TRANSPORTE DE MATERIALES A TRAVES DE LAS MEMBRANAS PLASMATICAS

Los mecanismos que permiten a las sustancias cruzar las membranas plasmáticas son esenciales para la vida y la comunicación de las células. Para ello, la célula dispone de dos procesos:
Transporte pasivo: cuando no se requiere energía para que la sustancia cruce la membrana plasmática
Transporte activo: cuando la célula utiliza ATP como fuente de energía pasa hacer atravesar la membrana a una sustancia en particular
TRANSPORTE PASIVO

° Los mecanismos de transporte pasivo son:
° Difusión simple
° Osmosis
° Ultrafiltración
° Difusión facilitada

Difusión Simple

Las moléculas en solución están dotadas de energía cinética y, por tanto tienen movimientos que se realizan al azar. La difusión consiste en la mezcla de estas moléculas debido a su energía cinética cuando existe un gradiente de concentración, es decir cuando en una parte de la solución la concentración de las moléculas es más elevada. La difusión tiene lugar hasta que la concentración se iguala en todas las partes y será tanto más rápida cuanto mayor sea energía cinética (que depende de la temperatura) y el gradiente de concentración y cuanto menor sea el tamaño de las moléculas. 

Algunas sustancias como el agua, el oxígeno, dióxido de carbono, esteroides, vitaminas liposolubles, urea, glicerina, alcoholes de pequeño peso molecular atraviesan la membrana celular por difusión, disolviendose en la capa de fosfolípidos. 

 

Algunas sustancias iónicas también pueden cruzar la membrana plasmática por difusión, pero empleando los canales constituídos por proteínas integrales llenas de agua. Algunos ejemplos notables son el Na+, K+, HCO3, Ca++, etc. Debido al pequeño tamaño de los canales, la difusión a través de estos es mucho más lenta que a través de la bicapa fosfolipídica

Difusión facilitada

Algunas moléculas son demasiado grandes como para difundir a través de los canales de la membrana y demasiado insolubles en lípidos como para poder difundir a través de la capa de fosfolípidos. Tal es el caso de la glucosa y algunos otros monosacáridos. Esta sustancias, pueden sin embargo cruzar la membrana plasmática mediante el proceso de difusión facilitada, con la ayuda de una proteina transportadora. En el primer paso, la glucosa se une a la proteína transportadora, y esta cambia de forma, permitiendo el paso del azúcar. Tan pronto como la glucosa llega al citoplasma, una kinasa (enzima que añade un grupo fosfato a un azúcar) transforma la glucosa en glucosa-6-fosfato. De esta forma, las concentraciones de glucosa en el interior de la célula son siempre muy bajas, y el gradiente de concentración exterior --> interior favorece la difusión de la glucosa. 

 

La difusión facilitada es mucho más rápida que la difusión simple y depende: 

 

° del gradiente de concentración de la sustancia a ambos lados de la membrana 

° del número de proteínas transportadoras existentes en la membrana 

° de la rápidez con que estas proteínas hacen su trabajo

La insulina, una hormona producida por el páncreas, facilita la difusión de la glucosa hacia el interior de las células, disminuyendo su concentración en la sangre. Esto explica el porque la ausencia o disminución de la insulina en la diabetes mellitus aumenta los niveles de glucosa en sangre al mismo tiempo que obliga a las células a utilizar una fuente de energía diferente de este monosacárido

Osmosis

Es otro proceso de transporte pasivo, mediante el cual, un disolvente - el agua en el caso de los sistemas biológicos - pasa selectivamente a través de una membrana semi-permeable. La membrana de las células es una membrana semi-permeable ya que permite el paso del agua por difusión pero no la de iones y otros materiales. Si la concentración de agua es mayor (o lo que es lo mismo la concentración de solutos menor) de un lado de la membrana es mayor que la del otro lado, existe una tendencia a que el agua pase al lado donde su concentración es menor. 

El movimiento del agua a través de la membrana semi-permeable genera un presión hidrostática llamada presión osmótica. La presión osmótica es la presión necesaria para prevenir el movimiento neto del agua a través de una membrana semi-permeable que separa dos soluciones de diferentes concentraciones.

 

La ósmosis puede entenderse muy bien considerando el efecto de las diferentes concentraciones de agua sobre la forma de las células. Para mantener la forma de un célula, por ejemplo un hematíe, esta debe estar rodeada de una solución isotónica, lo que quiere decir que la concentración de agua de esta solución es la misma que la del interior de la célula. En condiciones normales, el suero salino normal (0.9% de NaCl) es isotónico para los hematíes. 

Si los hematíes son llevados a una solución que contenga menos sales (se dice que la solución es hipotónica), dado que la membrana celular es semi-permeable, sólo el agua puede atravesarla. Al ser la concentración de agua mayor en la solución hipotónica, el agua entra en el hematíe con lo que este se hincha, pudiendo eventualmente estallar (este fenómeno se conoce con el nombre de hemolisis.

