Semana 6 - Transporte celular

CONTENIDO:
•
BIOLOGÍA CELULAR: El transporte celular: Difusión. Osmosis, difusión facilitada,
transporte activo, endocitosis y exocitosis.
EL TRANSPORTE CELULAR
El transporte celular es el intercambio de sustancias entre el
interior celular y el exterior a través de la membrana plasmática.
Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN
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TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA CELULAR O PLASMÁTICA
El proceso de transporte es importante para la célula porque le
permite expulsar de su interior los desechos del metabolismo,
también sustancias que sintetiza como hormonas y además, es la
forma en que adquiere nutrientes del medio externo, gracias a la
capacidad de la membrana celular de permitir el paso o salida de
manera selectiva de algunas sustancias. Las vías de transporte a
través de la membrana celular y los mecanismos básicos para las
moléculas de pequeño tamaño son:
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TRANSPORTE PASIVO
El transporte pasivo permite el paso de moléculas a través de la
membrana plasmática sin que la célula gaste energía, debido a
que va a favor del gradiente de concentración o del gradiente de
carga eléctrica. El transporte de las sustancia se realiza mediante
la bicapa lipídica o los canales iónicos, e incluso por medio de
proteínas integrales. Hay tres tipos de transporte pasivo:
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• Ósmosis: consiste en el transporte de moléculas de agua a
través de la membrana plasmática y a favor de su gradiente
de concentración.
• Difusión simple: paso de sustancias a través de la membrana
plasmática, como los gases respiratorios, el alcohol y otras
moléculas no polares.
• Difusión facilitada: transporte celular donde es necesaria la
presencia de un carrier o transportador (proteína integral)
para que las sustancias atraviesen la membrana.
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Ósmosis:
La ósmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual
sólo las moléculas de agua son transportadas a través de la
membrana. El movimiento de agua se realiza desde el punto en
que hay menor concentración de solutos al de mayor
concentración para igualar concentraciones en ambos extremos
de la membrana bicapa fosfolipidica. De acuerdo al medio en
que se encuentre una célula, la ósmosis varía.
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La función de la ósmosis es mantener hidratada a la membrana
celular. Dicho proceso no requiere gasto de energía. En otras
palabras, la ósmosis es un fenómeno consistente en el paso del
solvente de una disolución desde una zona de baja
concentración de soluto a una de alta concentración del soluto,
separadas por una membrana semipermeable.
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Ósmosis en una célula animal
• En un medio isotónico, hay un equilibrio dinámico, es decir, el
paso constante de agua.
• En un medio hipotónico, la célula absorbe agua hinchándose y
hasta el punto en que puede estallar dando origen a
la citólisis.
• En un medio hipertónico, la célula pierde agua, se arruga
llegando a deshidratarse y se muere, esto se llama crenación.
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Comportamiento de célula animal ante distintas presiones osmoticas
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Ósmosis en una célula vegetal:
• En un medio isotónico, existe un equilibrio dinámico.
• En un medio hipotónico, la célula toma agua y sus vacuolas se
llenan aumentando la presión de turgencia, dando lugar a
la turgencia.
• En un medio hipertónico, la célula elimina agua y el volumen
de la vacuola disminuye, produciendo que la membrana
plasmática se despegue de la pared celular, ocurriendo
la plasmólisis
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Comportamiento de célula vegetal ante distintas presiones osmóticas
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Difusión facilitada:
Algunas moléculas son demasiado grandes como para difundir a
través de los canales de la membrana y demasiado hidrofílicos
para poder difundir a través de la capa de fosfolípidos y
colesterol. Tal es el caso de la glucosa y algunos otros
monosacáridos.
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Estas sustancias, pueden sin embargo cruzar la membrana
plasmática mediante el proceso de difusión facilitada, con
la ayuda de una proteína transportadora. En el primer paso,
la glucosa se une a la proteína transportadora, y esta
cambia de forma, permitiendo el paso del azúcar.
