares). Algunos ejemplos de estos son otros lípidos, gases de oxígeno y dióxido de carbono y alcohol. Sin embargo, los materiales solubles en agua, como la glucosa, los aminoácidos y los electrolitos, necesitan algo de ayuda para cruzar la membrana porque son repelidos por las colas hidrófobas de la bicapa de fosfolípidos. Todas las sustancias que se mueven a través de la membrana lo hacen mediante uno de dos métodos generales, que se clasifican en función de si se requiere energía o no.

Paso pasivo y activo a través de la membrana celular

Transporte pasivo es el movimiento de sustancias a través de la membrana sin gasto de energía celular. A diferencia de, transporte activo es el movimiento de sustancias a través de la membrana utilizando energía del trifosfato de adenosina (ATP).

Transporte pasivo

Los procesos pasivos no utilizan ATP, pero necesitan algún tipo de fuerza impulsora. Suele ser de energía cinética en forma de gradiente de concentración. Las moléculas tenderán a moverse de concentraciones altas a bajas por el movimiento aleatorio de moléculas. Hay 3 tipos principales de procesos pasivos.

En orden para entender cómo Las sustancias se mueven pasivamente a través de la membrana celular, es necesario comprender los gradientes de concentración y la difusión. A gradiente de concentración es la diferencia de concentración de una sustancia en un espacio. Las moléculas (o iones) se esparcirán / difundirán desde donde están más concentradas hasta donde están menos concentradas hasta que se distribuyan por igual en ese espacio. (Cuando las moléculas se mueven de esta manera, se dice que se mueven abajo su gradiente de concentración.) Difusión es el movimiento de partículas de un área de mayor concentración a un área de menor concentración. Un par de ejemplos comunes ayudarán a ilustrar este concepto. Imagínese estar dentro de un baño cerrado. Si se rociara una botella de perfume, las moléculas de olor se difundirían naturalmente desde el lugar donde dejaron la botella a todos los rincones del baño, y esta difusión continuaría hasta que no quedara más gradiente de concentración. Otro ejemplo es una cucharada de azúcar colocada en una taza de té. Con el tiempo, el azúcar se difundirá por todo el té hasta que no quede ningún gradiente de concentración. En ambos casos, si la habitación es más cálida o el té más caliente, la difusión ocurre aún más rápido ya que las moléculas chocan entre sí y se extienden más rápido que a temperaturas más frías. Tener una temperatura corporal interna de alrededor de 98.6 ° F también ayuda en la difusión de partículas dentro del cuerpo.

Siempre que una sustancia exista en mayor concentración en un lado de una membrana semipermeable, como las membranas celulares, cualquier sustancia que pueda descender por su gradiente de concentración a través de la membrana lo hará. Considere las sustancias que pueden difundirse fácilmente a través de la bicapa lipídica de la membrana celular, como los gases oxígeno (O2) y compañía2. O2 generalmente se difunde en las células porque está más concentrado fuera de ellas, y el CO2 normalmente se difunde fuera de las células porque está más concentrado dentro de ellas. Ninguno de estos ejemplos requiere energía por parte de la célula y, por lo tanto, utilizan el transporte pasivo para moverse a través de la membrana. Antes de continuar, debe revisar los gases que pueden difundirse a través de la membrana celular. Debido a que las células consumen oxígeno rápidamente durante el metabolismo, generalmente hay una concentración más baja de O2 dentro de la celda que fuera. Como resultado, el oxígeno se difundirá desde el líquido intersticial directamente a través de la bicapa lipídica de la membrana y hacia el citoplasma dentro de la célula. Por otro lado, debido a que las células producen CO2 como subproducto del metabolismo, CO2 las concentraciones aumentan dentro del citoplasma, por lo tanto, CO2 pasará de la célula a través de la bicapa lipídica y al líquido intersticial, donde su concentración es menor. Este mecanismo de dispersión de moléculas desde donde están más concentradas hasta donde están menos concentradas es una forma de transporte pasivo llamado difusión simple (Figura 4).

Figura 4. Difusión simple a través de la membrana celular (plasma). La estructura de la bicapa lipídica permite que solo pequeñas sustancias no polares, como el oxígeno y el dióxido de carbono, pasen a través de la membrana celular, en su gradiente de concentración, por simple difusión.

Los solutos disueltos en agua a ambos lados de la membrana celular tenderán a difundirse en sus gradientes de concentración, pero debido a que la mayoría de las sustancias no pueden pasar libremente a través de la bicapa lipídica de la membrana celular, su movimiento está restringido a los canales de proteínas y a los mecanismos de transporte especializados en la membrana. . Difusión facilitada es el proceso de difusión utilizado para aquellas sustancias que no pueden atravesar la bicapa lipídica debido a su tamaño y / o polaridad (Figura 5). Un ejemplo común de difusión facilitada es el movimiento de glucosa hacia la célula, donde se utiliza para producir ATP. Aunque la glucosa puede estar más concentrada fuera de una célula, no puede atravesar la bicapa lipídica por difusión simple porque es grande y polar. Para resolver esto, una proteína transportadora especializada llamada transportador de glucosa transferirá moléculas de glucosa a la célula para facilitar su difusión hacia el interior.

