5.2: Transporte Pasivo

Habilidades para Desarrollar

• Explicar por qué y cómo ocurre el transporte pasivo
• Comprender los procesos de ósmosis y difusión
• Definir la tonicidad y describir su relevancia para el transporte pasivo

Las membranas plasmáticas deben permitir que ciertas sustancias entren y salgan de una célula, y evitar que entren algunos materiales dañinos y que salgan algunos materiales esenciales. En otras palabras, las membranas plasmáticas son selectivamente permeables —permiten el paso de algunas sustancias, pero no otras. Si perdieran esta selectividad, la célula ya no sería capaz de sostenerse, y sería destruida. Algunas células requieren mayores cantidades de sustancias específicas que otras células; deben tener una forma de obtener estos materiales a partir de fluidos extracelulares. Esto puede suceder pasivamente, ya que ciertos materiales se mueven hacia adelante y hacia atrás, o la celda puede tener mecanismos especiales que faciliten el transporte. Algunos materiales son tan importantes para una célula que gasta parte de su energía, hidrolizando el trifosfato de adenosina (ATP), para obtener estos materiales. Los glóbulos rojos usan parte de su energía haciendo precisamente eso. Todas las células gastan la mayor parte de su energía para mantener un desequilibrio de iones de sodio y potasio entre el interior y el exterior de la célula.

Las formas más directas de transporte de membrana son pasivas. El transporte pasivo es un fenómeno natural y no requiere que la célula ejerza ninguna de sus energías para lograr el movimiento. En el transporte pasivo, las sustancias pasan de un área de mayor concentración a una zona de menor concentración. Se dice que un espacio físico en el que existe un rango de concentraciones de una sola sustancia tiene un gradiente de concentración.

Permeabilidad Selectiva

Las membranas plasmáticas son asimétricas: el interior de la membrana no es idéntico al exterior de la membrana. De hecho, existe una diferencia considerable entre la matriz de fosfolípidos y proteínas entre las dos valvas que forman una membrana. En el interior de la membrana, algunas proteínas sirven para anclar la membrana a las fibras del citoesqueleto. Existen proteínas periféricas en el exterior de la membrana que unen elementos de la matriz extracelular. Los carbohidratos, unidos a lípidos o proteínas, también se encuentran en la superficie exterior de la membrana plasmática. Estos complejos de carbohidratos ayudan a que la célula se una a las sustancias que la célula necesita en el líquido extracelular. Esto se suma considerablemente a la naturaleza selectiva de las membranas plasmáticas (Figura\(\PageIndex{1}\)).

Figura\(\PageIndex{1}\): La superficie exterior de la membrana plasmática no es idéntica a la superficie interior de la misma membrana.

Recordemos que las membranas plasmáticas son anfifílicas: Tienen regiones hidrófilas e hidrófobas. Esta característica ayuda al movimiento de algunos materiales a través de la membrana y dificulta el movimiento de otros. El material soluble en lípidos de bajo peso molecular puede deslizarse fácilmente a través del núcleo lipídico hidrofóbico de la membrana. Sustancias como las vitaminas liposolubles A, D, E y K pasan fácilmente a través de las membranas plasmáticas en el tracto digestivo y otros tejidos. Los fármacos liposolubles y las hormonas también obtienen una fácil entrada en las células y se transportan fácilmente a los tejidos y órganos del cuerpo. Las moléculas de oxígeno y dióxido de carbono no tienen carga y así pasan a través de membranas por simple difusión.

Las sustancias polares presentan problemas para la membrana. Si bien algunas moléculas polares se conectan fácilmente con el exterior de una célula, no pueden pasar fácilmente a través del núcleo lipídico de la membrana plasmática. Adicionalmente, mientras que los iones pequeños podrían deslizarse fácilmente a través de los espacios en el mosaico de la membrana, su carga les impide hacerlo. Los iones como sodio, potasio, calcio y cloruro deben tener medios especiales para penetrar las membranas plasmáticas. Los azúcares simples y los aminoácidos también necesitan ayuda con el transporte a través de las membranas plasmáticas, logrado por varias proteínas transmembrana (canales).

