Existen tres tipos de movimientos posibles en las membranas:
rotación (sobre su propio eje)
traslación (o difusión lateral) sobre el plano de la membrana.
flip-flop
Tanto los movimientos de difusión lateral como el de rotación se llevan a cabo sobre la misma hemimembrana de la bicapa lipídica.
Factores que aumentan la fluidez de las membranas
-Ácidos grasos insaturados
-Baja concentración de colesterol
-Altas temperaturas
-Colas hidrocarbonadas cortas (dificultan el empaquetamiento)
Efecto de la temperatura sobre la fluidez
El ascenso de la temperatura aumenta la energía cinética entre las moléculas y, por lo tanto, el movimiento de las colas hidrocarbonadas. Esto lleva a una disminución de las interacciones atractivas entre las mismos y a un aumento de los movimientos de rotación y de difusión lateral. Por el contrario, una disminución de la temperatura vuelve más rígida a la membrana ya “empaqueta” las colas hidrofóbicas de los fosfolípidos e impide sus movimientos. Si la temperatura desciende significativamente, la membrana puede llegar a “cristalizarse”, con la pérdida consiguiente de muchas funciones vitales de la membrana.
Los organismos que habitan regiones donde hay grandes amplitudes térmicas estacionales varían la composición de los fosfolípidos de sus membranas en forma periódica, asegurando así una fluidez más o menos constante durante todo el año. Por otra parte, organismos que habitan ambientes extremos poseen composiciones fosfolipídicas muy particulares en sus membranas, por ejemplo, los que viven a temperaturas inferiores a los 0ºC tienen membranas muy ricas en lípidos poliinsaturados.
Asimetría de la membrana
En ambas caras de la bicapa (también denominadas hemimembranas o monocapas) no se encuentran los mismos tipos de fosfolípidos. Si bien estos en su mayoría se sintetizan en la cara citosolica del retículo endoplasmático liso, luego, por medio de movimientos del tipo flip-flop (únicamente permitidos en el REL, gracias a la presencia de flipasas), se van ubicando del lado de la bicapa que les corresponda. Por ej., la fosfatidilcolina y la esfingomielina predominan en la cara no citosolica de la membrana
Permeabilidad diferencial de las membranas celulares
Como ya se ha mencionado la membrana plasmática es una barrera con permeabilidad selectiva que regula el intercambio de sustancias entre el citoplasma y el medio extracelular. Sus propiedades aseguran que las sustancias esenciales, como la glucosa, los aminoácidos y los lípidos entren a la célula fácilmente, que los intermediarios metabólicos permanezcan en la célula y que los productos de desecho, como la urea, abandonen la misma. Todo esto permite a la célula mantener el medio interno relativamente constante. La membrana, debido a sus características hidrofóbicas, es impermeable a la mayor parte de las moléculas hidrosolubles, como la glucosa, los aminoácidos y los iones en general. En cambio, las moléculas hidrofóbicas, siempre y cuando su tamaño no sea demasiado grande, pueden atravesarla fácilmente.
Podemos observar que únicamente atravesarán la membrana las moléculas no polares y pequeñas como el O2, CO2, N2 e incluso el CO (tóxico), compuestos liposolubles como los ácidos grasos y esteroides y, además, a pesar de ser moléculas polares, el glicerol, la urea y el agua. El resto de las moléculas se transfiere de un lado a otro de la membrana gracias a proteínas integrales que actúan como transportadores; sin estos transportadores dichas moléculas no pueden difundir a través de las membranas.
Osmosis
Cuando existen iones en el medio el agua, que es un dipolo, se va a unir por interacciones electrostáticas a esos iones. Es lo que se llama agua seca
Transporte a través de la membrana
De todas las propiedades descritas en el modelo que tienen las membranas, se desprende una que es la más relevante desde el punto de vista funcional: La permeabilidad selectiva, es decir, la posibilidad de que la membrana restrinja los solutos que han de pasar a su través, pudiendo variar dicha permeabilidad en función de las necesidades celulares en cada momento.
1. TIPOS DE TRANSPORTE
1.1 Transporte pasivo y libre: difusión simple o libre
1.2 Transporte pasivo y libre: ósmosis
1.3 Transporte pasivo y mediado: difusión libre a través de proteínas-canales
1.4 Transporte pasivo y mediado: difusión facilitada o a través de proteínas transportadoras o "carriers"
1.5 Transporte activo y mediado
Una forma muy simple de clasificar las modalidades de transporte atiende al punto de vista del consumo de energía metabólica. Así el transporte que no utiliza energía se define como transporte pasivo mientras que el que la consume se denomina transporte activo. En el caso del transporte pasivo, el soluto se mueve siempre a favor de gradiente, que se convierte en la fuerza de conducción para el movimiento.