Por el contrario, si los hematíes se llevan a una solución hipertónica (con una concentración de sales superior a la del hematíe) parte del agua de este pasará a la solución produciéndose el fenómeno de crenación y quedando los hematíes como "arrugados".

Membrana plasmática

Membrana plasmática
La célula es una entidad altamente compleja y organizada con numerosas unidades y orgánulos funcionales. Muchas de estas unidades están separadas unas de otras por membranas que están especializadas para permitir que el orgánulo cumpla su función. Además, las membranas cumplen las siguientes funciones:
° Protegen la célula o el orgánulo
° Regulan el transporte hacia adentro o hacia afuera de la célula u orgánulo
° Permiten una fijación selectiva a determinadas entidades químicas a través de receptores lo que se traduce finalmente en la transducción de una señal
° Permiten el reconocimiento celular
° Suministran unos puntos de anclaje para filamentos citoesqueléticos o componentes de la matriz extracelular lo que permite mantener una forma
° Permiten la compartimentación de dominios subcelulares donde pueden tener lugar reacciones enzimáticas de una forma estable
° Regulan la fusión con otras membranas
° Permiten el paso de ciertas moléculas a través de canales o ciertas junciones
° Permite la motilidad de algunas células u orgánulos

La célula y su ambiente

La célula está en continua interacción con su medio externo incorporando y expulsando sustancias a través de la membrana. Está se caracteriza por actuar como una membrana selectiva, permitiendo el paso de algunas sustancias.

La membrana plasmática permite el ingreso de diferentes moléculas que no son capaces de atravesar libremente por difusión simple la bicapa lipídica, ya sea por que son polares, o muy grandes. Es aquí donde las proteínas insertadas en la membrana plasmática actúan, estas proteínas se conocen como proteínas transportadoras.

En los casos en que las proteínas permiten el paso de moléculas a favor de gradientes, se habla de transporte pasivo o difusión facilitada. Este tipo de transporte no necesita de energía para llevarse a cabo.

También hay casos de transporte contra gradiente, o transporte activo el cual necesita de energía para llevar a cabo.

Difusión

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Es el movimiento de átomos, moléculas o iones de una región de mayor concentración a una de menor concentración.

Difusión simple

Sustancias como el O2 y CO2 pasan a través de los poros de la membrana por difusión simple.

ESTRUCTURAS Y ORGANIZACIÓN DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

Hay diferencias entre el medio interno y el medio externo. Estas diferencias se mantienen durante toda la vida, gracias al control de entrada y salida de iones y moléculas a través de la membrana.

La membrana es tan fina que no puede ser observada al microscopio óptico, pero si al electrónico. Antes de la aparición de este último, ya se conocía la existencia de la membrana, puesto que había añadido “rojo de fenol” a células y habían observado al microscopio óptico que el colorante no penetraba en dichas células. Tenía que haber algo que las limitase.

La membrana plasmática se encuentra en todas las células sin excepción. Tanto en eucariotas como en procariotas.

Su función es controlar el intercambio de moléculas e iones entre la célula y el medio: PERMEABILIDAD CELULAR.

Modelo del mosaico fluido

El modelo más aceptado actualmente es el propuesto por Singer y Nicholson (1972), denominado modelo del MOSAICO FLUIDO.

La membrana plasmática no es una estructura estática, sus componentes pueden moverse, lo que le proporciona una cierta fluidez.

La fluidez es una de las características más importantes de las membranas. 

Depende de factores como :

1.-La temperatura; la fluidez aumenta al aumentar la temperatura.

2.-La naturaleza de los lípidos; la presencia de lípidos INSATURADOS y de cadena corta favorecen el aumento de la fluidez; la presencia de colesterol endurece las membranas, reduciendo su fluidez y permeabilidad, proporcionándole estabilidad.

Con los datos ofrecidos por la microscopía electrónica y los análisis 

bioquímicos se ha elaborado este modelo de membrana.

Características del modelo de MOSAICO FLUIDO:

1.-La membrana es como un mosaico fluido en el que la bicapa lipídica es la base o soporte y las proteínas están incorporadas o asociadas a ella, interactuando unas con otras y con los lípidos. Tanto las proteínas como los lípidos pueden desplazarse lateralmente.

2.-Los lípidos y las proteínas integrales se hallan dispuestos en mosaico.

3.-Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución de sus componentes, fundamentalmente de los glúcidos, que sólo se encuentran en la cara externa.

