5.7: Transporte celular

Dejando entrar la luz

Mira los grandes ventanales y puertas de cristal de esta casa. Imagina toda la luz que deben dejar entrar en un día soleado. Ahora imagina vivir en una casa que tenga paredes sin ventanas ni puertas. Nada podía entrar ni salir. O imagínese vivir en una casa con agujeros en las paredes en lugar de ventanas y puertas. Las cosas podían entrar o salir, pero no se podía controlar lo que entraba o salía. Sólo si una casa tiene paredes con ventanas y puertas que se pueden abrir o cerrar se puede controlar lo que entra o sale. Por ejemplo, las ventanas y puertas permiten dejar entrar la luz y el perro de la familia y mantener fuera la lluvia y los insectos.

Figura\(\PageIndex{1}\): Una casa con ventanas

Transporte a través de membranas

Si una célula fuera una casa, la membrana plasmática serían paredes con ventanas y puertas. Mover cosas dentro y fuera de la célula es un papel importante de la membrana plasmática. Controla todo lo que entra y sale de la celda. Hay dos formas básicas en las que las sustancias pueden atravesar la membrana plasmática: el transporte pasivo, que no requiere energía; y el transporte activo, que requiere energía. El transporte pasivo se explica en esta sección y el transporte activo se explica en la siguiente sección, Transporte Activo y Homeostasis. Diversos tipos de transporte celular se resumen en el mapa conceptual de la Figura\(\PageIndex{2}\).

Transporte sin energía

El transporte pasivo ocurre cuando las sustancias atraviesan la membrana plasmática sin ningún aporte de energía de la célula. No se necesita energía porque las sustancias se están moviendo de un área donde tienen una mayor concentración a una zona donde tienen una menor concentración. Las soluciones acuáticas son muy importantes en biología. Cuando el agua se mezcla con otras moléculas esta mezcla se llama solución. El agua es el disolvente y la sustancia disuelta es el soluto. Una solución se caracteriza por el soluto. Por ejemplo, el agua y el azúcar se caracterizarían como una solución de azúcar. Más las partículas de un soluto en un volumen dado, mayor es la concentración. Las partículas de soluto siempre se mueven de una zona donde está más concentrada a una zona donde está menos concentrada. Es un poco como una pelota rodando cuesta abajo. Va por sí solo sin ningún aporte de energía extra.

Las diferentes categorías de transporte celular se describen en la Figura\(\PageIndex{2}\). El transporte celular se puede clasificar de la siguiente manera:

• Transporte Pasivo que incluye
  • Difusión simple
  • Osmosis
  • Difusión facilitada
• El transporte activo puede involucrar una bomba o una vesícula
  • El transporte de la bomba puede ser
    • primaria
    • secundaria
  • El transporte de vesículas puede implicar
    • Exocitosis
    • Endocitosis que incluye
      • Pinocitosis
      • Fagocitosis
      • Endocitosis mediada por receptores

Figura\(\PageIndex{2}\): El mapa conceptual de transporte celular ilustra varios tipos de transportes celulares que ocurren en la membrana plasmática

Difusión simple

Difusión Aunque quizás no sepas qué es la difusión, has experimentado el proceso. ¿Recuerdas entrar por la puerta principal de tu casa y oler un agradable aroma proveniente de la cocina? Fue la difusión de partículas desde la cocina hasta la puerta principal de la casa lo que permitió detectar los olores. La difusión se define como el movimiento neto de las partículas de un área de mayor concentración a un área de menor concentración.

Figura\(\PageIndex{3}\). La difusión simple se muestra como una línea de tiempo con el exterior de la célula (espacio extracelular) separado del interior de la célula (espacio intracelular) por la membrana celular. Al inicio de la línea de tiempo hay muchas moléculas fuera de la célula y ninguna dentro. Con el tiempo, se difunden hacia la célula hasta que haya una cantidad igual por fuera y por dentro.