1.1 Transporte pasivo y libre: difusión simple o libre
La difusión es un proceso que se produce como consecuencia de la energía térmica de la materia.Cualquier molécula tiende a moverse de forma independiente y al azar; y se dispersa o disemina de manera que, en la situación de equilibrio dinámico, su distribución es uniforme. Los movimientos de las moléculas en el interior de una solución se denominan flujos. Este sistema de transporte es el más simple, y para moléculas sin carga (neutras) el flujo neto viene dado por la ley de Fick o ley de la difusión.
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| La difusión molecular desde un punto de vista microscópico y macroscópico. Inicialmente hay moléculas de soluto en el lado izquierdo de una barrera (línea color púrpura) y no hay ninguna en la derecha. Cuando se elimina la barrera, el soluto se difunde para ocupar completamente el contenedor. Superior: Una única molécula se mueve en forma aleatoria. Centro: Con un mayor número de moléculas, se observa una clara tendencia de parte del soluto a llenar más uniformemente el contenedor. Inferior: Con un enorme número de moléculas de soluto, la aleatoriedad se convierte en indetectable: el soluto parece moverse suave y sistemáticamente desde las áreas de alta concentración a las áreas de baja concentración. Este suave flujo es descrito por las leyes de Fick. Fuente Wikipedia |
Difusión simple, el movimiento de las partículas desde un área donde la concentración
que presentan es alta, a un área que con baja concentración. Una de las distintas
maneras en que las moléculas se mueven en las células (© KES47).
Como ejemplos de sustancias que utilizan este sistema de transporte están: O2, CO2, solutos liposolubles de peso molecular bajo: urea, glicerol, etc. Se ha observado que las moléculas hidrosolubles neutras de peso molecular inferior a 200 pasan rápidamente la membrana, como por ejemplo la molécula de agua. Las moléculas de este tipo pasan entre las cadenas laterales de los fosfolípidos sin disolverse, y además en el caso del agua existen una serie de proteínas canales, denominadas acuaporinas, que permiten un rápido incremento en la permeabilidad de la membrana al agua.
1.2 Transporte pasivo y libre: ósmosis
El contenido de agua que tiene una célula determina su volumen celular, y garantiza que los procesos metabólicos puedan desarrollarse normalmente. Como las membranas celulares son muy permeables al agua, tal como se ha comentado previamente, éste se moverá siguiendo sus gradientes.
La ósmosis es una clase especial de difusión que se define como "el flujo neto de agua que atraviesa una membrana semipermeable que separa dos compartimentos acuosos". La membrana celular se comporta de forma aproximada como una membrana semipermeable, es decir dejando pasar el agua pero no los solutos. El agua se mueve desde una zona donde su concentración es mayor, a otra donde es menor. En el caso de las soluciones intra y extracelular el agua se moverá desde la solución que presente una menor concentración (solución hiposmótica) a la que tenga la mayor concentración (solución hiperosmótica). La presión hidrostática necesaria para impedir la ósmosis se define como "presión osmótica".
1) Si al introducir una célula en una solución el volumen celular no varía, se dice que dicha solución es isotónica.
2) Si al introducir una célula en una solución el volumen celular aumenta, se dice que dicha solución es hipotónica.
3) Si al introducir una célula en una solución el volumen celular disminuye, se dice que dicha solución es hipertónica.
1.3 Transporte pasivo y mediado: difusión libre a través de proteínas-canales
El contenido de agua que tiene una célula determina su volumen celular, y garantiza que los procesos metabólicos puedan desarrollarse normalmente. Como las membranas celulares son muy permeables al agua, tal como se ha comentado previamente, éste se moverá siguiendo sus gradientes.
La ósmosis es una clase especial de difusión que se define como "el flujo neto de agua que atraviesa una membrana semipermeable que separa dos compartimentos acuosos". La membrana celular se comporta de forma aproximada como una membrana semipermeable, es decir dejando pasar el agua pero no los solutos. El agua se mueve desde una zona donde su concentración es mayor, a otra donde es menor. En el caso de las soluciones intra y extracelular el agua se moverá desde la solución que presente una menor concentración (solución hiposmótica) a la que tenga la mayor concentración (solución hiperosmótica). La presión hidrostática necesaria para impedir la ósmosis se define como "presión osmótica".