Figura 5. Difusión facilitada. (a) La difusión facilitada de sustancias que atraviesan la membrana celular (plasmática) tiene lugar con la ayuda de proteínas como las proteínas del canal y las proteínas transportadoras. Las proteínas de canal son menos selectivas que las proteínas transportadoras y, por lo general, discriminan levemente entre su carga en función del tamaño y la carga. (b) Las proteínas portadoras son más selectivas, a menudo solo permiten que se cruce un tipo particular de molécula.

Aunque los iones de sodio (Na +) están muy concentrados fuera de las células, estos electrolitos están polarizados y no pueden atravesar la bicapa lipídica no polar de la membrana. Su difusión se ve facilitada por proteínas de membrana que forman canales de sodio (o "poros"), de modo que los iones Na + pueden descender por su gradiente de concentración desde el exterior de las células hacia el interior de las células. Hay muchos otros solutos que deben someterse a una difusión facilitada para pasar al interior de una célula, como los aminoácidos, o para salir de una célula, como los desechos. Dado que la difusión facilitada es un proceso pasivo, no requiere gasto de energía por parte de la célula. El agua también puede moverse libremente a través de la membrana celular de todas las células, ya sea a través de canales de proteínas o deslizándose entre las colas lipídicas de la propia membrana.

Osmosises la difusión del agua a través de una membrana semipermeable (Figura 6).

Figura 6. Ósmosis. La ósmosis es la difusión de agua a través de una membrana semipermeable a lo largo de su gradiente de concentración. Si una membrana es permeable al agua, aunque no a un soluto, el agua igualará su propia concentración al difundirse al lado de menor concentración de agua (y por lo tanto al lado de mayor concentración de soluto). En el vaso de precipitados de la izquierda, la solución del lado derecho de la membrana es hipertónica.

El movimiento de las moléculas de agua no está regulado en sí mismo por las células, por lo que es importante que las células estén expuestas a un entorno en el que la concentración de solutos fuera de las células (en el líquido extracelular) sea igual a la concentración de solutos dentro de las células ( en el citoplasma). Se dice que dos soluciones que tienen la misma concentración de solutos son isotónico (igual tensión). Cuando las células y sus entornos extracelulares son isotónicos, la concentración de moléculas de agua es la misma fuera y dentro de las células, y las células mantienen su forma (y función) normal. La ósmosis ocurre cuando hay un desequilibrio de solutos fuera de una célula frente a dentro de la célula. Una solución que tiene una mayor concentración de solutos que otra solución se dice que es hipertónico, y las moléculas de agua tienden a difundirse en una solución hipertónica (Figura 7). Las células en una solución hipertónica se marchitarán cuando el agua abandone la célula por ósmosis. Por el contrario, una solución que tiene una concentración de solutos más baja que otra solución se dice que es hipotónico, y las moléculas de agua tienden a difundirse fuera de una solución hipotónica. Las células en una solución hipotónica absorberán demasiada agua y se hincharán, con el riesgo de estallar eventualmente. Un aspecto crítico de la homeostasis en los seres vivos es crear un entorno interno en el que todas las células del cuerpo se encuentren en una solución isotónica. Varios sistemas de órganos, en particular los riñones, trabajan para mantener esta homeostasis.

Figura 7. Concentración de soluciones. Una solución hipertónica tiene una concentración de soluto más alta que otra solución. Una solución isotónica tiene una concentración de soluto igual a otra solución. Una solución hipotónica tiene una concentración de soluto más baja que otra solución.

Otro mecanismo además de la difusión para transportar materiales pasivamente entre compartimentos es la filtración. A diferencia de la difusión de una sustancia desde donde está más concentrada a menos concentrada, la filtración usa un gradiente de presión hidrostática que empuja el fluido (y los solutos dentro de él) desde un área de mayor presión a un área de menor presión. La filtración es un proceso extremadamente importante en el cuerpo. Por ejemplo, el sistema circulatorio utiliza la filtración para mover el plasma y las sustancias a través del revestimiento endotelial de los capilares y hacia los tejidos circundantes, suministrando los nutrientes a las células. La presión de filtración en los riñones proporciona el mecanismo para eliminar los desechos del torrente sanguíneo.

Transporte activo

Acaba de terminar de investigar los métodos de transporte pasivos, ahora veamos los métodos activos. En los métodos activos, la célula debe gastar energía (ATP) para realizar el trabajo de mover moléculas. El transporte activo a menudo ocurre cuando la molécula se mueve en contra de su gradiente de concentración o cuando se mueven moléculas muy grandes hacia el exterior de la célula. Hay 3 tipos principales de procesos activos.