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Tan pronto como la glucosa llega al citoplasma, una
quinasa (enzima que añade un grupo fosfato a un azúcar)
transforma la glucosa en glucosa-6-fosfato. De esta forma, las
concentraciones de glucosa en el interior de la célula son
siempre muy bajas, y el gradiente de concentración exterior →
interior favorece la difusión de la glucosa.
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La difusión facilitada es mucho más rápida que la difusión simple
y depende:
• Del gradiente de concentración de la sustancia a ambos lados
de la membrana.
• Del número de proteínas transportadoras existentes en la
membrana.
• De la rapidez con que estas proteínas hacen su trabajo.
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TRANSPORTE ACTIVO
Es un mecanismo que permite a la célula transportar sustancias
disueltas a través de su membrana desde regiones de menor
concentración a otras de mayor concentración. Es un proceso
que requiere energía, llamado también producto activo debido
al movimiento absorbente de partículas que es un proceso de
energía para requerir que mueva el material a través de una
membrana de la célula y sube el gradiente de la concentración.
La célula utiliza transporte activo en tres situaciones:
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• Cuando una partícula va de punto bajo a la alta
concentración.
• Cuando las partículas necesitan la ayuda que entra en la
membrana porque son selectivamente impermeables.
• Cuando las partículas muy grandes incorporan y salen de la
célula.
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En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a
expensas de un gradiente de H+ (potencial electroquímico de
protones) previamente creado a ambos lados de la membrana,
por procesos de respiración y fotosíntesis; por hidrólisis de ATP
mediante ATP hidrolasas de membrana.
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El transporte activo varía la concentración intracelular y ello da
lugar un nuevo movimiento osmótico de rebalanceo por
hidratación. Los sistemas de transporte activo son los más
abundantes entre las bacterias, y se han seleccionado
evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoría
de los procariotas se encuentran de forma permanente o
transitoria con una baja concentración de nutrientes.
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Los sistemas de transporte activo están basados en permeasas
específicas e inducibles. El modo en que se acopla la energía
metabólica con el transporte del soluto aún no está dilucidado,
pero en general se maneja la hipótesis de que las permeasas,
una vez captado el sustrato con gran afinidad, experimentan un
cambio conformacional dependiente de energía que les hace
perder dicha afinidad, lo que supone la liberación de la sustancia
al interior celular.
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El transporte activo de moléculas a través de la membrana
celular se realiza en dirección ascendente o en contra de un
gradiente de concentración (Gradiente químico) o en contra un
gradiente eléctrico de presión (gradiente electroquímico), es
decir, es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado
a un medio muy concentrado. Para desplazar estas sustancias
contra corriente es necesario el aporte de energía procedente
del ATP.
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Las proteínas portadoras del transporte activo poseen actividad
ATPasa, que significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri
Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con
liberación de energía de los enlaces fosfato de alta energía.
Comúnmente se observan tres tipos de transportadores:
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• Uniportadores: son proteínas que transportan una molécula
en un solo sentido a través de la membrana.
• Antiportadores: incluyen proteínas que transportan una
sustancia en un sentido mientras que simultáneamente
transportan otra en sentido opuesto.
• Simportadores: son proteínas que transportan una sustancia
junto con otra, frecuentemente un protón (H+).
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Transporte activo primario: Bomba de sodio y potasio.
Se encuentra en todas las células del organismo, en cada ciclo
consume una molécula de ATP y es la encargada de transportar 2
iones de potasio que logran ingresar a la célula, al mismo tiempo
bombea 3 iones de sodio desde el interior hacia el exterior de la
célula (exoplasma), ya que quimicamente tanto el sodio como el
potasio poseen cargas positivas.
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El resultado es ingreso de 2 iones de potasio (Ingreso de 2
cargas positivas) y egreso de 3 iones de sodio (Egreso de 3
cargas positivas), esto da como resultado una pérdida de la
electropositividad interna de la célula, lo que convierte a su
medio interno en un medio "electronegativo con respecto
al medio extracelular".
