Una breve descripción de los transporte de membrana

1. Universidad autónoma de Santo Domingo
Primada de América. Fundada el 28 de octubre de 1538
Facultad de Ciencias de la Salud
Escuela de Ciencias Fisiológicas
Catedra de Fisiología
Fisiología celular
Transportes a través de las membranas celulares
12 de septiembre 2014
Santo Domingo, República Dominicana

2. Contenido
Introducción..................................................................................................................................................3
Transportesa travésde las membranascelulares........................................................................................4
Transportespasivo....................................................................................................................................4
Difusiónatravésde la membranacelular................................................................................................4
Difusiónde sustanciasliposolublesatravésde la bicapalipídica............................................................4
Difusiónde aguay otrasmoléculaslipoinsolublesatravésde loscanalesproteicos..............................5
Difusiónsimple atravésde loscanalesde proteínay compuertasenestoscanales..............................5
Compuertasde canalesproteicos.............................................................................................................5
Osmolalidad..............................................................................................................................................7
El osmol.....................................................................................................................................................7
Pasosde soluciones..................................................................................................................................8
Osmolaridad..............................................................................................................................................8
Equilibrio de GibbsDonnan......................................................................................................................8
Conclusión.....................................................................................................................................................9
Bibliografía..................................................................................................................................................10

3. Introducción
En esta unidad estaremos hablando del transporte a través de la membrana celular, la difusión
de sustancias liposolubles a través de la bicapa lipídica, la difusión de agua y otras moléculas
lipoinsolubles a través de canales proteicos y la apertura de estos canales, permeabilidad
selectiva de muchos de estos canales proteicos, apertura de los canales proteicos, difusión
facilitada, osmosis a través de la membrana selectiva permeable, presión osmótica.
Cada uno de estos subtemas son parte de lo que le estaremos hablando, veremos cómo acurre
cada transporte en la membrana, como cada molécula atraviesa las proteínas, la velocidad con
que pasan o atraviesan, como influye y que diferencia existe entre cada partícula y molécula.
Aprenderemos términos como osmosis que es el movimiento neto de agua a través de una
membrana selectivamente permeable empujado por la diferencia en concentraciones de soluto a
ambos lados de la membrana. Como el transporte a través de la membrana que es el paso de
partículas y moléculas que atraviesan la membrana por diferentes tipos de transporte entre los
que se encuentra la difusión que es igual al transporte activo, transporte de agua, difusión
facilitada.

4. 4
Transportes a través de las membranas celulares
El transporte celular es el movimiento de sustancias en
ambas direcciones, a través de la membrana. Mediante las
diferentes modalidades de transporte celular entran a la
célulalosmaterialesque se necesitanysalenlosmateriales
de desecho. El transporte a través de la membrana puede
ser activo y pasivo.
Ilustración 1 ejemplo de transporte celular
Transportes pasivo
El transporte pasivonorequiere quelacélulautiliceenergíayse realizaporunprocesofísicodenominado
difusión.
Ilustración 2 ejemplo de difusión Difusión
Es el proceso por el cual las moléculas se entremezclan, como
consecuencia del movimiento aleatorio que le impulsa su
energía cinética. Eneste,las partículas se desplazana favordel
gradiente de concentración.
Difusión a través de la membrana celular
La difusión a través de la membrana celular se divide en dos
subtipos denominados difusión simple y difusión facilitada.
Difusión simple significa que el movimiento cinético de las
moléculasode losionesse produce atravésde una aberturade
la membrana o a través de espacios intermoleculares sin
ninguna interacción con las proteínas transportadoras de la
membrana. La velocidad de difusión viene determinada por la cantidad de sustancia disponible, la
velocidaddel movimientocinéticoyel númeroy el tamaño de lasaberturas de la membranaa travésde
las cuales se pueden mover las moléculas o los iones.
La difusión facilitada precisa la interacción de una proteína transportadora. La proteína transportadora
ayuda al paso de lasmoléculasode losionesatravésde la membranamediante suuniónquímicaconlos
mismosysu desplazamientoatravésde lamembranade estamanera. Se puede producirdifusiónsimple
a través de la membrana celular por dos rutas: 1) a través de los intersticios de la bicapa lipídica si la
sustancia que difunde esliposoluble y2) a través de canales acuosos que penetranentodo el grosorde
la bicapa a través de las grandes proteínas transportadoras.
Difusión de sustancias liposolubles a través de la bicapa lipídica
Uno de los factoresmás importantesque determinalarapidezcon la que una sustanciadifunde através
de la bicapa lipídica es la liposolubilidad de la sustancia. Por ejemplo, la liposolubilidad del oxígeno, del
nitrógeno, del anhídrido carbónico y de los alcoholes es elevada, de modo que todas estas sustancias