Durante el transporte activo, se requiere ATP para mover una sustancia a través de una membrana, a menudo con la ayuda de transportadores de proteínas, y generalmente contra su gradiente de concentración. Uno de los tipos más comunes de transporte activo involucra proteínas que sirven como bombas. La palabra "bombear" probablemente evoca pensamientos sobre el uso de energía para inflar el neumático de una bicicleta o una pelota de baloncesto. De manera similar, la energía del ATP es necesaria para que estas proteínas de membrana transporten sustancias (moléculas o iones) a través de la membrana, generalmente en contra de sus gradientes de concentración (de un área de baja concentración a un área de alta concentración). los bomba de sodio-potasio, que también se llama N + / K + ATPasa, transporta el sodio fuera de la célula mientras mueve el potasio al interior de la célula. La bomba de Na + / K + es una importante bomba de iones que se encuentra en las membranas de muchos tipos de células. Estas bombas son particularmente abundantes en las células nerviosas, que constantemente bombean iones de sodio y atraen iones de potasio para mantener un gradiente eléctrico a través de sus membranas celulares. Un gradiente electrico es una diferencia de carga eléctrica en un espacio. En el caso de las células nerviosas, por ejemplo, el gradiente eléctrico existe entre el interior y el exterior de la célula, con el interior cargado negativamente (alrededor de -70 mV) con respecto al exterior. El gradiente eléctrico negativo se mantiene porque cada bomba de Na + / K + mueve tres iones Na + fuera de la célula y dos iones K + dentro de la célula por cada molécula de ATP que se utiliza (Figura 8). Este proceso es tan importante para las células nerviosas que representa la mayor parte de su uso de ATP.

Figura 8. Bomba de sodio-potasio. La bomba de sodio-potasio se encuentra en muchas membranas celulares (plasmáticas). Impulsada por ATP, la bomba mueve los iones de sodio y potasio en direcciones opuestas, cada uno contra su gradiente de concentración. En un solo ciclo de la bomba, se extruyen tres iones de sodio y se importan dos iones de potasio a la celda.

Otras formas de transporte activo no involucran portadores de membrana. Endocitosis (traer "dentro de la célula") es el proceso en el que una célula ingiere material envolviéndolo en una parte de su membrana celular y luego pellizcando esa parte de la membrana (Figura 9). Una vez pellizcada, la porción de membrana y su contenido se convierte en una vesícula intracelular independiente. A vesícula es un saco membranoso, un orgánulo esférico y hueco delimitado por una membrana bicapa lipídica. La endocitosis a menudo introduce materiales en la célula que deben descomponerse o digerirse. Fagocitosis ("Comer células") es la endocitosis de partículas grandes. Muchas células inmunes participan en la fagocitosis de patógenos invasores. Como los pequeños Pac-men, su trabajo es patrullar los tejidos del cuerpo en busca de materia no deseada, como células bacterianas invasoras, fagocitarlas y digerirlas. En contraste con la fagocitosis, pinocitosis ("Beber de las células") lleva líquido que contiene sustancias disueltas a una célula a través de vesículas de membrana.

Figura 9. Tres formas de endocitosis. La endocitosis es una forma de transporte activo en el que una célula envuelve materiales extracelulares utilizando su membrana celular. (a) En la fagocitosis, que es relativamente no selectiva, la célula absorbe una partícula grande. (b) En la pinocitosis, la célula absorbe pequeñas partículas en un líquido. (c) Por el contrario, la endocitosis mediada por receptores es bastante selectiva. Cuando los receptores externos se unen a un ligando específico, la célula responde endocitosando el ligando.

Figura 10. Exocitosis. La exocitosis es muy similar a la endocitosis a la inversa. El material destinado a la exportación se empaqueta en una vesícula dentro de la célula. La membrana de la vesícula se fusiona con la membrana celular y el contenido se libera al espacio extracelular.

La fagocitosis y la pinocitosis absorben grandes porciones de material extracelular y, por lo general, no son muy selectivas en las sustancias que aportan. Las células regulan la endocitosis de sustancias específicas a través de la endocitosis mediada por receptores. Endocitosis mediada por receptores es la endocitosis por una parte de la membrana celular que contiene muchos receptores que son específicos para una determinada sustancia. Una vez que los receptores de superficie se han unido a cantidades suficientes de la sustancia específica (el ligando del receptor), la célula endocitará la parte de la membrana celular que contiene los complejos receptor-ligando. El hierro, un componente necesario de la hemoglobina, es endocitosado por los glóbulos rojos de esta manera. El hierro se une a una proteína llamada transferrina en la sangre. Los receptores de transferrina específicos en las superficies de los glóbulos rojos se unen a las moléculas de hierro-transferrina y la célula endocitosa los complejos receptor-ligando. En contraste con la endocitosis, exocitosis (sacar "fuera de la célula") es el proceso de una célula que exporta material mediante transporte vesicular (Figura 10).