Difusión

La difusión es un proceso pasivo de transporte. Una sola sustancia tiende a moverse de un área de alta concentración a un área de baja concentración hasta que la concentración es igual a través de un espacio. Usted está familiarizado con la difusión de sustancias a través del aire. Por ejemplo, piensa en alguien que abra una botella de amoníaco en una habitación llena de gente. El gas amoníaco se encuentra en su concentración más alta en la botella; su concentración más baja se encuentra en los bordes de la habitación. El vapor de amoníaco se difundirá, o se extenderá, de la botella, y poco a poco, cada vez más personas olerán el amoníaco a medida que se propaga. Los materiales se mueven dentro del citosol de la célula por difusión, y ciertos materiales se mueven a través de la membrana plasmática por difusión (Figura\(\PageIndex{2}\)). La difusión no gasta energía. Por el contrario, los gradientes de concentración son una forma de energía potencial, disipada a medida que se elimina el gradiente.

Figura\(\PageIndex{2}\): La difusión a través de una membrana permeable mueve una sustancia desde un área de alta concentración (fluido extracelular, en este caso) hacia abajo por su gradiente de concentración (hacia el citoplasma). (crédito: modificación de obra de Mariana Ruiz Villareal)

Cada sustancia separada en un medio, como el fluido extracelular, tiene su propio gradiente de concentración, independiente de los gradientes de concentración de otros materiales. Además, cada sustancia se difundirá de acuerdo a ese gradiente. Dentro de un sistema, habrá diferentes tasas de difusión de las diferentes sustancias en el medio.

Factores que afectan la difusión

Las moléculas se mueven constantemente de manera aleatoria, a una velocidad que depende de su masa, su entorno y la cantidad de energía térmica que poseen, lo que a su vez es función de la temperatura. Este movimiento da cuenta de la difusión de las moléculas a través de cualquier medio en el que estén localizadas. Una sustancia tenderá a moverse hacia cualquier espacio disponible para ella hasta que se distribuya uniformemente a lo largo de ella. Después de que una sustancia se haya difundido completamente a través de un espacio, eliminando su gradiente de concentración, las moléculas seguirán moviéndose en el espacio, pero no habrá movimiento neto del número de moléculas de un área a otra. Esta falta de un gradiente de concentración en el que no hay movimiento neto de una sustancia se conoce como equilibrio dinámico. Si bien la difusión avanzará en presencia de un gradiente de concentración de una sustancia, varios factores afectan la velocidad de difusión.

• Extensión del gradiente de concentración: Cuanto mayor sea la diferencia de concentración, más rápida será la difusión. Cuanto más se acerca al equilibrio la distribución del material, más lenta se vuelve la velocidad de difusión.
• Masa de las moléculas difundiendo: Las moléculas más pesadas se mueven más lentamente; por lo tanto, se difunden más lentamente. Lo contrario es cierto para las moléculas más ligeras.
• Temperatura: Las temperaturas más altas aumentan la energía y por lo tanto el movimiento de las moléculas, aumentando la velocidad de difusión. Las temperaturas más bajas disminuyen la energía de las moléculas, disminuyendo así la velocidad de difusión.
• Densidad del solvente: A medida que aumenta la densidad de un solvente, la velocidad de difusión disminuye. Las moléculas se ralentizan porque tienen más dificultades para atravesar el medio más denso. Si el medio es menos denso, la difusión aumenta. Debido a que las células utilizan principalmente la difusión para mover materiales dentro del citoplasma, cualquier aumento en la densidad del citoplasma inhibirá el movimiento de los materiales. Un ejemplo de esto es una persona que experimenta deshidratación. A medida que las células del cuerpo pierden agua, la tasa de difusión disminuye en el citoplasma y las funciones de las células se deterioran. Las neuronas tienden a ser muy sensibles a este efecto. La deshidratación frecuentemente conduce a la inconsciencia y posiblemente coma debido a la disminución de la velocidad de difusión dentro de las células.
• Solubilidad: Como se discutió anteriormente, los materiales no polares o liposolubles pasan a través de las membranas plasmáticas más fácilmente que los materiales polares, permitiendo una velocidad de difusión más rápida.
• Área superficial y grosor de la membrana plasmática: El aumento de la superficie aumenta la velocidad de difusión, mientras que una membrana más gruesa la reduce.
• Distancia recorrida: Cuanto mayor sea la distancia que debe recorrer una sustancia, más lenta es la velocidad de difusión. Esto coloca una limitación superior en el tamaño de las celdas. Una célula grande y esférica morirá porque los nutrientes o desechos no pueden alcanzar o salir del centro de la célula, respectivamente. Por lo tanto, las células deben ser de tamaño pequeño, como en el caso de muchos procariotas, o ser aplanadas, como ocurre con muchos eucariotas unicelulares.

