5.8: Transporte Activo y Homeostasis

Como empujar a un Humvee cuesta arriba

Se nota por sus caras que estos aviadores están gastando mucha energía tratando de empujar a este Humvee por una pendiente. Los hombres están participando en una competencia que pone a prueba su fuerza bruta frente a la de otros equipos. El Humvee pesa alrededor de 13,000 libras, por lo que se necesita cada onza de energía que puedan reunir para moverla cuesta arriba contra la fuerza de la gravedad. El transporte de algunas sustancias a través de una membrana plasmática es un poco como empujar un Humvee cuesta arriba, no se puede hacer sin agregar energía.

Figura\(\PageIndex{1}\): Empujar una máquina arriba de una colina.

¿Qué es el transporte activo?

Algunas sustancias pueden entrar o salir de una célula a través de la membrana plasmática sin necesidad de energía porque se están moviendo de un área de mayor concentración a un área de menor concentración. Este tipo de transporte se denomina transporte pasivo como aprendiste en la última sección. Otras sustancias requieren energía para atravesar una membrana plasmática a menudo porque se están moviendo de un área de menor concentración a un área de mayor concentración. Este tipo de transporte se denomina transporte activo. La energía para el transporte activo proviene de la molécula portadora de energía llamada ATP (trifosfato de adenosina). El transporte activo también puede requerir proteínas de transporte, tales como proteínas transportadoras, que están incrustadas en la membrana plasmática. Dos tipos de transporte activo son el transporte de bomba y vesículas.

Bomba

Existen dos mecanismos de bombeo (transporte activo primario y secundario) para el transporte de material de pequeño peso molecular y macromoléculas. El transporte activo primario mueve los iones a través de una membrana y crea una diferencia en la carga a través de esa membrana. El sistema primario de transporte activo utiliza ATP para mover una sustancia, como un ion, a la célula, y a menudo al mismo tiempo, una segunda sustancia se mueve fuera de la célula. La bomba de sodio-potasio es un mecanismo de transporte activo que mueve los iones de sodio fuera de la célula y los iones de potasio hacia las células, ¡en todos los billones de células del cuerpo! Ambos iones se mueven de áreas de menor a mayor concentración, por lo que se necesita energía para este proceso “cuesta arriba”. La energía es proporcionada por ATP. La bomba de sodio-potasio también requiere proteínas portadoras. 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. La figura\(\PageIndex{2}\) muestra con mayor detalle cómo funciona la bomba de sodio-potasio y los papeles específicos que desempeñan las proteínas portadoras en este proceso.

Figura\(\PageIndex{2}\): La bomba de sodio-potasio. La bomba de sodio-potasio mueve los iones de sodio (Na\(^{+}\)) fuera de la célula y los iones de potasio (K\(^{+}\)) hacia la célula. Primero, tres iones sodio se unen con una proteína portadora en la membrana celular. Después, la proteína portadora recibe un grupo fosfato del ATP. Cuando el ATP pierde un grupo fosfato, se libera energía. La proteína portadora cambia de forma y, a medida que lo hace, bombea los tres iones de sodio fuera de la célula. En ese punto, dos iones potasio se unen a la proteína portadora. El proceso se invierte, y los iones de potasio se bombean a la celda.

Para apreciar la importancia de la bomba de sodio-potasio, es necesario conocer más sobre los papeles del sodio y el potasio en el organismo. Ambos son minerales esenciales de la dieta, es decir, hay que obtenerlos en los alimentos que come. Tanto el sodio como el potasio también son electrolitos, lo que significa que se disocian en iones (partículas cargadas) en solución, lo que les permite conducir la electricidad. Las funciones corporales normales requieren un rango muy estrecho de concentraciones de iones de sodio y potasio en los fluidos corporales, tanto dentro como fuera de las células.

• El sodio es el ion principal en el fluido fuera de las células. Las concentraciones normales de sodio son aproximadamente 10 veces mayores fuera que dentro de las células.
• El potasio es el ion principal en el fluido dentro de las células. Las concentraciones normales de potasio son aproximadamente 30 veces mayores dentro que fuera de las células.

