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Transporte de Sustancias a través de las Membranas Celulares: Difusión y Transporte Activo, Apuntes de Fisiología

El transporte de sustancias a través de las membranas celulares mediante la difusión simple y facilitada, así como el transporte activo. Se describe cómo la bicapa lipídica y las proteínas transportadoras de la membrana desempeñan un papel crucial en este proceso. Se abordan conceptos relacionados como la liposolubilidad, la permeabilidad selectiva y la activación de canales.

Qué aprenderás

  • ¿Qué es la difusión simple y cómo se produce?
  • ¿Cómo funciona el transporte activo y qué necesita para ocurrir?
  • ¿Cómo se produce el transporte a través de la membrana celular?

Tipo: Apuntes

2019/2020

Subido el 19/05/2020

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FISIOLOGIA MEDF1
RESUMEN CAP. 4 GUYTON
ALBERTO MERINOS
JUAN LUIS TELLO
23/03/2020
Transporte de sustancias a través de las membranas celulares
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¡Descarga Transporte de Sustancias a través de las Membranas Celulares: Difusión y Transporte Activo y más Apuntes en PDF de Fisiología solo en Docsity!

FISIOLOGIA MEDF

RESUMEN CAP. 4 GUYTON

ALBERTO MERINOS

JUAN LUIS TELLO

Transporte de sustancias a través de las membranas celulares

el líquido extracelular contiene una gran cantidad de sodio, pero solo una pequeña cantidad de potasio. En el líquido intracelular ocurre lo contrario. Además, el líquido extracelular contiene una gran cantidad de iones cloruro, mientras que el líquido intracelular contiene muy pocos de estos iones. Sin embargo, la concentración de fosfatos y de proteínas del líquido intracelular es considerablemente mayor que la del líquido extracelular. Estas diferencias son muy importantes para la vida de la célula. Membrana extracelular. Esta conformada casi en su totalidad por una bicapa lipídica la cual tiene dos capas de lípidos una hidrofóbica y una hidrofílica. La capa hidrofóbica funciona como una barrera frente al movimiento de moléculas de agua y de sustancias insolubles, es decir no permite el paso de las moléculas de agua a subes que la repele. Por su parte la capa hidrofílica es todo lo contrario, pues esta permite el paso sustancias liposolubles. Las moléculas proteicas de la membrana tienen unas propiedades totalmente diferentes para transportar sustancias. Sus estructuras moleculares interrumpen la continuidad de la bicapa lipídica y constituyen una ruta alternativa a través de la membrana celular. Muchas de estas proteínas penetrantes pueden actuar como proteínas transportadoras. Difusión frente a transporte activo El transporte a través de la membrana celular, ya sea directamente a través de la bicapa lipídica o a través de las proteínas, se produce mediante uno de dos procesos básicos: difusión o transporte activo. la difusión es movimiento molecular aleatorio de las sustancias, la energía que hace que se produzca la difusión es la energía del movimiento cinético normal de la materia. El transporte activo es el movimiento de iones o de otras sustancias a través de la membrana con una proteína transportadora de manera que la proteína transportadora hace que la sustancia se mueva contra un gradiente de energía, Este movimiento necesita de una fuente adicional de energía, además de la energía cinética. Difusión Todas las moléculas e iones de los líquidos corporales, incluyendo las moléculas de agua y las sustancias disueltas, están en movimiento constante, de modo que cada partícula se mueve de manera completamente independiente, este movimiento continuo de moléculas entre sí en los líquidos o los gases se denomina difusión. Hay dos tipos de difusión a través de la membrana celular, son difusión simple y