Las moléculas en un gas, un líquido o un sólido están en constante movimiento debido a su energía cinética. Las moléculas están en constante movimiento y chocan entre sí. Estas colisiones hacen que las moléculas se muevan en direcciones aleatorias. Con el tiempo, sin embargo, más moléculas serán impulsadas hacia el área menos concentrada. Por lo tanto, el movimiento neto de las moléculas es siempre de áreas más apretadas a áreas menos apretadas. Muchas cosas pueden difunderse. Los olores se difunden por el aire, la sal se difunde a través del agua y los nutrientes se difunden de la sangre a los tejidos corporales. Esta dispersión de partículas a través del movimiento aleatorio de un área de alta concentración a un área de menor concentración se conoce como difusión. Esta distribución desigual de moléculas se denomina gradiente de concentración. Una vez que las moléculas se distribuyen uniformemente, existe un equilibrio dinámico. Se dice que el equilibrio es dinámico porque las moléculas continúan moviéndose, pero a pesar de este cambio, no hay un cambio neto en la concentración a lo largo del tiempo. Tanto los sistemas vivos como los no vivos experimentan el proceso de difusión. En los sistemas vivos, la difusión es responsable del movimiento de una gran cantidad de sustancias, como gases y pequeñas moléculas no cargadas, dentro y fuera de las células.

Osmosis

La ósmosis es un tipo específico de difusión; es el paso del agua desde una región de alta concentración de agua a través de una membrana semipermeable a una región de baja concentración de agua. El agua entra o sale de una célula hasta que su concentración es la misma en ambos lados de la membrana plasmática.

Las membranas semipermeables son capas muy delgadas de material que permiten que algunas cosas pasen a través de ellas pero evitan que otras cosas pasen a través de ellas. Las membranas celulares son un ejemplo de membranas semipermeables. Las membranas celulares permiten que pequeñas moléculas como oxígeno, agua, dióxido de carbono y oxígeno pasen a través, pero no permiten que moléculas más grandes como glucosa, sacarosa, proteínas y almidón ingresen directamente a la célula.

El ejemplo clásico utilizado para demostrar ósmosis y presión osmótica es sumergir las células en soluciones de azúcar de diversas concentraciones. Hay tres posibles relaciones que las células pueden encontrar cuando se colocan en una solución de azúcar. La figura\(\PageIndex{4}\) muestra lo que ocurre en la ósmosis a través de la membrana semipermeable de las células.

1. La concentración de soluto en la solución puede ser mayor que la concentración de soluto en las células. Esta célula se describe como estar en una solución hipertónica (hiper = mayor de lo normal). El flujo neto o el agua estarán fuera de la celda.
2. La concentración de soluto en la solución puede ser igual a la concentración de soluto en las células. En esta situación, la célula se encuentra en una solución isotónica (iso = igual o igual a lo normal). La cantidad de agua que ingresa a la celda es la misma que la cantidad que sale de la celda.
3. La concentración de soluto en la solución puede ser menor que la concentración de soluto en las células. Esta célula se encuentra en una solución hipotónica (hipo = menor de lo normal). El flujo neto de agua será hacia la celda.

Figura\(\PageIndex{4.A}\): Solución hipertónica. Una solución que tiene una mayor concentración de soluto que otra solución. Las partículas de agua se moverán fuera de la celda, causando crenación.

Figura\(\PageIndex{4.B}\): Solución isotónica. Una solución que tiene la misma concentración de soluto que otra solución. No hay movimiento neto de partículas de agua, y la concentración global en ambos lados de la membrana celular permanece constante.

Figura\(\PageIndex{4.C}\): Solución hipotónica. Una solución que tiene una concentración de soluto menor que otra solución. Las partículas de agua se moverán hacia la célula, haciendo que la célula se expanda y finalmente se lise.

La figura\(\PageIndex{5}\) demuestra los resultados específicos de la ósmosis en glóbulos rojos.

1. Solución hipertónica. El glóbulo rojo parecerá encogerse a medida que el agua fluya fuera de la célula y hacia el ambiente circundante.
2. I solución sotónica. El glóbulo rojo conservará su forma normal en este ambiente ya que la cantidad de agua que ingresa a la célula es la misma que la cantidad que sale de la célula.
3. Solución hipotónica. El glóbulo rojo en este ambiente se hinchará visiblemente y potencialmente se romperá a medida que el agua se precipite hacia la célula.

Figura\(\PageIndex{5}\): Demostración de ósmosis con lugares de glóbulos rojos en una solución hipertónica, isotónica e hipotónica.