Estas diferencias de concentración crean un gradiente eléctrico a través de la membrana celular, llamado potencial de membrana. El transporte activo secundario describe el movimiento del material utilizando la energía del gradiente electroquímico establecido por el transporte activo primario. Utilizando la energía del gradiente electroquímico creado por el sistema primario de transporte activo, otras sustancias como aminoácidos y glucosa pueden introducirse en la célula a través de canales de membrana. El ATP en sí se forma a través del transporte activo secundario usando un gradiente de iones de hidrógeno en la mitocondria. Controlar estrechamente el potencial de la membrana es fundamental para las funciones vitales del cuerpo, incluida la transmisión de impulsos nerviosos y la contracción de los músculos. Un gran porcentaje de la energía del cuerpo se destina a mantener este potencial a través de las membranas de sus billones de células con la bomba de sodio-potasio.

Transporte de Vesículas

Algunas moléculas, como las proteínas, son demasiado grandes para pasar a través de la membrana plasmática, independientemente de su concentración dentro y fuera de la célula. Moléculas muy grandes cruzan la membrana plasmática con un tipo diferente de ayuda, llamado transporte de vesículas. El transporte de vesículas requiere energía, por lo que también es una forma de transporte activo. Existen dos tipos de transporte de vesículas: la endocitosis y la exocitosis.

Endocitosis

La endocitosis es un tipo de transporte de vesículas que mueve una sustancia hacia la célula. La membrana plasmática envuelve completamente la sustancia, una vesícula se pellizca de la membrana y la vesícula transporta la sustancia a la célula. Es utilizado por todas las células del cuerpo porque la mayoría de las sustancias importantes para ellas son polares y consisten en grandes moléculas, y así no pueden pasar a través de la membrana plasmática hidrofóbica. Cuando se engulle una célula entera u otra partícula sólida, el proceso se llama fagocitosis. Cuando se engulle líquido, el proceso se llama pinocitosis. Cuando el contenido se toma específicamente con la ayuda de receptores en la membrana plasmática, se llama endocitosis mediada por receptores.

Figura\(\PageIndex{3}\): (A la derecha) La fagocitosis es cuando la membrana plasmática se envuelve alrededor de una partícula sólida fuera de la célula usando proyecciones llamadas pseudopodios. Luego, la membrana se pellizca para formar un fagosoma (vacuola alimenticia). (Medio) La pinocitosis es cuando la membrana se pliega para formar una vesícula que transporta sustancias disueltas en el líquido extracelular. (A la izquierda) La endocitosis mediada por receptores ocurre cuando los receptores de la membrana plasmática se unen a partículas específicas. La región de foso recubierta de la membrana forma una vesícula recubierta que contiene los receptores con sus partículas unidas.

Una variación dirigida de la endocitosis emplea proteínas de unión en la membrana plasmática que son específicas para ciertas sustancias. Las partículas se unen a las proteínas y la membrana plasmática invagina, llevando la sustancia y las proteínas al interior de la célula. Si el paso a través de la membrana de la diana de la endocitosis mediada por receptores es ineficaz, no se eliminará de los fluidos tisulares ni de la sangre. En cambio, permanecerá en esos fluidos y aumentará su concentración. Algunas enfermedades humanas son causadas por una falla de la endocitosis mediada por receptores. Por ejemplo, la forma de colesterol denominada lipoproteína de baja densidad o LDL (también conocida como colesterol “malo”) se elimina de la sangre por endocitosis mediada por receptores. En la enfermedad genética humana hipercolesterolemia familiar, los receptores de LDL son defectuosos o faltan por completo. Las personas con esta afección tienen niveles potencialmente mortales de colesterol en la sangre porque sus células no pueden eliminar el químico de su sangre.

Exocitosis

La exocitosis es un tipo de transporte de vesículas que mueve una sustancia fuera de la célula. Una vesícula que contiene la sustancia se mueve a través del citoplasma hacia la membrana celular. Después, la membrana vesicular se fusiona con la membrana celular, y la sustancia se libera fuera de la célula.

Figura\(\PageIndex{4}\): La exocitosis es muy parecida a la endocitosis a la inversa. El material destinado a la exportación se envasa en una vesícula dentro de la célula. La membrana de la vesícula se fusiona con la membrana celular y los contenidos se liberan en el espacio extracelular.