2) Si al introducir una célula en una solución el volumen celular aumenta, se dice que dicha solución es hipotónica.
3) Si al introducir una célula en una solución el volumen celular disminuye, se dice que dicha solución es hipertónica.
1.3 Transporte pasivo y mediado: difusión libre a través de proteínas-canales
1.4 Transporte pasivo y mediado: difusión facilitada o a través de proteínas transportadoras o "carriers"
Dentro del transporte mediado se distinguen tres tipos de transportadores según el número y dirección de movimiento de los solutos a transportar:
Unitransportador: en el que sólo se mueve un soluto.
Cotransportador: se mueven dos solutos en la misma dirección.
Contratransportador o antitransportador: se mueven dos solutos en direcciones contrarias.
1.5 Transporte activo y mediado
En este tipo de transporte se produce un consumo de energía dado que el movimiento se realiza en contra de gradiente de potencial químico o electroquímico. Las proteínas transportadoras tienen las mismas propiedades que las que realizan la difusión facilitada, con la diferencia de que para su funcionamiento requieren energía. Igual que en el tipo anterior hay tres tipos de transportadores de igual denominación.
Existen dos tipos de transporte activo:
a) El transporte activo primario, en el que el consumo energético, normalmente de ATP, está acoplado directamente al movimiento del soluto a transportar. Un ejemplo de este tipo de antitransporte primario es la ATPasa Na+/K+ presente en la membrana de la mayoría de las células animales, que bombea Na+ hacia fuera de la célula y K+ hacia dentro, manteniendo los gradientes de concentración a través de la membrana.
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| la ATPasa Na+/K+ explica la asimetría de la membrana plasmática. Mantiene el gradiente de solutos y la polaridad eléctrica de la membrana (escaso sodio y abundante potasio intracelulares. Esta ATPasa realiza su actividad en cinco fases: 1 Unión de tres Na+ a sus sitios activos. 2 Fosforilación de la cara citoplasmática de la bomba que induce a un cambio de conformación en la proteína. Esta fosforilación se produce por la transferencia del grupo terminal del ATP a un residuo de ácido aspártico de la proteína. 3 El cambio de conformación hace que el Na+ sea liberado al exterior. 4 Una vez liberado el Na+, se unen dos iones de K+ a sus respectivos sitios de unión de la cara extracelular de las proteínas. 5 La proteína se desfosforila produciéndose un cambio conformacional de ésta, lo que produce una transferencia de los iones de K+ al citosol. |
Podríamos responder esta pregunta en base a la estequiometría: por cada tres iones de sodio que se mueven hacia fuera, solamente dos iones de potasio se mueven hacia dentro, por lo que el interior de la célula es más negativo. Aunque esta proporción de cargas sí provoca que el interior de la célula sea levemente más negativo, en realidad solo representa una fracción del efecto de la bomba sodio-potasio en el potencial de membrana.
b) Transporte activo secundario en el que el consumo de energía se realiza para generar un gradiente químico o electroquímico que se convierte en un depósito energético que se gastará para el empuje del soluto a transportar. Así, mientras la energía se disipa por desaparición del gradiente, se produce el arrastre del elemento que interesa que se mueva en contra de gradiente. En muchas células se utiliza el gradiente de Na+ para la movilización de otros solutos como por ejemplo la bomba de sodio/glucosa
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| La bomba de sodio/glucosa internaliza sodio y glucosa desde el lumen intestinal al citoplasma de las células intestinales utilizando el gradiente de sodio para transportar glucosa al interior de la célula. |
¿Por qué es importante el potencial de membrana?
El potencial de membrana es uno de esos conceptos que parece simple, pero sostiene funciones esenciales en prácticamente todas las células. Si lo entiendes bien, entiendes la base eléctrica de la vida.
1. Mantiene el equilibrio iónico y osmótico de la célula
El potencial de membrana ayuda a controlar:
La entrada y salida de iones
El volumen celular
La presión osmótica
Sin este gradiente, la célula se hincharía o colapsaría.
2. Permite la transmisión de señales eléctricas
En neuronas, miocitos y células endocrinas, el potencial de membrana es la base de:
Potenciales de acciónConducción nerviosa
Contracción muscular
Liberación de neurotransmisores
Antiportes
Canales iónicos regulados
Canales dependientes de voltaje
Cascadas de señalización
Liberación de hormonas o neurotransmisores
Es un lenguaje bioeléctrico que la célula usa para comunicarse.