Difusión facilitada

El agua y muchas otras sustancias no pueden simplemente difundirse a través de una membrana. Las moléculas hidrofílicas, los iones cargados y las moléculas relativamente grandes como la glucosa necesitan ayuda con la difusión. La ayuda proviene de proteínas especiales en la membrana conocidas como proteínas de transporte. La difusión con la ayuda de proteínas de transporte se llama difusión facilitada. Existen varios tipos de proteínas de transporte, incluyendo proteínas de canal y proteínas transportadoras (Figura\(\PageIndex{6}\))

• Las proteínas del canal forman poros, o pequeños agujeros, en la membrana. Esto permite que las moléculas de agua y pequeños iones pasen a través de la membrana sin entrar en contacto con las colas hidrófobas de las moléculas lipídicas en el interior de la membrana.
• Las proteínas portadoras se unen con iones o moléculas específicas, y al hacerlo, cambian de forma. A medida que las proteínas portadoras cambian de forma, transportan los iones o moléculas a través de la membrana.

Figura\(\PageIndex{6}\): Difusión facilitada a través de una membrana celular. Las proteínas de canal y las proteínas transportadoras ayudan a que las sustancias se difundan a través En este diagrama, el canal y las proteínas portadoras están ayudando a que las sustancias se muevan hacia la célula (del espacio extracelular al espacio intracelular). La proteína del canal tiene una abertura que permite que las sustancias se crucen. En una proteína portadora, la sustancia se une a la proteína, lo que luego hace que la proteína cambie de forma, liberando así la sustancia en la célula.

Revisar

1. ¿Cuál es la principal diferencia entre el transporte pasivo y el activo?
2. Resumir tres formas diferentes en que puede ocurrir el transporte pasivo, y dar un ejemplo de una sustancia que se transporta en cada sentido.
3. Explicar cómo el transporte a través de la membrana plasmática se relaciona con la homeostasis de la célula.
4. ¿Por qué generalmente solo las moléculas hidrófobas muy pequeñas pueden atravesar la membrana celular por simple difusión?
5. Explicar cómo la difusión facilitada ayuda en la ósmosis en las células. Asegúrate de definir ósmosis y difusión facilitada en tu respuesta.
6. Imagínese una célula hipotética con una mayor concentración de glucosa dentro de la célula que en el exterior. Responda las siguientes preguntas sobre esta célula, asumiendo que todo el transporte a través de la membrana es pasivo, no activo.
   1. ¿Puede la glucosa simplemente difundirse a través de la membrana celular? ¿Por qué o por qué no?
   2. Suponiendo que hay proteínas de transporte de glucosa en la membrana celular, ¿de qué manera fluiría la glucosa, dentro o fuera de la célula? Explica tu respuesta.
   3. Si la concentración de glucosa fuera igual dentro y fuera de la célula, ¿cree que habría un flujo neto de glucosa a través de la membrana celular en una dirección u otra? Explica tu respuesta.
7. ¿Cuáles son las similitudes y diferencias entre las proteínas de canal y las proteínas transportadoras?
8. Verdadero o Falso. Sólo el transporte activo, no el transporte pasivo, implica el transporte de proteínas.
9. Verdadero o Falso. El oxígeno y el dióxido de carbono pueden exprimir entre las moléculas lipídicas en la membrana plasmática.
10. Verdadero o Falso. Los iones se difunden fácilmente a través de la membrana celular por simple difusión.
11. Controlar lo que entra y sale de la célula es una función importante de la:
    1. núcleo
    2. vesícula
    3. membrana plasmática
    4. Aparato de Golgi

Explora más

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Echa un vistazo a este video para conocer más sobre ósmosis y tonicidad:

Atribuciones

1. Casa de Moyan Brenn de Italia, CC BY 2.0 vía Wikimedia Commons
2. Diagrama de flujo de Mandeep Grewal, CC BY-NC 3.0
3. Sencilla difusión de LadyofHats Mariana Ruiz Villarreal liberada al dominio público vía Wikimedia Commons
4. Tonicidad por CNX OpenStax, CC BY 4.0 vía Wikimedia Commons
5. Presión osmótica sobre las células sanguíneas de LadyofHats Mariana Ruiz Villarreal liberada al dominio público vía Wikimedia Commons
6. Difusión facilitada por LadyofHats Mariana Ruiz Villarreal liberados al dominio público vía Wikimedia Commons
7. Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0