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En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta
diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama
potencial de membrana o de reposo-descanso. Participa
activamente en el impulso nervioso, ya que a través de ella se
vuelve al estado de reposo.
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Transporte activo secundario o cotransporte:
Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la
membrana celular tales como los aminoácidos y la glucosa, cuya
energía requerida para el transporte deriva del gradiente de
concentración de los iones sodio de la membrana celular (como
el gradiente producido por el sistema glucosa/sodio del intestino
delgado).
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Intercambiador calcio-sodio: Es una proteína de la membrana
celular de todas las células eucariotas. Su función consiste en
transportar calcio iónico (Ca2+) hacia el exterior de la célula
empleando para ello el gradiente de sodio; su finalidad es
mantener la baja concentración de Ca2+ en el citoplasma que es
unas diez mil veces menor que en el medio externo.
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Por cada catión Ca2+expulsado por el intercambiador al medio
extracelular penetran tres cationes Na+ al interior celular.1 Se
sabe que las variaciones en la concentración intracelular del
Ca2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a
diversos estímulos y están involucradas en procesos como la
contracción muscular, la expresión genética, la diferenciación
celular, la secreción, y varias funciones de las neuronas.
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Dada la variedad de procesos metabólicos regulados por el Ca2+,
un aumento de la concentración de Ca2+ en el citoplasma puede
provocar un funcionamiento anormal de los mismos. Si el
aumento de la concentración de Ca2+ en la fase acuosa del
citoplasma se aproxima a un décimo de la del medio externo, el
trastorno metabólico producido conduce a la muerte celular. El
calcio es el mineral más abundante del organismo, además de
cumplir múltiples funciones.
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TRANSPORTE EN MASA
Las macromoléculas o partículas grandes se introducen o
expulsan de la célula por dos mecanismos:
•ENDOCITOSIS
•EXOCITOSIS
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Endocitosis:
La endocitosis es el proceso celular, por el que la célula mueve
hacia su interior moléculas grandes o partículas, este proceso se
puede dar por evaginación, invaginación o por mediación de
receptores a través de su membrana citoplasmática, formando
una vesícula que luego se desprende de la pared celular y se
incorpora al citoplasma. Esta vesícula, llamada endosoma, luego
se fusiona con un lisosoma que realizará la digestión del
contenido vesicular.
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Existen tres procesos:
• Pinocitosis: consiste en la ingestión de líquidos y solutos
mediante pequeñas vesículas.
• Fagocitosis: consiste en la ingestión de grandes partículas que
se engloban en grandes vesículas (fagosomas) que se
desprenden de la membrana celular.
• Endocitosis mediada por receptor o ligando: es de tipo
especifica, captura macromoleculas especificas del ambiente,
fijándose a través de proteínas ubicadas en la membrana
plasmatica (especificas).
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Una vez que se unen a dicho receptor, forman las vesículas y las
transportan al interior de la célula. La endocitosis mediada por
receptor resulta ser un proceso rápido y eficiente.
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Exocitosis Es la expulsión o secreción de sustancias como la
insulina a través de la fusión de vesículas con la membrana
celular.
La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesículas
situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana
citoplasmática, liberando su contenido.
La exocitosis se observa en muy diversas células secretoras,
tanto en la función de excreción como en la función endocrina.
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También interviene la exocitosis encargada de la secreción de un
neurotransmisor a la brecha sináptica, para posibilitar la
propagación del impulso nervioso entre neuronas. La secreción
química desencadena una despolarización del potencial de
membrana, desde el axón de la célula emisora hacia la dendrita
(u otra parte) de la célula receptora. Este neurotransmisor será
luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado. Sin este
proceso, se produciría un fracaso en la transmisión del impulso
nervioso entre neuronas.
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