5. 5
pueden disolverse directamente en la bicapa lipídica y puedendifundir a través de la membrana celular
de la misma manera que se produce difusión de solutos en agua en una solución acuosa. Por razones
evidentes, la velocidad de difusión de cada una de estas sustancias a través de la membrana es
directamente proporcional a su liposolubilidad. De esta manera se pueden transportar cantidades
especialmentegrandesde oxigeno;portanto, se puedeliberaroxígenoenelinteriorde lacélulacasi como
si no existiera la membrana celular.
Difusión de agua y otras moléculas lipoinsolubles a través de los canales proteicos
Aunque el aguaesmuy insoluble enloslípidosde lamembrana, pasarápidamenteatravésde loscanales
de las moléculas proteicas que penetran en todo el espesor de la membrana. La rapidez con la que las
moléculas de agua se pueden mover a través de la mayor parte de las membranas celulares es
sorprendente.A modo de ejemplo,lacantidadtotal de agua que difunde enlasdos direccionesA través
de la membrana del eritrocito durante cada segundo es luz veces mayor que el volumen del propio
eritrocito.Otrasmoléculasinsolublesenlípidospuedenatravesarloscanalesde losporosproteicosde la
misma manera que las moléculas de agua si son hidrosolubles y de un tamaño lo suficientemente
pequeño. Sin embargo, a medida que se hacen mayores su penetración disminuye rápidamente. Por
ejemplo, el diámetro de la molécula de urea es solo un 20% mayor que la del agua, y a pesar de ello su
penetraciónatravésde losporos de lamembranacelularesaproximadamente 1.000 vecesmenorque la
del agua. Aunasí, dada la sorprendentevelocidadde penetracióndel agua, lamagnitudde lapenetración
de la urea sigue permitiendo el transporte rápido de la urea a través de la membrana en un plazo de
minutos.
Difusión simple a través de los canales de proteína y compuertas en estos canales
Muchos de loscanalesde proteínasuministranunavíaacuosa a travésde losintersticiosde lasmoléculas
proteicas. Por tanto, las sustancias fluyen directamente por estos canales de un lado al otro de la
membrana. Los canales proteicos tienen dos características importantes:
1. Con frecuenciamuestrapermeabilidadselectivaaciertassustancias
2. Un gran númerode estoscanalesse abre y cierramediante compuertas.
Permeabilidad selectivade diferentescanalesproteicos.Estapropiedadresultade las característicasdel
propio canal, como diámetro, forma y naturaleza de las cargas eléctricas distribuidas a lo largo de su
superficie interior.Comoesel canal proteicodelsodio,perolomásimportante esque contiene ionescon
fuerte carga negativaensu superficie interna. Otrocanal proteicomuestraselectividadparatransportar
potasioestoscanalessonunpocomáspequeñosque losdelsodio,notienencarganegativa.Porlotanto,
no hay fuerza de atracción intensa para llevar los iones al interior del canal ni para separarlos de la
molécula de agua que los hidrata.
Compuertas de canales proteicos
Las vías del canal proteicoconstituyenel medioparacontrolarlapermeabilidad. Laaberturayel cierre de
las compuertas se controlan mediante dos mecanismos principales:

6. 6
1. Compuerta de voltaje. en este caso la conformación molecular de la compuerta responde al
potencial eléctrico establecido a través de la membrana celular.
2. Compuertas por ligando. Algunas compuertas de los canales proteicos se abren cuando otra
molécula se une con la proteína; el resultado es un cambio conformaciones en la molécula
proteicay la compuertase abre y se cierra.Este mecanismose denominacompuertaporligando
y la sustancia unida es el ligando.
Canalesabiertos, cerradosycon compuerta.La compuertadel canal se abre de golpe y luegose cierrade
lamismaforma.Cadaaberturaesunfenómenoqueocurre enpocasmillonésimasdesegundo.Estoilustra
larapidezde loscambiosconformacionalesenlamorfologíade lascompuertasde lasmoléculasproteicas.
Con ciertovoltaje el canal puede permanecercerradotodo,o casi todo el tiempo, entanto otro nivel de
voltaje puede permanecer abierto todo o mayor parte del tiempo.
Ósmosisatravésde lamembranacon permeabilidadselectiva:“difusiónnetade agua”
La ósmosis es el movimiento neto de agua a través de una membrana selectivamente permeable
empujadoporladiferenciaenconcentracionesde solutoaambosladosde lamembrana. Estamembrana
permite el paso libre de agua pero no de moléculas de soluto de iones.
Cuando se piensa en ósmosissiempre comparamos concentraciones de soluto entre dos soluciones. Las
diferencias se denominan:
Isotónica: las soluciones comparadas tienen
igual concentracionesde solutos.
Hipertónica: la solución con la concentración
de solutomás alta.
Hipotónica: la solución con la concentración
de solutomás baja.
La sustancia más abundante que difunde a través de la membrana celular es el agua. Cada segundo
difunde normalmenteunacantidadsuficientede aguaenambasdireccionesatravésde lamembranadel
eritrocito.Igual aproximadamente 100 vecesel volumende la propia célula. Sinembargo,normalmente
la cantidadque difunde enambasdireccionesestáequilibradade maneratan precisa que se produce un
movimientonetocerode agua. Portantoel volumencelularesconstante.Enciertascondicionessepuede
producir diferenciade concentracióndel agua a travésde la membrana, al igual que se puedenproducir
diferencias de concentraciones de otras sustancias.

7. 7
Cuando ocurre esto se produce movimiento neto de agua a través de la
membrana celular haciendo que la célula se hinche o que se contraiga,
dependiendo de la dirección del movimiento del agua. Este proceso de
movimientonetodel aguaque se debe ala producciónde una diferenciade la
concentración del agua denomina ósmosis.
Presión Osmótica
La presiónosmóticapuede definirse como lapresiónque se debe aplicar auna soluciónpara detenerel
flujo neto de disolvente a través de una membrana semipermeable. También es la cantidad exacta de
presión necesaria para detener la ósmosis
El principio de una diferencia de presión que se opone a la ósmosis como muestra esta imagen, que
muestrauna membranacon permeabilidad selectivaque se para dos columnasde líquido, una con agua
pura y otra que contiene unasoluciónde agua y de cualquiersolutoque nopenetraen la membrana. La
ósmosisde agua desde la cámara B hacia la cámara A hace que losnivelesde lascolumnasde líquidose
separencada vez más, hastaque finalmente se produzcauna diferenciade presiónentre losdosladode
la membrana que se lo suficientemente grande como para oponerse al efecto osmótico.
A B
Osmolalidad
Es la Concentración molecular de todas las partículas
osmóticamente en una solución, expresada en (osmoles o
miliosmoles) porkilogramode solvente.Estase usaparaexpresar
la concentraciónde solutostotales u OSMOLES de una solución.
Osmolalidad = osmoles por kilogramo de agua. Su unidad, en
medicina: miliosmoles por kilogramo de agua (mOsm/kg). En la
OSMOLARIDAD, la concentración queda expresada como:
Osmolaridad=osmolesporlitrode solución.
El osmol
OSMOL unidad de presión osmótica. Es la presión hidrostática necesaria para contrarrestar el paso de
agua a travésde unamembranasemi-permeable desdeunasoluciónconteniendo1mol/litrode unsoluto
no ionizable a una solución de agua destilada.