Muchas células fabrican sustancias que deben secretarse, como una fábrica que fabrica un producto para la exportación. Estas sustancias se empaquetan típicamente en vesículas unidas a la membrana dentro de la célula. Cuando la membrana de la vesícula se fusiona con la membrana celular, la vesícula libera su contenido en el líquido intersticial. La membrana de la vesícula pasa a formar parte de la membrana celular. Las células del estómago y el páncreas producen y secretan enzimas digestivas a través de la exocitosis (Figura 11). Las células endocrinas producen y secretan hormonas que se envían por todo el cuerpo, y ciertas células inmunitarias producen y secretan grandes cantidades de histamina, una sustancia química importante para las respuestas inmunitarias.

Figura 11. Células pancreáticas y productos enzimáticos n. ° 8217. Las células acinares pancreáticas producen y secretan muchas enzimas que digieren los alimentos. Los diminutos gránulos negros de esta micrografía electrónica son vesículas secretoras llenas de enzimas que se exportarán de las células a través de la exocitosis. LM × 2900. (Micrografía proporcionada por los Regentes de la Facultad de Medicina de la Universidad de Michigan © 2012)

Enfermedades de la célula: fibrosis quística

La fibrosis quística (FQ) afecta aproximadamente a 30.000 personas en los Estados Unidos, y cada año se informan alrededor de 1.000 casos nuevos. La enfermedad genética es más conocida por su daño a los pulmones, causando dificultades respiratorias e infecciones pulmonares crónicas, pero también afecta el hígado, el páncreas y los intestinos. Hace solo unos 50 años, el pronóstico para los niños que nacían con FQ era muy desalentador, una esperanza de vida que rara vez superaba los 10 años.Hoy en día, con los avances en el tratamiento médico, muchos pacientes con FQ viven hasta los 30 años.

Los síntomas de la FQ son el resultado de un mal funcionamiento de un canal de iones de membrana llamado regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística, o CFTR. En personas sanas, la proteína CFTR es una proteína de membrana integral que transporta los iones Cl - fuera de la célula. En una persona que tiene FQ, el gen del CFTR está mutado, por lo tanto, la célula fabrica una proteína de canal defectuosa que normalmente no se incorpora a la membrana, sino que la célula la degrada. El CFTR requiere ATP para funcionar, por lo que su transporte de Cl - es una forma de transporte activo. Esta característica desconcertó a los investigadores durante mucho tiempo porque los iones Cl - en realidad fluyen abajo su gradiente de concentración cuando se transporta fuera de las células. El transporte activo generalmente bombea iones. contra su gradiente de concentración, pero el CFTR presenta una excepción a esta regla. En el tejido pulmonar normal, el movimiento de Cl - fuera de la célula mantiene un ambiente rico en Cl - cargado negativamente inmediatamente fuera de la célula. Esto es particularmente importante en el revestimiento epitelial del sistema respiratorio.

Las células epiteliales respiratorias secretan moco, que sirve para atrapar polvo, bacterias y otros desechos. Un cilio (plural = cilios) es uno de los apéndices parecidos a pelos que se encuentran en ciertas células. Los cilios en las células epiteliales mueven el moco y sus partículas atrapadas por las vías respiratorias lejos de los pulmones y hacia el exterior. Para que se mueva efectivamente hacia arriba, el moco no puede ser demasiado viscoso, sino que debe tener una consistencia fina y acuosa. El transporte de Cl - y el mantenimiento de un ambiente electronegativo fuera de la célula atraen iones positivos como Na + al espacio extracelular. La acumulación de iones Cl - y Na + en el espacio extracelular crea un moco rico en solutos, que tiene una baja concentración de moléculas de agua. Como resultado, a través de la ósmosis, el agua se mueve desde las células y la matriz extracelular hacia el moco, "adelgazando". Así es como, en un sistema respiratorio normal, el moco se mantiene lo suficientemente diluido como para ser expulsado del sistema respiratorio.

Si el canal CFTR está ausente, los iones Cl - no se transportan fuera de la célula en cantidades adecuadas, lo que les impide atraer iones positivos. La ausencia de iones en el moco secretado da como resultado la falta de un gradiente de concentración de agua normal. Por lo tanto, no hay presión osmótica que atraiga agua hacia el moco. El moco resultante es espeso y pegajoso, y el epitelio ciliado no puede eliminarlo eficazmente del sistema respiratorio. Los conductos de los pulmones se bloquean con moco, junto con los desechos que transporta. Las infecciones bacterianas ocurren más fácilmente porque las células bacterianas no se eliminan eficazmente de los pulmones.


Las membranas son semipermeables, lo que significa que permiten el paso de ciertas moléculas pero no de otras. Las moléculas pueden entrar y salir a través del transporte pasivo, que es un método que no requiere ningún aporte de energía exterior. Puede realizarse mediante difusión simple o difusión facilitada. Las moléculas pasarán de una región de alta concentración a una región de baja concentración a medida que se mueven al azar y eventualmente se distribuirán uniformemente dentro del sistema si son permeables a la membrana. La difusión simple implica la difusión de moléculas a través de la bicapa de fosfolípidos, mientras que la difusión facilitada implica el uso de proteínas de canal incrustadas en la membrana. La membrana celular es hidrófoba por dentro, por lo que las moléculas hidrófobas (solubles en lípidos) pasarán por difusión simple, mientras que las moléculas hidrófilas y las partículas cargadas utilizarán la difusión facilitada. El agua se mueve por ósmosis que también es por transporte pasivo. La ósmosis implica el movimiento de moléculas de agua desde una región de baja concentración de solutos a una región de alta concentración de solutos. Entonces, si la concentración de soluto es más alta dentro de la célula que fuera de la célula, el agua entrará y viceversa.