Una variación de difusión es el proceso de filtración. En la filtración, el material se mueve de acuerdo con su gradiente de concentración a través de una membrana; a veces la velocidad de difusión se ve potenciada por la presión, haciendo que las sustancias se filtren más rápidamente Esto ocurre en el riñón, donde la presión arterial obliga a que grandes cantidades de agua y sustancias disueltas acompañantes, o solutos, salgan de la sangre y entren en los túbulos renales. La velocidad de difusión en esta instancia depende casi totalmente de la presión. Uno de los efectos de la presión arterial alta es la aparición de proteínas en la orina, que es “exprimida” por la presión anormalmente alta.

Transporte facilitado

En el transporte facilitado, también llamado difusión facilitada, los materiales se difunden a través de la membrana plasmática con la ayuda de proteínas de membrana. Existe un gradiente de concentración que permitiría que estos materiales se difundieran en la célula sin gastar energía celular. Sin embargo, estos materiales son iones que son moléculas polares que son repelidas por las partes hidrófobas de la membrana celular. Las proteínas de transporte facilitado protegen estos materiales de la fuerza repulsiva de la membrana, lo que les permite difundirse hacia la célula.

El material que se transporta se une primero a receptores de proteínas o glicoproteínas en la superficie exterior de la membrana plasmática. Esto permite que el material que necesita la célula se elimine del fluido extracelular. Las sustancias se pasan luego a proteínas integrales específicas que facilitan su paso. Algunas de estas proteínas integrales son colecciones de láminas beta plisadas que forman un poro o canal a través de la bicapa fosfolipídica. Otras son proteínas portadoras que se unen con la sustancia y ayudan a su difusión a través de la membrana.

Canales

Las proteínas integrales involucradas en el transporte facilitado se denominan colectivamente proteínas de transporte, y funcionan como canales para el material o vehículos. En ambos casos, son proteínas transmembrana. Los canales son específicos para la sustancia que se está transportando. Las proteínas de canal tienen dominios hidrófilos expuestos a los fluidos intracelulares y extracelulares; además tienen un canal hidrófilo a través de su núcleo que proporciona una abertura hidratada a través de las capas de membrana (Figura\(\PageIndex{3}\)). El paso a través del canal permite que los compuestos polares eviten la capa central no polar de la membrana plasmática que de otro modo ralentizaría o impediría su entrada a la célula. Las acuaporinas son proteínas de canal que permiten que el agua pase a través de la membrana a una tasa muy alta.