paso de agua a través de las membranas celulares pero impiden el de otras moléculas. Los canales proteicos se distinguen por dos características importantes: 1) con frecuencia son permeables de manera selectiva a ciertas sustancias, y 2) muchos de los canales se pueden abrir o cerrar por compuertas que son reguladas por señales eléctricas (canales activados por el voltaje) o sustancias químicas que se unen a las proteínas de canales (canales activados por ligandos). Permeabilidad selectiva de los canales proteicos Muchos de los canales proteicos son muy selectivos para el transporte de uno o más iones o moléculas específicos. Esta selectividad se debe a las características del propio canal, como su diámetro, su forma y la naturaleza de las cargas eléctricas y enlaces químicos que están situados a lo largo de sus superficies internas. Los canales de potasio permiten el paso de iones potasio a través de la membrana celular con una facilidad aproximadamente 1.000 veces mayor que para el paso de iones sodio. Este alto grado de selectividad no puede explicarse completamente por los diámetros moleculares de los iones, ya que los iones potasio son solo ligeramente mayores que los de sodio. Activación de los canales proteicos La activación de los canales proteicos proporciona un medio para controlar la permeabilidad iónica de los canales. Se piensa que algunas de las compuertas son realmente extensiones similares a una compuerta de la molécula de la proteína transportadora, que pueden cerrar la abertura del canal o se pueden alejar de la apertura por un cambio conformacional de la forma de la propia molécula proteica.

  1. Activación por el voltaje. En el caso de activación por el voltaje, la conformación molecular de la compuerta o de sus enlaces químicos responde al potencial eléctrico que se establece a través de la membrana celular.
  2. Activación química (por ligando). Las compuertas de algunos canales proteicos se abren por la unión de una sustancia química (un ligando) a la proteína, que produce un cambio conformacional o un cambio de los enlaces químicos de la molécula de la proteína que abre o cierra la compuerta. La difusión facilitada necesita proteínas transportadoras de membrana La difusión facilitada también se denomina difusión mediada por un transportador porque una sustancia que se transporta de esta manera difunde a través de la

membrana con la ayuda de una proteína transportadora específica para contribuir al transporte. La difusión facilitada difiere de la difusión simple en la siguiente característica importante: aunque la velocidad de la difusión simple a través de un canal abierto aumenta de manera proporcional a la concentración de la sustancia que difunde, en la difusión facilitada la velocidad de difusión se acerca a un máximo, denominado Vmáx, a medida que aumenta la concentración de la sustancia que difunde. Factores que influyen en la velocidad neta de difusión Hasta ahora es evidente que muchas sustancias pueden difundir a través de la membrana celular. Lo que habitualmente es importante es la velocidad neta de difusión de una sustancia en la dirección deseada. Esta velocidad neta está determinada por varios factores. La velocidad neta de difusión es proporcional a la diferencia de concentración a través de una membrana En ocasiones se produce una gran diferencia de presión entre los dos lados de una membrana permeable. Esta diferencia de presión se produce, por ejemplo, en la membrana capilar sanguínea de todos los tejidos del cuerpo. La presión realmente significa la suma de todas las fuerzas de las diferentes moléculas que chocan contra una unidad de superficie en un momento dado. lado. La consecuencia es que se dispone de mayores cantidades de energía para producir el movimiento neto de moléculas desde el lado de presión elevada hacia el lado de presión baja. Ósmosis a través de membranas con permeabilidad selectiva: «difusión neta» de agua la sustancia más abundante que difunde a través de la membrana celular es el agua. Cada segundo difunde normalmente una cantidad suficiente de agua en ambas direcciones a través de la membrana del eritrocito igual a aproximadamente 100 veces el volumen de la propia célula. Este proceso de movimiento neto del agua que se debe a la producción de una diferencia de la concentración del agua se denomina ósmosis. Presión osmótica Si se aplicara presión a la solución de cloruro sódico, la ósmosis de agua hacia esta solución se enlentecería, se interrumpiría o incluso se invertiría. La cantidad de presión necesaria para detener la ósmosis se denomina presión osmótica de la solución de cloruro sódico.