El transporte activo implica el movimiento de sustancias a través de la membrana utilizando energía del ATP. La ventaja del transporte activo es que las sustancias se pueden mover contra el gradiente de concentración, es decir, de una región de baja concentración a una región de alta concentración. Esto es posible porque la membrana celular tiene bombas de proteínas incrustadas que se utilizan en el transporte activo para mover sustancias mediante el uso de ATP. Cada bomba de proteínas solo transporta ciertas sustancias para que la célula pueda controlar lo que entra y lo que sale.


15.2: Transporte de membranas - Biología

Adecuado para estudiantes de biología de nivel A / AS y superior.
Desplácese hacia abajo para obtener respuestas.

1. ¿Cuál de estos es parte de la membrana celular?
una. triglicéridos
B. fosfolípidos
C. ATP
D. más de uno de estos

2. ¿Cómo entran normalmente las moléculas solubles en grasa en una célula?
una. se disuelven en las capas de grasa de la membrana y entran en la célula por difusión
B. pasan a través de los poros de las proteínas en la membrana celular
C. son absorbidos por fagocitosis
D. ellos nunca entran

3. Los fosfolípidos son moléculas inusuales porque:
una. tienen regiones hidrofílicas
B. tienen regiones hidrofóbicas
C. son triglicéridos
D. tanto a como B

4. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones describe mejor el "modelo de mosaico de fluidos" de la estructura de la membrana celular?
una. dos capas de proteína con capas de lípidos entre las capas de proteína
B. dos capas de lípidos con proteínas entre las capas de lípidos
C. una doble capa de moléculas de lípidos con moléculas de proteínas suspendidas en la capa
D. Una sola capa de proteína en el exterior y una única capa de lípidos en el interior.

5. ¿Cuál de estos es el movimiento de los iones de cloruro desde un área donde el cloruro está concentrado a un área donde el cloruro está menos concentrado?
una. difusión
B. transporte activo
C. ósmosis
D. exocitosis

6. Si una célula tiene una concentración de soluto de 0.07%, ¿cuál de las soluciones sería hipotónica para la célula?
una. 0,01% de soluto
B. 0,1% de soluto
C. 1% de soluto
D. 10% de soluto

7. ¿Cuál de los siguientes es necesario para que se produzca la ósmosis?
una. una membrana permeable
B. una membrana semipermeable
C. una solución isotónica
D. ATP

8. ¿Cuáles de estos son mecanismos de transporte pasivo?
una. ósmosis
B. difusión
C. fagocitosis
D. tanto a como B

9. En una solución isotónica habría:
una. sin movimiento neto de agua
B. movimiento neto de agua en la celda
C. movimiento neto de agua fuera de la celda
D. estallido de la celda

10. La bomba de sodio-potasio (que lleva el sodio de una célula y el potasio a la célula) es un ejemplo de:
una. transporte activo
B. endocitosis
C. exocitosis
D. transporte pasivo

11. El proceso por el que una célula envuelve un objeto sólido es:
una. fagocitosis
B. exocitosis
C. pinocitosis
D. difusión

12. ¿Qué es probable que le suceda a una célula vegetal que se coloca en agua pura?
una. se vuelve turgente
B. se vuelve flácido
C. sufre plasmólisis
D. estalla

13. Cuando una célula explota debido a la ósmosis, está en una solución que:
una. hipertónico
B. isotónico
C. hipotónico
D. ya sea A o C

14. ¿Por qué las células vegetales se comportan de manera diferente a las células animales cuando se colocan en una solución hipotónica?
una. Las células vegetales son permeables al agua.
B. Las células vegetales no realizan transporte activo
C. Las células vegetales contienen una vacuola
D. Las células vegetales tienen una pared celular.

15. ¿Cuál de estas ecuaciones es correcta?
una. ATP + fosfato inorgánico - & gt ADP
B. ADP + fosfato inorgánico - & gt ATP
C. ATP + ADP - & gt fosfato inorgánico

Respuestas: 1b, 2a, 3b, 4c, 5a, 6a, 7a, 8d, 9a, 10a, 11a, 12a, 13c, 14d, 15b


Biología estructural del transporte de membranas

El laboratorio de Alam utiliza una combinación de técnicas bioquímicas y estructurales (Crio-EM y cristalografía de rayos X) para estudiar principalmente macromoléculas y complejos macromoleculares involucrados en el transporte de membranas, homeostasis y biogénesis, con un enfoque particular en identificar las interacciones lípido / proteína en contexto de la función de la proteína de membrana. El mantenimiento de la integridad de la bicapa de la membrana y el control estricto sobre la transferencia de material a través de las membranas celulares y orgánulos es fundamental para el funcionamiento fisiológico adecuado. La disfunción de estos sistemas se encuentra en el corazón de varias patologías devastadoras, a menudo fatales, que van desde enfermedades hereditarias raras como el síndrome de Zellweger y la adrenoleucodistrofia (ambas derivadas de la disfunción peroxisomal) hasta una variedad de trastornos neurodegenerativos, diabetes y cáncer.