Figura\(\PageIndex{3}\): El transporte facilitado mueve las sustancias por sus gradientes de concentración. Pueden cruzar la membrana plasmática con la ayuda de proteínas de canal. (crédito: modificación de obra de Mariana Ruiz Villareal)

Las proteínas del canal están abiertas en todo momento o están “cerradas”, lo que controla la apertura del canal. La unión de un ion particular a la proteína del canal puede controlar la apertura, u otros mecanismos o sustancias pueden estar involucrados. En algunos tejidos, los iones sodio y cloruro pasan libremente a través de canales abiertos, mientras que en otros tejidos se debe abrir una puerta para permitir el paso. Un ejemplo de esto ocurre en el riñón, donde ambas formas de canales se encuentran en diferentes partes de los túbulos renales. Las células involucradas en la transmisión de impulsos eléctricos, como las células nerviosas y musculares, tienen canales cerrados para el sodio, el potasio y el calcio en sus membranas. La apertura y cierre de estos canales cambia las concentraciones relativas en lados opuestos de la membrana de estos iones, resultando en la facilitación de la transmisión eléctrica a lo largo de las membranas (en el caso de las células nerviosas) o en la contracción muscular (en el caso de las células musculares).

Proteínas Transportadoras

Otro tipo de proteína incrustada en la membrana plasmática es una proteína portadora. Esta proteína acertadamente nombrada une una sustancia y, al hacerlo, desencadena un cambio de su propia forma, moviendo la molécula unida desde el exterior de la célula hacia su interior (Figura\(\PageIndex{4}\)); dependiendo del gradiente, el material puede moverse en la dirección opuesta. Las proteínas portadoras son típicamente específicas para una sola sustancia. Esta selectividad se suma a la selectividad global de la membrana plasmática. El mecanismo exacto para el cambio de forma es poco conocido. Las proteínas pueden cambiar de forma cuando sus enlaces de hidrógeno se ven afectados, pero esto puede no explicar completamente este mecanismo. Cada proteína portadora es específica de una sustancia, y hay un número finito de estas proteínas en cualquier membrana. Esto puede causar problemas en el transporte suficiente del material para que la celda funcione correctamente. Cuando todas las proteínas están unidas a sus ligandos, están saturadas y la velocidad de transporte está en su máxima. Aumentar el gradiente de concentración en este punto no dará como resultado un aumento de la tasa de transporte.

Figura\(\PageIndex{4}\): Algunas sustancias son capaces de bajar su gradiente de concentración a través de la membrana plasmática con la ayuda de proteínas transportadoras. Las proteínas portadoras cambian de forma a medida que mueven las moléculas a través de la membrana. (crédito: modificación de obra de Mariana Ruiz Villareal)

Un ejemplo de este proceso ocurre en el riñón. La glucosa, el agua, las sales, los iones y los aminoácidos que necesita el cuerpo se filtran en una parte del riñón. Este filtrado, que incluye glucosa, es luego reabsorbido en otra parte del riñón. Debido a que solo hay un número finito de proteínas portadoras para la glucosa, si hay más glucosa presente de la que las proteínas pueden manejar, el exceso no se transporta y se excreta del cuerpo en la orina. En un individuo diabético, esto se describe como “derramar glucosa en la orina”. Un grupo diferente de proteínas portadoras llamadas proteínas transportadoras de glucosa, o GLUTs, están involucradas en el transporte de glucosa y otros azúcares de hexosa a través de las membranas plasmáticas dentro del cuerpo.

Las proteínas de canal y vehículo transportan material a diferentes velocidades. Las proteínas de canal se transportan mucho más rápido que las proteínas transportadoras. Las proteínas de canal facilitan la difusión a una velocidad de decenas de millones de moléculas por segundo, mientras que las proteínas portadoras funcionan a una velocidad de mil a un millón de moléculas por segundo.

Osmosis

La ósmosis es el movimiento del agua a través de una membrana semipermeable de acuerdo con el gradiente de concentración del agua a través de la membrana, que es inversamente proporcional a la concentración de solutos. Mientras que la difusión transporta material a través de las membranas y dentro de las células, la ósmosis transporta solo agua a través de una membrana y la membrana limita la difusión de solutos en el agua. No en vano, las acuaporinas que facilitan el movimiento del agua juegan un papel importante en la ósmosis, más prominentemente en los glóbulos rojos y las membranas de los túbulos renales.