Glucocalix

La membrana celular de las células eucariotas está recubierta en su cara externa por una capa laxa de oligosacáridos y polisacáridos denominada

glucocálix

. Estos glúcidos pueden presentarse unidos covalentemente a lípidos (formando glucolípidos) o a proteínas (formando glucoproteínas), pero en todos los casos se sitúan en la superficie exterior de la membrana. Los monosacáridos constitutivos más importantes son: glucosa, manosa, galactosa, N-acetilglucosamina y N-acetilgalactosamina. En el exterior del glucocálix se sitúa una capa secretada por la célula, formada por colágeno, elastina y otras proteínas, que se denomina

matriz extracelular

. Un tipo especial, rico en colágeno, es la lámina basal a la que se unen las células epiteliales.

*** Funciones del glucocálix

•

 

Proporciona

protección mecánica y química a la superficie celular

frente a las lesiones, al tiempo que le

otorga

 

viscosidad

, lo que facilita el deslizamiento de células aisladas, como los eritrocitos.

•

 

Representa la zona de

identificación

de las células. Mediante él entran en contacto y comunicación diferentes células. Unejemplo de este fenómeno es la llamada

inhibición por contacto

: las células, al juntarse, interrumpen su movimiento, elcrecimiento y la división celular (de esta forma quedan agrupadas, constituyendo asociaciones estables). Así se inicia, porejemplo, la formación de tejidos en los embriones.

•

 

La moléculas glucídicas actúan como

antígenos

sobre los que se fijan los anticuerpos específicos que determinan el comportamiento inmunológico de las células. De esta manera, las moléculas que actúan como antígenos responsables delos

grupos sanguíneos AB0

son glucolípidos presentes en las membranas de los eritrocitos. El grupo A, por ejemplo, está determinado por la N-acetilgalactosamina, y el B, por la galactosa. Los glúcidos son responsables, además, de los llamados

antígenos de tolerancia tisular o de histocompatibilidad 

. La función de estas moléculas hace que, por ejemplo, en un trasplanté las células trasplantadas no sean reconocidas como propias y sean rechazadas por las receptoras.

•

 

El glucocálix actúa también como

receptor

de moléculas (hormonas), agentes patógenos (virus, bacterias) o sus toxinas.

•

 

También interviene en la

regulación del crecimiento y en la reproducción celular

. Las células cancerosas tienen un glucocálix diferente al de las células normales correspondientes, y no están sometidas a la inhibición por contacto.

•Los polisacáridos de la superficie celular tienen también una importante función en el

proceso de la fecundación

. Así, en los huevos de erizos o estrellas de mar (como en los de otros animales), la glucoproteína que rodea al óvulo es la responsable de la reacción acrosomal, mediante la cual un espermatozoide fecunda al óvu

Fosfolípidos

Los fosfolípidos, un tipo especial de lípido, son los componentes primarios de las membranas celulares. En su estructura química podemos observar una molécula de glicerol, dos ácidos grasos, un grupo fosfato y una base nitrogenada. Su fórmula general se representa de la siguiente manera:

En las membranas celulares los fosfolípidos juegan un papel muy importante, ya que controlan la transferencia de sustancias hacia el interior o exterior de la célula.

Los fosfolípidos son anfipáticos, esto es que son simultaneamente hidrofílicos e hidrofóbicos. En efecto, una parte de su estructura es soluble en agua (hidrofílica), mientras que la otra, es soluble en lípidos (hidrofóbica).

Es en la parte hidrofílica donde se encuentran el grupo fosfato y el aminoalcohol o base nitrogenada.

Esta característica estructural hace posible que los fosfolípidos participen en el intercambio de sustancias entre un sistema acuoso y un sistema lipídico, separando y aislando a los dos sistemas, a la vez que los mantiene juntos.

En medio acuoso las colas de los fosfolípidos (constituidas por la molécula de gricerol y los ácidos grasos) tienden a disponerse en manera tal de formar un ambiente local hidrofóbico.

Al entrar en contaco con el agua, las moléculas de fosfolípidos se organizan formando micelas o bicapas que son grupos macromoleculares con gran cantidad de lípidos. En estas estructuras las cadenas hidrofóbicas de ácidos grasos se alinean unas con otras, interactuando entre ellas y dejando sus extremos  hidrofílicos en contacto con el agua.

Metabolismo celular

Metabolismo celular

El metabolismo tiene principalmente dos finalidades:

·Obtener energía química utilizable por la célula, que se almacena en forma de ATP (adenosín trifostato). Esta energía se obtiene por degradación de los nutrientes que se toman directamente del exterior o bien por degradación de otros compuestos que se han fabricado con esos nutrientes y que se almacenan como reserva.
·Fabricar sus propios compuestos a partir de los nutrientes, que serán utilizados para crear  sus estructuras o para almacenarlos como reserva.