El Instituto Hormel se encuentra entre un puñado de instituciones de élite que albergan un microscopio Titan Krios combinado con un detector de electrones directo, una configuración diseñada para obtener una resolución casi atómica (que habitualmente logra una resolución mejor que 0,5 nanómetros). Esto permite una visualización precisa de los detalles moleculares subyacentes al funcionamiento de las macromoléculas y ha revolucionado la biología estructural y ha permitido abordar problemas biológicos complejos que antes se consideraban fuera de los límites de la visualización de alta resolución. Esta información es invaluable para obtener detalles moleculares de las interacciones de las proteínas de membrana con fármacos, sustratos de transporte e inhibidores, y puede ayudar en el diseño de nuevas terapias dirigidas a enfermedades derivadas de la disfunción de las proteínas de membrana.

Durante el último año desde su inicio, nuestro laboratorio ha determinado las estructuras crio-EM de varios transportadores de membrana humana a resoluciones casi atómicas. Junto con su caracterización bioquímica, estas nuevas estructuras serán parte de varias publicaciones próximas que estamos en proceso de preparación. Hemos agregado un nuevo postdoctorado a nuestra lista, el Dr. Le Thi My Le, quien también solicitó con éxito y está parcialmente financiado por el premio de beca postdoctoral Eagles 2020. Hemos sido coautores de dos publicaciones recientes con un colega colaborador del Instituto Hormel, el Dr. Rick Brown (Gao et al, Anal Chem, 2020), así como con el laboratorio postdoctoral del Dr. Alam sobre la estructura de ABCB4 / MDR3 humano (Olsen et al. , NSMB 2020). Finalmente, el Dr. Alam recibió una beca de investigación de la United Leucodistrofia Foundation para apoyar su trabajo sobre la biogénesis y disfunción peroxisomal.

El laboratorio de Alam ha logrado un progreso significativo en el descifrado de los detalles moleculares que gobiernan el metabolismo de los lípidos y la homeostasis mediante el estudio de las estructuras 3D detalladas de una clase importante de proteínas de membrana llamadas transportadores ABC. Específicamente, el laboratorio de Alam ha determinado las estructuras de alta resolución de los transportadores ABC involucrados en el movimiento del colesterol y los fosfolípidos a través de las membranas celulares, revelando detalles hasta ahora no vistos sobre cómo se forma este paso esencial en la formación de las partículas de lipoproteínas de alta densidad (HDL) y cómo se forman. La disfunción conduce a una variedad de enfermedades que van desde diversos trastornos cerebrales, incluida la enfermedad de Alzheimer, hasta diversas enfermedades neurodegenerativas y cáncer.

El laboratorio de Alam utiliza una combinación de bioquímica, biología celular y herramientas Cryo-EM de última generación para estudiar este grupo de proteínas humanas que durante décadas ha demostrado ser extremadamente difícil de estudiar.


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Los fosfolípidos tienen CABEZAS que atraen el agua hidrofílica y dos COLAS hidrofóbicas que repelen el agua. La membrana celular es responsable de mover materiales dentro y fuera de la célula.

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Una imagen muestra la bicapa de fosfolípidos con proteínas incrustadas con texto que describe cómo pequeñas moléculas como el oxígeno se mueven a través de la membrana por difusión. Hay dos tipos de transporte que pueden ocurrir a través de la membrana. Respuestas de biología de la hoja de trabajo de transporte celular.

Hoja de trabajo de Raycroft 45 - Membrana celular - Repaso de la clave de la hoja de trabajo - Página 2 8. Unidad 4 Parte 2 Notas - Membrana celular y transporte. Membrana Celular Para Colorear

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Va de un área de mayor a un área de menor ii. Hoja de trabajo de transporte y membrana celular. Vocabulario Agregar a mis libros de trabajo 28 Descargar archivo pdf Insertar en mi sitio web o blog Agregar a Google Classroom Agregar a Microsoft Teams Compartir a través de Whatsapp.

Esta hoja de trabajo fue diseñada para un curso de introducción a la biología para reforzar conceptos relacionados con el transporte celular. Se incluyen notas para el estudiante Temas incluidos Pasivo vs. Dentro de la membrana celular, transporte, respuesta, documento, carta correcta, de una ap, planes de lecciones de biología, a la que está preparada la membrana celular.

Instrucciones de la hoja de trabajo de la membrana celular. No requiere energía 9. Las membranas que se encuentran en las células de todos los organismos vivos tienen dos funciones principales.