Mecanismo

La ósmosis es un caso especial de difusión. El agua, al igual que otras sustancias, pasa de un área de alta concentración a una de baja concentración. Una pregunta obvia es ¿qué hace que el agua se mueva en absoluto? Imagine un vaso de precipitados con una membrana semipermeable separando los dos lados o mitades (Figura\(\PageIndex{5}\)). A ambos lados de la membrana el nivel del agua es el mismo, pero hay diferentes concentraciones de una sustancia disuelta, o soluto, que no puede atravesar la membrana (de lo contrario las concentraciones en cada lado serían equilibradas por el soluto que cruza la membrana). Si el volumen de la solución en ambos lados de la membrana es el mismo, pero las concentraciones de soluto son diferentes, entonces hay diferentes cantidades de agua, el disolvente, a cada lado de la membrana.

Figura\(\PageIndex{5}\): En ósmosis, el agua siempre se mueve de un área de mayor concentración de agua a una de menor concentración. En el diagrama mostrado, el soluto no puede pasar a través de la membrana selectivamente permeable, pero el agua sí.

Para ilustrar esto, imagina dos vasos llenos de agua. Uno tiene una sola cucharadita de azúcar, mientras que el segundo contiene un cuarto de taza de azúcar. Si el volumen total de las soluciones en ambas tazas es el mismo, ¿qué taza contiene más agua? Debido a que la gran cantidad de azúcar en la segunda taza ocupa mucho más espacio que la cucharadita de azúcar en la primera taza, la primera taza tiene más agua en ella.

Volviendo al ejemplo del vaso de precipitados, recordemos que tiene una mezcla de solutos a cada lado de la membrana. Un principio de difusión es que las moléculas se mueven alrededor y se esparcirán uniformemente por todo el medio si pueden. Sin embargo, solo el material capaz de atravesar la membrana se difundirá a través de ella. En este ejemplo, el soluto no puede difundirse a través de la membrana, pero el agua sí. El agua tiene un gradiente de concentración en este sistema. Así, el agua se difundirá por su gradiente de concentración, cruzando la membrana hacia el lado donde está menos concentrada. Esta difusión del agua a través de la membrana —osmosis— continuará hasta que el gradiente de concentración del agua llegue a cero o hasta que la presión hidrostática del agua equilibre la presión osmótica. La ósmosis procede constantemente en los sistemas vivos.

Tonicidad

La tonicidad describe cómo una solución extracelular puede cambiar el volumen de una célula al afectar la ósmosis. La tonicidad de una solución a menudo se correlaciona directamente con la osmolaridad de la solución. La osmolaridad describe la concentración total de soluto de la solución. Una solución con baja osmolaridad tiene un mayor número de moléculas de agua en relación con el número de partículas de soluto; una solución con alta osmolaridad tiene menos moléculas de agua con respecto a las partículas de soluto. En una situación en la que soluciones de dos osmolaridades diferentes están separadas por una membrana permeable al agua, aunque no al soluto, el agua se moverá desde el lado de la membrana con menor osmolaridad (y más agua) hacia el lado con mayor osmolaridad (y menos agua). Este efecto tiene sentido si recuerdas que el soluto no puede moverse a través de la membrana y, por lo tanto, el único componente del sistema que puede moverse, el agua, se mueve a lo largo de su propio gradiente de concentración. Una distinción importante que concierne a los sistemas vivos es que la osmolaridad mide el número de partículas (que pueden ser moléculas) en una solución. Por lo tanto, una solución que esté turbia con células puede tener una osmolaridad menor que una solución que sea transparente, si la segunda solución contiene más moléculas disueltas que las células.

Soluciones hipotónicas

Tres términos —hipotónico, isotónico e hipertónico— se utilizan para relacionar la osmolaridad de una célula con la osmolaridad del líquido extracelular que contiene las células. En una situación hipotónica, el fluido extracelular tiene menor osmolaridad que el líquido dentro de la célula, y el agua ingresa a la célula. (En los sistemas vivos, el punto de referencia es siempre el citoplasma, por lo que el prefijo hipo - significa que el fluido extracelular tiene una menor concentración de solutos, o una osmolaridad menor, que el citoplasma celular.) También significa que el fluido extracelular tiene una mayor concentración de agua en la solución que la célula. En esta situación, el agua seguirá su gradiente de concentración y entrará en la celda.