Al producirse en las células de un organismo, se dice que existe un metabolismo celular permanente en todos los seres vivos, y que en ellos se produce una continua reacción química.

anabolismo y catabolismo

El catabolismo (fase destructiva)

Su función es reducir, es decir de una sustancia o molécula compleja hacer una más simple.

Catabolismo es, entonces, el conjunto de reacciones metabólicas mediante las cuales las moléculas orgánicas más o menos complejas (glúcidos, lípidos), que proceden del medio externo o de reservas internas, se rompen o degradan total o parcialmente transformándose en otras moléculas más sencillas (CO2, H2O, ácido láctico, amoniaco, etcétera) y liberándose energía en mayor o menor cantidad que se almacena en forma de ATP (adenosín trifosfato). Esta energía será utilizada por la célula para realizar sus actividades vitales (transporte activo, contracción muscular, síntesis de moléculas).

El anabolismo (fase constructiva)

Reacción química para que se forme una sustancia más compleja a partir otras más simples.

Anabolismo, entonces es el conjunto de reacciones metabólicas mediante las cuales a partir de compuestos sencillos (inorgánicos u orgánicos) se sintetizan moléculas más complejas. Mediante estas reacciones se crean nuevos enlaces por lo que se requiere un aporte de energía que provendrá del ATP.

Las moléculas sintetizadas son usadas por las células para formar sus componentes celulares y así poder crecer y renovarse o serán almacenadas como reserva para su posterior utilización como fuente de energía.

Niveles de organización biológica

° Átomos: es el siguiente nivel de organización. Es un átomo de oxígeno, de hierro, de cualquier elemento químico. A nivel biológico podemos llamar a los átomos como bioelementos y clasificarlos según su función:

Si cumplen una función estructural son bioelementos primarios: son el carbono, el fósforo,nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y azufre que forman por ejemplo, las membranas de las células, las proteínas, los ácidos grasos, los lípidos…

Si cumplen una función estructural y catalítica son bioelementos secundarios: calcio, sodio, potasio, magnesio, cloro, iodo… son fundamentales para el funcionamiento de la célula pero no forman parte estructural de las mismas.

Si cumplen sólo función catalítica son oligoelementos o elementos vestigiales porque sus cantidades en el organismo son muy escasas como por ejemplo pueden ser el Cobalto, el Zinc, que intervienen en el funcionamiento de ciertas enzimas.

° Moléculas: las moléculas consisten en la unión de diversos átomos diferentes para fomar, por ejemplo, oxígeno en estado gaseoso (O2), dióxido de carbono, o simplemente carbohidratos, proteínas, lípidos… Las moléculas pueden ser orgánicas (glucosa, lípidos, grasas) o inorgánicas (agua, sales minerales, gases, óxidos…) La bioquímica se encarga del estudio de este nivel de organización, siendo una de las disciplinas más punteras y que mayor recursos de investigación obtiene en investigación y universidades dentro de las áreas de este artículo.

° Celular: las moléculas se agrupan en unidades celulares con vida propia y capacidad de autorreplicación. Las células puede ser eucariotas o procariotas dependiendo de su estructura. También pueden formar organismos de vida independiente como son los protozoos o las amebas.

° Tisular: las células se organizan en tejidos: epitelial, adiposo, nervioso, muscular… En plantas hablaríamos del parénquima, por ejemplo. La histología es la ciencia que se encarga del estudio de los tejidos.

° Sistémico o de aparatos: los órganos se estructuran en aparatos o sistemas más complejos que llevan a cabo funciones más amplias. Tenemos el ejemplo de los sistemas digestivos, respiratorios, circulatorios, nerviosos…

° Organismo: nivel de organización superior en el cual las células, tejidos, órganos y aparatos de funcionamiento forman una organización superior como seres vivos: animales, plantas, insectos,…

° Sistemas: Son conjuntos de órganos, formados por los mismos tipos de tejidos, que pueden realizar actos independientes. Se distinguen 6 sistemas diferentes que son:

° Sistema nervioso

° Sistema muscular

° Sistema óseo

° Sistema endocrino u hormonal

° Sistema tegumentario (piel) y

° Sistema linfático

Modelo Llave-Cerradura y modelo de encaje inducid

° Modelo de llave-cerradura: como lo indica su nombre, este modelo plantea una analogía entre la interacción de las enzimas con su sustrato y el funcionamiento de una llave que se complementa específicamente con una única chapa o cerradura. Si bien es cierto que este modelo da cuenta de la relación específica entre una enzima y su sustrato, sugiere una interacción ''rígida'' entre ellos, condición que algunos científicos actualmente cuestionan.

° Modelo de encaje-inducido: este modelo sugiere una interacción más flexible y plástica entre la enzima y su sustrato. La idea es que a medida que el sustrato se acerca a la enzima, induce cambios de forma en ella, de manera de ‘’acomodarse’’ y así establecer la relación 

específica que caracteriza a esta interacción