Homeostasis y Función Celular

Para que una celda funcione normalmente, se debe mantener un estado estable dentro de la celda. Por ejemplo, la concentración de sales, nutrientes y otras sustancias debe mantenerse dentro de un cierto rango. El proceso de mantener condiciones estables dentro de una célula (o de todo un organismo) es la homeostasis. La homeostasis requiere ajustes constantes porque las condiciones siempre están cambiando tanto dentro como fuera de la célula. Los procesos descritos en esta y en lecciones anteriores juegan un papel importante en la homeostasis. Al mover sustancias dentro y fuera de las células, mantienen las condiciones dentro de rangos normales dentro de las células y del organismo en su conjunto.

Característica:Característica: Mi cuerpo humano

Mantener el equilibrio adecuado de sodio y potasio en los fluidos corporales mediante el transporte activo es necesario para la vida misma, por lo que no es de sorprender que conseguir el equilibrio adecuado de sodio y potasio en la dieta sea importante para una buena salud. Los desequilibrios pueden aumentar el riesgo de hipertensión arterial, enfermedades cardíacas, diabetes y otros trastornos.

Si eres como la mayoría de los estadounidenses, el sodio y el potasio están desequilibrados en tu dieta. Es probable que consuma demasiado sodio y muy poco potasio. Siga estas pautas para ayudar a garantizar que estos minerales estén en equilibrio en los alimentos que consume:

• La ingesta total de sodio debe ser inferior a 2300 mg/día. La mayor parte de la sal en la dieta se encuentra en los alimentos procesados o se agrega con un salero. Deje de agregar sal y comience a verificar el contenido de sodio en las etiquetas de alimentos. Los alimentos considerados bajos en sodio tienen menos de 140 mg/porción (o 5% de valor diario).
• La ingesta total de potasio debe ser de 4700 mg/día. Es fácil agregar potasio a la dieta eligiendo los alimentos adecuados, y hay muchas opciones. La mayoría de las frutas y verduras son altas en potasio, pero especialmente las papas, plátanos, naranjas, albaricoques, ciruelas, verduras de hoja verde, tomates, frijoles lima y aguacate. Otros alimentos con cantidades sustanciales de potasio son el pescado, la carne, las aves de corral y los granos integrales.

Revisar

1. Definir transporte activo.
2. ¿Qué es la bomba de sodio-potasio? ¿Por qué es tan importante?
3. Nombrar dos tipos de transporte de vesículas. ¿Qué tipo saca sustancias de la celda?
4. ¿Cuáles son las similitudes y diferencias entre fagocitosis y pinocitosis?
5. La bomba de sodio-potasio es una:
   1. Fosfolípidos
   2. Proteína
   3. Carbohidratos
   4. Ion
6. ¿Cuál es el significado funcional del cambio de forma de la proteína portadora en la bomba de sodio-potasio después de que se unen los iones de sodio?
7. Un veneno potencialmente mortal derivado de plantas llamadas ouabaína bloquea la bomba de sodio-potasio y evita que funcione. ¿Qué opinas que esto le hace al balance de sodio y potasio en las células? Explica tu respuesta.
8. Verdadero o Falso. La bomba de sodio-potasio utiliza una proteína para bombear tanto sodio como potasio.
9. Verdadero o Falso. Las vesículas están hechas de la membrana nuclear.
10. ¿Cómo se llama un gradiente eléctrico a través de la membrana celular?
11. Las moléculas de señalización química llamadas neurotransmisores se liberan de las células nerviosas (neuronas) a través de vesículas. Este es un ejemplo de:
    1. Pinocitosis
    2. Fagocitosis
    3. Endocitosis
    4. Exocitosis
12. La energía para el transporte activo proviene de
    1. ATP
    2. RNA
    3. Proteínas transportadoras
    4. Iones de sodio
13. Las proteínas de transporte que mueven sustancias dentro y fuera de una célula se encuentran en qué estructura?

Explora más

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Atribuciones

1. Competencia del aviador de 1ª Clase Collin Schmidt, dominio público vía Wikimedia Commons
2. Bomba de sodio-potasio de LadyofHats Mariana Ruiz Villarreal, liberada al dominio público a través de Wikimedia Commons
3. Tipos de endocitosis por LadyOfHats Mariana Ruiz Villarreal, liberada al dominio público vía Wikimedia Commons
4. Exocitosis por OpenStax, licencia CC BY 4.0 vía Wikimedia Commons
5. Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0
6. Algunos textos son adaptados de Conceptos de Biología por Open Stax, licenciado CC BY 3.0