Soluciones Hipertónicas

En cuanto a una solución hipertónica, el prefijo hiper - se refiere al fluido extracelular que tiene una osmolaridad mayor que el citoplasma de la célula; por lo tanto, el fluido contiene menos agua que la célula. Debido a que la celda tiene una concentración de agua relativamente mayor, el agua saldrá de la celda.

Soluciones isotónicas

En una solución isotónica, el fluido extracelular tiene la misma osmolaridad que la célula. Si la osmolaridad de la célula coincide con la del fluido extracelular, no habrá movimiento neto de agua dentro o fuera de la célula, aunque el agua seguirá entrando y saliendo. Las células sanguíneas y las células vegetales en soluciones hipertónicas, isotónicas e hipotónicas adquieren apariencias características (Figura\(\PageIndex{6}\)).

Conexión de arte

Figura\(\PageIndex{6}\): La presión osmótica cambia la forma de los glóbulos rojos en soluciones hipertónicas, isotónicas e hipotónicas. (crédito: Mariana Ruiz Villareal)

Un médico inyecta a un paciente lo que el médico piensa que es una solución salina isotónica. El paciente muere, y una autopsia revela que muchos glóbulos rojos han sido destruidos. ¿Crees que la solución que el doctor inyectó fue realmente isotónica?

Enlace al aprendizaje

Para ver un video que ilustra el proceso de difusión en soluciones, visite este sitio.

Tonicidad en Sistemas Vivos

En un ambiente hipotónico, el agua ingresa a una célula, y la célula se hincha. En una condición isotónica, las concentraciones relativas de soluto y disolvente son iguales en ambos lados de la membrana. No hay movimiento neto de agua; por lo tanto, no hay cambio en el tamaño de la celda. En una solución hipertónica, el agua deja una célula y la célula se encoge. Si la hipo- o hiper- condición va a exceso, las funciones de la célula se comprometen, y la célula puede ser destruida.

Un glóbulo rojo estallará, o lisará, cuando se hincha más allá de la capacidad de expansión de la membrana plasmática. Recuerde, la membrana se asemeja a un mosaico, con espacios discretos entre las moléculas que la componen. Si la célula se hincha, y los espacios entre los lípidos y las proteínas se vuelven demasiado grandes, la célula se romperá.

Por el contrario, cuando cantidades excesivas de agua dejan un glóbulo rojo, la célula se encoge o se acurruca. Esto tiene el efecto de concentrar los solutos que quedan en la célula, haciendo que el citosol sea más denso e interfiriendo con la difusión dentro de la célula. La capacidad de la célula para funcionar se verá comprometida y también puede resultar en la muerte de la célula.

Varios seres vivos tienen formas de controlar los efectos de la osmosis, un mecanismo llamado osmorregulación. Algunos organismos, como plantas, hongos, bacterias y algunos protistas, tienen paredes celulares que rodean la membrana plasmática y previenen la lisis celular en una solución hipotónica. La membrana plasmática sólo puede expandirse hasta el límite de la pared celular, por lo que la célula no lisará. De hecho, el citoplasma en las plantas es siempre ligeramente hipertónico al ambiente celular, y el agua siempre entrará en una célula si hay agua disponible. Esta entrada de agua produce presión de turgencia, que endurece las paredes celulares de la planta (Figura\(\PageIndex{8}\)). En plantas no leñosas, la presión de turgencia apoya a la planta. Conversamente, si la planta no se riega, el líquido extracelular se volverá hipertónico, haciendo que el agua salga de la célula. En esta condición, la celda no se contrae porque la pared celular no es flexible. Sin embargo, la membrana celular se desprende de la pared y constriñe el citoplasma. Esto se llama plasmólisis. Las plantas pierden presión de turgencia en esta condición y se marchitan (Figura\(\PageIndex{9}\)).