Unidad 4 Parte 3 Notas - Potencial hídrico y SAV. Mostrando las 8 hojas de trabajo principales encontradas para - Esquema de transporte celular y membrana celular de la Unidad 5. Siga a Biologycorner en Facebook.

Soporte estructural Codifique correctamente el color e identifique el nombre de cada parte de la celda. Los estudiantes deberán identificar el lado hipotónico e hipertónico de la membrana. Hoja de trabajo para colorear la membrana celular Respuestas Hoja de trabajo para colorear la membrana celular Transporte celular de la membrana celular.

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1 para proteger la celda y 2 para permitir que los materiales entren y salgan de la celda. La estructura más responsable de mantener la homeostasis celular es el citoplasma, la pared celular, la mitocondria, la membrana celular 11. Lea el pasaje sobre las membranas celulares a continuación y luego responda las preguntas que siguen.

Unidad 4 Parte 1 Tabla de notas CLAVE DE RESPUESTA. Los estudiantes examinan imágenes de transporte a través de la membrana celular e identifican características clave como las proteínas del canal de la bicapa de fosfolípidos, planes de lecciones de biología, hojas de trabajo, tutoriales y recursos para profesores y estudiantes. Tutorial de PowerPoint que acompaña al paquete de notas.

El PowerPoint está diseñado para biología de la escuela secundaria. Los estudiantes identifican estructuras dentro de la bicapa y usan el razonamiento para determinar cómo se mueven las moléculas a través de la membrana en respuesta a una solución hipertónica. El transporte pasivo no requiere energía e incluye los procesos de difusión por ósmosis y difusión facilitada.

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Cell Transport and Cell Membrane Notes es un PowerPoint de 42 diapositivas diseñado para tomar un período de clase, aunque puede tomar más tiempo dependiendo. Dentro de cada uno de los tres pares, elija la solución más concentrada. El foco es el transporte celular y la membrana celular.

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Esta hoja de trabajo de refuerzo muestra un gráfico de la membrana celular que muestra la bicapa de fosfolípidos y las proteínas incrustadas. La segunda página se centra en otro tipo de transporte pasivo. El gráfico muestra el fosfolípido.

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¿Qué es el transporte de membranas? (con imagenes)

Las células animales tienen una membrana selectivamente permeable que las rodea que separa el contenido interior de la célula del entorno exterior. El proceso por el cual los iones y pequeñas moléculas solubles, o solutos, atraviesan la membrana celular se conoce como transporte de membrana. Estas moléculas suelen ser sustancias vitales para el funcionamiento y el mantenimiento de la célula, como la glucosa y los aminoácidos. Hay cuatro tipos principales de transporte de membrana: difusión pasiva, o simplemente difusión facilitada transporte activo primario y transporte activo secundario.Muchos de estos mecanismos de transporte implican el uso de moléculas de proteínas especializadas ubicadas en la membrana celular llamadas proteínas de transporte de membrana.

La difusión pasiva ocurre espontáneamente y es impulsada por la actividad aleatoria de moléculas en una solución. Las moléculas se mueven desde un área de alta concentración, donde hay muchas de ellas densamente empaquetadas, a un área de baja concentración, donde hay menos moléculas espaciadas más entre sí. Las moléculas pequeñas pueden lograr el transporte de membrana mediante la difusión a través de la membrana celular. La velocidad de difusión puede verse afectada por muchas cosas, incluida la composición de la membrana celular y el tamaño y la carga de la molécula. El tipo más conocido de difusión pasiva es la ósmosis, un proceso que implica el movimiento de moléculas de agua desde un área de alta concentración a un área de menor concentración.

La difusión facilitada implica el uso de proteínas de transporte de membrana dentro de la membrana celular llamadas proteínas de canal. Estas proteínas actúan como poros en la membrana celular, permitiendo el paso de partículas solubles en agua, pero impidiendo el paso de moléculas lipofílicas o "amantes de la grasa". La difusión sigue el mismo mecanismo de acción, con moléculas que se mueven de áreas de alta concentración a áreas de baja concentración.

El transporte activo primario usa energía para mover iones y moléculas de áreas de alta concentración a áreas de baja concentración. La energía necesaria para que tenga lugar el transporte activo primario suele estar en forma de un nucleótido llamado trifosfato de adenosina (ATP). Una de las formas más comunes de transporte activo es la bomba de sodio-potasio, que ayuda a las células a mantener una carga eléctrica conocida como potencial de reposo y también controla el volumen celular. La bomba de sodio-potasio mueve los iones de sodio al exterior de la célula y libera iones de potasio en el citoplasma de la célula.

El transporte activo secundario utiliza proteínas de transporte de membrana llamadas antiportadores y simportadores. Los antiportadores mueven iones y moléculas transportando un tipo de partícula contra su gradiente de concentración habitual, de baja a alta concentración, mientras transportan el otro tipo de partícula de la forma normal, de alta a baja concentración. Los simportadores transportan dos tipos diferentes de moléculas o iones a través de la membrana celular al mismo tiempo y en la misma dirección.