Mantenimiento del pH
Control del metabolismo celular
20. El cotransportador sodio‑glucosa (SGLT) utiliza el gradiente de Na⁺ para introducir glucosa desde el lumen intestinal al interior del enterocito. Explica cómo se genera y mantiene este gradiente, si requiere gasto de ATP, por qué la glucosa no puede difundir libremente a través de la membrana y qué bomba iónica está implicada en este proceso.
Respuesta: La Na⁺/K⁺ ATPasa crea el gradiente de Na⁺ usando ATP. Saca 3 Na⁺ del citoplasma hacia el espacio extracelular, mete 2 K⁺ al interior y consume 1 ATP por ciclo. Ese gradiente es la “batería” que impulsa la entrada de glucosa por la bomba Na/glucosa. Sin la bomba Na⁺/K⁺ ATPasa, no habría absorción intestinal de glucosa.El gradiente de Na⁺ lo crea la Na⁺/K⁺ ATPasa, que sí gasta ATP.
Sin potencial de membrana, no habría pensamiento, movimiento ni percepción.
3. Es esencial para el transporte de sustancias
Muchos transportadores dependen del gradiente eléctrico para funcionar:
Simportes (ej. Na⁺/glucosa)Antiportes
Canales iónicos regulados
El gradiente de Na⁺ generado por la bomba Na⁺/K⁺ es el “motor” de múltiples procesos.
4. Participa en la señalización celular
Cambios en el potencial de membrana pueden activar:Canales dependientes de voltaje
Cascadas de señalización
Liberación de hormonas o neurotransmisores
Es un lenguaje bioeléctrico que la célula usa para comunicarse.
5. Contribuye a la homeostasis energética
Mantener el potencial de membrana requiere ATP (bomba Na⁺/K⁺).
Funcionamiento de la bomba Na/K. Paso 1, el Na+ ocupa los tres sitios activos. Eso permite que el ATP se una a la bomba y se produzca la ruptura del enlace covalente. Esta unión cambia la energía interna de la bomba. Esta fosforilación genera un cambio de conformación de la bomba, paso 2. Paso 3, en la nueva conformación, el sitio activo cambia y los iones Na+ se liberan al exterior. Entran los iones K+, esto genera que el fosfato unido a la bomba se libere, paso 4. La liberación del fosfato y la unión de los K+ hacen que la bomba recupere la forma inicial, paso 6. Salen 3 Na+, entran 2 K+ y se gasta un ATP.
A cambio, este gradiente permite:
Transporte activo secundarioMantenimiento del pH
Control del metabolismo celular
Es una inversión energética que sostiene la vida celular.
PREGUNTAS CON RESPUESTAS
1. La membrana plasmática es permeable principalmente a:
A)
Iones cargados
B) Moléculas pequeñas liposolubles no polares
C) Polisacáridos polares
D) Aminoácidos cargados
Respuesta: B
2.
El modelo de mosaico fluido propone que:
A) Los lípidos están
fijos y las proteínas se mueven libremente
B) Las proteínas
atraviesan la bicapa gracias a dominios transmembrana
C) Los
carbohidratos se orientan hacia el citoplasma
D) La bicapa es
rígida y poco dinámica
Respuesta: B
3.
El movimiento flip-flop de los lípidos consiste en:
A) Rotación
del fosfolípido sobre su eje
B) Flexión de las colas
hidrocarbonadas
C) Difusión lateral
D) Paso de un lípido
de una monocapa a otra
Respuesta: D
4.
Una proteína unida covalentemente a un ácido graso es:
A)
Integral de paso múltiple
B) Periférica
C) Anclada a
lípido
D) Monotópica
Respuesta: C
5.
El glucocálix está formado principalmente por:
A) Fosfolípidos
y colesterol
B) Glucoproteínas, glucolípidos y proteoglucanos
C) ARN y proteínas
D) Microtúbulos y actina
Respuesta: B
6.
Función principal del glucocálix:
A) Síntesis de proteínas
B)
Reconocimiento y adhesión celular
C) Generación de ATP
D)
Transporte activo de iones
Respuesta: B
7.
La difusión simple se caracteriza por:
A) Requiere ATP
B)
Es específica de moléculas pequeñas polares
C) Depende del
gradiente de concentración
D) Utiliza proteínas
transportadoras
Respuesta: C
8.
Las acuaporinas permiten:
A) Transporte activo de agua
B)
Difusión simple de agua
C) Difusión facilitada rápida de agua
D) Transporte de iones
Respuesta: C
9.