8. 8
P C
u
pa
so
pa
co
Osmo
Es la
compo
la pres
cuand
La osm
el fenó
asos de soluciones
uando dos soluciones se ponen en contacto a través de
na membrana semipermeable (membrana que deja
sar las moléculas de disolvente pero no las de los
lutos), las moléculas de disolvente se difunden,
sando habitualmente desde la solución con menor
ncentración de solutos a la de mayor concentración
laridad
medida que expresa el nivel de concentración de los
nentes de diversas disoluciones. El concepto deriva de
ión osmótica que cambia en las células del organismo
o se introduce la disolución en cuestión.
olaridadestávinculadaalaspropiedadesde laósmosis,
menoque surge apartirde lainteraccióndel soluto(un
sólido) conunamembrana. Estoprovocaladifusiónsimpledel
solutoporla membranasinque se pierdaenergía.
La osmolaridadésta reflejalaconcentraciónde las moléculasde aquelloscomponentesosmóticamente
activosdentrode unasolución.Dichaunidadesempleadaporlosmédicosylosfarmacéuticos, entreotros
profesionales. Es importante calcular la osmolaridad en diversos estudios de la fisiología para conocer
cómo se realizala difusiónde unasustanciamediantelasmembranascelulares, loque estarávinculadoa
la presión ejercida por el soluto.
Equilibrio de Gibbs Donnan
Cuandoexistenmoléculascargadas de grantamañoqueno
difundenatravésde unamembranasemipermeable(como
las proteínas), su presencia cambia la distribución de las
partículas iónicas.
En efecto, la proteína intracelular, cargada negativamente, atrae iones K+ y repele iones Cl-
,
produciéndose ungradiente eléctrico(simbolizadoporlas cargas + y - a ambos ladosde la membrana) y
sendos gradientes de concentración de K y Cl, iguales y de signo opuesto. En el equilibrio, se tiene:

9. 9
Conclusión
La membranaplasmáticaestáformadacasi ensu totalidadporuna bicapade lípidoscongran númerode
moléculas proteicas flotando en el seno de la sustancia lipídica. Muchas proteínas atraviesan de lado a
lado lamembrana. La bicapa de lípidosnose mezclacon el líquidoextracelularni con el intracelular. Por
tanto, constituye una barrera para el desplazamiento de moléculas de agua y de casi toda sustancia
hidrosoluble entre los compartimientos de los líquidos extracelular e intracelular.
Las moléculas de las proteínas tienen propiedades de transporte totalmente distintas. Su estructura
molecular interrumpe la continuidad de la capa de lípidos y constituye una vía alterna a través de la
membrana celular. Así la mayor parte de estas proteínas corresponde a proteínas de transporte.
Diferentes proteínas funcionan de manera distinta. Algunas presentan espacios acuosos en toda la
extensión de su molécula y permiten libre movimiento de ciertos iones o moléculas; a estas se les
denominacanalesde proteínas. Otrasllamadasproteínasacarreadoras, se unenconsustancias que vana
transportar y mediante cambiosconformacionalesde la moléculaproteicadesplazanlasustanciapor los
intersticios de la molécula hacia el otro lado de la membrana.

10. Bibliografía
Hall, G. Y. (s.f.). Tratado deFisiologia médica (12 ed.). ElsevierSaunders.
Landowne,D.(2007). Fisiología celular. Mexico:McGraw- Hill Interamericana.
UASD. (s.f.). Cuaderno deUnidades TeóricasdeBiologia Básica. (E.Universitaria,Ed.) SantoDomingo.
http://es.dreamstime.com/fotograf%C3%ADa-de-archivo-libre-de-regal%C3%ADas-membrana-celular-
image18242687
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/kinetic/diffus.html
http://www.opi97.org/nobel-de-medicina-premia-hallazgos-sobre-sistema-de-transporte-celular-2/