Transporte activo de aminoácidos

El transporte activo de aminoácidos también está mediado por el cotransporte de Na +.

¿Cuántos iones de sodio se necesitan para proporcionar la energía libre para transportar una molécula de ácido glutamico desde una concentración de 0,1 mM fuera de la celda a 20 mM dentro de la celda?

Nuevamente, asuma una temperatura de 37& degC (310& degK).

7, las moléculas de ácido glutámico tienen una carga neta de menos 1 [Vista].

  • un gradiente de concentración (20 / 0.1 = 200) y un
  • gradiente electrostático (moviendo una carga negativa contra un voltaje de & menos 70 mV).

Debido a que los iones de sodio liberan solo 3.3 kcal / mol (arriba), se necesitan al menos 2 Na + para cotransportar una molécula de ácido glutámico.


Las sustancias se transportan hacia y desde las células mediante los siguientes métodos:

Transporte pasivo

Estas son las sustancias de movimiento a través de la membrana celular donde la célula no consume energía. El transporte pasivo tiene los siguientes métodos:

Difusión

  • El movimiento de moléculas a través de la membrana desde una región de alta concentración a una región de baja concentración, lo que hace que la concentración de moléculas en ambos lados sea igual.
    Por ejemplo, el intercambio de dióxido de carbono y gases de oxígeno entre los medios interno y externo de la célula durante el proceso de respiración.
  • Si la concentración de moléculas en una célula es mayor que la del medio externo, las moléculas se mueven de la célula al medio externo para equilibrar la concentración de ambos lados.

Ósmosis

  • La ósmosis es el movimiento de moléculas de agua pura a través de una membrana desde una región de baja concentración a una región de alta concentración, lo que hace que la concentración de ambos lados sea igual.
  • La presión osmótica es la presión que provoca la difusión del agua a través de membranas semipermeables. Aumenta la concentración de solutos en la solución, es decir, una relación directamente proporcional.
  • El agua se transporta desde y hacia las células debido a la diferencia entre la concentración de citoplasma (líquido dentro de la célula) y el medio externo.

1- Cuando ponemos células en una solución de baja concentración, el agua se transporta desde el medio externo (baja concentración) a la célula (alta concentración), lo que desgarra las células.

2- Cuando colocamos células en una solución de igual concentración, el agua se transporta por igual entre los dos medios y el tamaño de las células no cambia.

3- Cuando ponemos células en una solución de mayor concentración, el agua se transporta desde la célula (concentración baja) al medio externo (concentración alta), lo que hace que las células se encojan.

Transporte facilitado

  • El transporte facilitado es el transporte de moléculas a través de una membrana por medio de una proteína transportadora (que transporta moléculas) donde la célula no consume energía.
    Paraejemplo, la glucosa se transporta a las células transportadas por proteínas transportadoras.

Transporte activo

  • El transporte activo es el transporte de grandes moléculas e iones a través de la membrana celular contra su gradiente de concentración (de baja a alta concentración) utilizando energía. El transporte activo equilibra la concentración de iones dentro de las células.
  • El transporte activo permite que las células nerviosas controlen la concentración de iones de sodio y potasio en ellas, lo que les permite enviar impulsos nerviosos a las células musculares.

Transporte activo y células vegetales

  • Esto permite que las células de la raíz absorban los iones de las sales del suelo (aunque la concentración de iones en estas células es menor que la del suelo).

Movimiento masivo

  • El movimiento masivo es el transporte de moléculas relativamente grandes (como desechos y partículas de proteínas) a través de las membranas celulares. Hay dos tipos de movimientos masivos, que son:
Exocitosis

Transportar sustancias fuera de la célula a través de la membrana plasmática.

¿Cómo se produce la exocitosis?

  1. Los cuerpos de Golgi almacenan desechos en sus vacuolas (vacuolas de Golgi).
  2. Se mueven a través del citoplasma hasta la membrana plasmática para fusionarse con él.
  3. Vacían estos desechos fuera de la celda.
Endocitosis

Transporte de sustancias a la célula a través de la membrana plasmática.

¿Cómo se produce la endocitosis?

1- Una parte de la membrana plasmática se dobla para rodear la partícula, formando un saco.

2- El saco que contiene la partícula se mueve hacia el citoplasma.

  • Si las sustancias sólidas ingresan a la célula mediante un proceso de endocitosis, lo llamamos proceso de fagocitosis.
  • Si las sustancias líquidas ingresan a la célula mediante el proceso de endocitosis, lo llamamos proceso de pinocitosis.
  • Las partículas sólidas, especialmente las coloidales, tienen la capacidad de absorber líquidos, hincharse y aumentar de volumen. Por ejemplo, cuando un trozo de madera se coloca en agua, absorbe agua. La imbibición se extiende a través del trozo de madera hasta llegar a las partes que no están sumergidas en agua. Ahorrar


Ver el vídeo: Fluid Mosaic Model of the Cell Membrane (Agosto 2022).