Los canales iónicos regulados se activan por:
A) Voltaje o
ligando
B) ATP
C) Glucosa
D) Proteínas G
Respuesta: A
10.
La bomba Na⁺/K⁺ transporta:
A) 2 Na⁺ dentro y 3 K⁺
fuera
B) 3 Na⁺ dentro y 2 K⁺ fuera
C) 3 Na⁺ fuera y 2
K⁺ dentro
D) 2 Na⁺ fuera y 3 K⁺ dentro
Respuesta: C
11.
Función principal de la bomba Na⁺/K⁺:
A) Síntesis de
proteínas
B) Mantener el volumen celular y el potencial de
membrana
C) Degradar ATP
D) Transportar glucosa
Respuesta: B
12.
El simporte de glucosa depende de:
A) Gradiente de K⁺
B)
Gradiente de Na⁺
C) ATP directo
D) Canales de cloro
Respuesta: B
13.
La fagocitosis es realizada principalmente por:
A) Neutrófilos
y macrófagos
B) Hepatocitos
C) Fibroblastos
D)
Células epiteliales
Respuesta: A
14.
La bomba Na⁺/K⁺ contribuye al potencial de membrana porque:
A)
Transporta 3 Na⁺ hacia dentro y 2 K⁺ hacia fuera
B) Es
electrogénica al sacar 3 Na⁺ y meter 2 K⁺
C) No consume
ATP
D) Solo funciona durante el potencial de acción
Respuesta: B
15. ¿Cuál de los siguientes procesos NO es un transporte activo?
A) Bomba
Na⁺/K⁺
B) Simporte Na⁺/glucosa
C) Difusión
facilitada
D) Transporte de H⁺ por ATPasa
Respuesta: C
16.
¿Qué ocurre en el endosoma temprano durante la endocitosis mediada
por receptor?
A) Se degradan los ligandos
B) Se reciclan
los receptores
C) Se fusiona con lisosomas inmediatamente
D)
Se libera contenido por exocitosis
Respuesta: B
17.
¿Cuál de las siguientes moléculas atraviesa la membrana por
difusión simple?
A) Glucosa
B) Na⁺
C) Esteroides
D) Aminoácidos cargados
Respuesta: C
18.
La función de las proteínas SNARE en la exocitosis es:
A) Reconocer y fusionar membranas
B) Hidrolizar ATP
C) Transportar iones
D) Reciclar receptores
Respuesta: A
19. ¿Cuál
de las siguientes afirmaciones sobre la bicapa lipídica es
correcta?
A) Es rígida y poco dinámica
B) Los lípidos no
pueden rotar
C) La fluidez depende de la composición lipídica
D) No contiene colesterol
Respuesta: C
SGLT1 no gasta ATP directamente, usa la energía del gradiente. La glucosa no difunde porque es polar e hidrofílica. La bomba asociada es la Na⁺/K⁺ ATPasa, esencial para todo el proceso.
21. Señala la parte citoplasmática de la membrana y la externa. ¿Qué ocurre cuando los fosfolípidos de la cara citoplasmática translocan a la externa? ¿Qué papel tiene el colesterol en la membrana?
Respuesta: Arriba de la membrana es el exterior, abajo el citoplasma. En condiciones normales, la membrana plasmática mantiene una asimetría lipídica estricta: Cara citoplasmática: fosfatidilserina (PS), fosfatidiletanolamina (PE) Cara externa: fosfatidilcolina (PC), esfingomielina (SM). Esta asimetría se mantiene gracias a flippasas, floppasas y scramblasas. Cuando los fosfolípidos internos (especialmente fosfatidilserina) se exponen hacia afuera, ocurren cosas muy específicas: Señal de apoptosis (“eat me signal”). La fosfatidilserina externa es un marcador inequívoco de apoptosis temprana. Los macrófagos la reconocen mediante receptores específicos. Facilita la eferocitosis (eliminación limpia de células moribundas).El colesterol es el regulador maestro de la fluidez y estabilidad de la membrana plasmática. Su papel es más sofisticado de lo que suele explicarse: A) Reduce la fluidez a altas temperaturas
Se intercala entre fosfolípidos y limita su movimiento lateral. Evita que la membrana se vuelva demasiado fluida. B) Aumenta la fluidez a bajas temperaturas. Impide que los ácidos grasos se empaqueten demasiado. Evita que la membrana se rigidice o cristalice.
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