La bomba Na+-K+ es importante para controlar el volumen celular Una de las funciones más importantes de la bomba Na+-K+ es controlar el volumen de todas las células. Sin la función de esta bomba la mayoría de las células del cuerpo se hincharían hasta explotar. El mecanismo para controlar el volumen es el siguiente: en el interior de la célula hay grandes cantidades de proteínas y de otras moléculas orgánicas que no pueden escapar de la célula. Todas estas moléculas e iones producen ósmosis de agua hacia el interior de la célula. Salvo que este proceso se detenga, la célula se hinchará indefinidamente hasta que explote. El mecanismo normal para impedir este resultado es la bomba Na+-K+. Si una célula comienza a hincharse por cualquier motivo, la bomba Na+-K+ se activa automáticamente, moviendo aún más iones hacia el exterior y transportando agua con ellos. Por tanto, la bomba Na+-K+ realiza una función continua de vigilancia para mantener el volumen celular normal. Naturaleza electrógena de la bomba Na+-K+ El hecho de que la bomba Na+-K+ desplace tres iones Na+ hacia el exterior por cada dos iones K+ que desplaza hacia el interior significa que se desplaza una carga positiva neta desde el interior de la célula hasta el exterior en cada ciclo de bombeo. Transporte activo primario de iones calcio Otro mecanismo importante de transporte activo primario es la bomba de calcio. Los iones calcio normalmente se mantienen a una concentración muy baja en el citosol intracelular de prácticamente todas las células del cuerpo, a una concentración aproximadamente 10.000 veces menor que en el líquido extracelular. Transporte activo primario de iones hidrógeno El transporte activo primario de los iones hidrógeno es importante en dos localizaciones del cuerpo: 1) en las glándulas gástricas del estómago, y 2) en la porción distal de los túbulos distales y en los conductos colectores corticales de los riñones. Energética del transporte activo primario La cantidad de energía necesaria para transportar activamente una sustancia a través de una membrana viene determinada por cuánto se concentra la sustancia durante el transporte. En comparación con la energía necesaria para concentrar 10 veces una sustancia, concentrarla 100 veces precisa el doble de energía, y concentrarla 1.000 veces precisa el triple de energía.

Transporte activo secundario: cotransporte y contratransporte Cuando los iones sodio se transportan hacia el exterior de las células mediante transporte activo primario habitualmente se establece un gran gradiente de concentración de iones sodio a través de la membrana celular, con una concentración elevada fuera de la célula y una concentración baja en su interior. En condiciones adecuadas esta energía de difusión del sodio puede arrastrar otras sustancias junto con el sodio a través de la membrana celular. Este fenómeno, denominado cotransporte, es una forma de transporte activo secundario. Una vez que ambos se han unido se produce un cambio conformacional y la energía liberada por la acción del ion sodio que se mueve hacia el interior hace que la otra sustancia se mueva hacia el exterior. Cotransporte de glucosa y aminoácidos junto con iones sodio La glucosa y muchos aminoácidos se transportan hacia el interior de la mayor parte de las células contra grandes gradientes de concentración; el mecanismo de esta acción es totalmente mediante cotransporte. La concentración de los iones sodio es alta en el exterior y baja en el interior, lo que suministra la energía para el transporte. Contratransporte con sodio de iones calcio e hidrógeno Dos mecanismos de contratransporte (p. ej., transporte en una dirección opuesta al ion primario) especialmente importantes son el contratransporte sodio-calcio y el contratransporte sodio-hidrógeno El contratransporte sodio-calcio se produce a través de todas o casi todas las membranas celulares, de modo que los iones sodio se mueven hacia el interior y los iones calcio hacia el exterior, ambos unidos a la misma proteína transportadora en un modo de contratransporte. Transporte activo a través de capas celulares En muchas localizaciones del cuerpo se deben transportar sustancias a través de todo el espesor de una capa celular en lugar de simplemente a través de la membrana celular. El transporte de este tipo se produce a través de: 1) el epitelio intestinal; 2) el epitelio de los túbulos renales; 3) el epitelio de todas las glándulas exocrinas; 4) el epitelio de la vesícula biliar, y 5) la membrana del plexo coroideo del cerebro, junto con otras membranas.