Figura\(\PageIndex{7}\): La presión de turgencia dentro de una célula vegetal depende de la tonicidad de la solución en la que se baña. (crédito: modificación de obra de Mariana Ruiz Villareal)

Figura\(\PageIndex{8}\): Sin agua adecuada, la planta de la izquierda ha perdido la presión de turgencia, visible en su marchitamiento; la presión de turgencia se restablece regándola (derecha). (crédito: Víctor M. Vicente Selvas)

La tonicidad es una preocupación para todos los seres vivos. Por ejemplo, las paramencias y amebas, que son protistas que carecen de paredes celulares, tienen vacuolas contráctiles. Esta vesícula recoge el exceso de agua de la célula y la bombea hacia afuera, evitando que la célula se lise a medida que toma agua de su entorno.

Figura\(\PageIndex{9}\): La vacuola contráctil de un paramecio, aquí visualizada mediante microscopía de luz de campo brillante a 480x de aumento, bombea continuamente agua fuera del cuerpo del organismo para evitar que estalle en un medio hipotónico. (crédito: modificación del trabajo por parte de los NIH; datos de barra de escala de Matt Russell)

Muchos invertebrados marinos tienen niveles internos de sal coincidentes con sus ambientes, haciéndolos isotónicos con el agua en la que viven. Sin embargo, los peces deben gastar aproximadamente el cinco por ciento de su energía metabólica manteniendo la homeostasis osmótica. Los peces de agua dulce viven en un ambiente hipotónico para sus células. Estos peces absorben activamente la sal a través de sus branquias y excretan orina diluida para deshacerse del exceso de agua. Los peces de agua salada viven en el ambiente inverso, que es hipertónico para sus células, y secretan sal a través de sus branquias y excretan orina altamente concentrada.

En los vertebrados, los riñones regulan la cantidad de agua en el cuerpo. Los osmorreceptores son células especializadas en el cerebro que monitorean la concentración de solutos en la sangre. Si los niveles de solutos aumentan más allá de cierto rango, se libera una hormona que retrasa la pérdida de agua a través del riñón y diluye la sangre a niveles más seguros. Los animales también tienen altas concentraciones de albúmina, que es producida por el hígado, en su sangre. Esta proteína es demasiado grande para pasar fácilmente a través de las membranas plasmáticas y es un factor importante en el control de las presiones osmóticas aplicadas a los tejidos.

Resumen

Las formas pasivas de transporte, difusión y ósmosis, mueven materiales de pequeño peso molecular a través de membranas. Las sustancias se difunden de áreas de alta concentración a áreas de menor concentración, y este proceso continúa hasta que la sustancia se distribuye uniformemente en un sistema. En soluciones que contienen más de una sustancia, cada tipo de molécula se difunde según su propio gradiente de concentración, independientemente de la difusión de otras sustancias. Muchos factores pueden afectar la velocidad de difusión, incluyendo el gradiente de concentración, el tamaño de las partículas que se están difundiendo, la temperatura del sistema, etc.

En los sistemas vivos, la difusión de sustancias dentro y fuera de las células está mediada por la membrana plasmática. Algunos materiales se difunden fácilmente a través de la membrana, pero otros se ven obstaculizados, y su paso es posible gracias a proteínas especializadas, como canales y transportadores. La química de los seres vivos ocurre en soluciones acuosas, y equilibrar las concentraciones de esas soluciones es un problema continuo. En los sistemas vivos, la difusión de algunas sustancias sería lenta o difícil sin proteínas de membrana que faciliten el transporte.

Conexiones de arte

Figura\(\PageIndex{6}\): Un médico inyecta a un paciente lo que el médico piensa que es una solución salina isotónica. El paciente muere, y una autopsia revela que muchos glóbulos rojos han sido destruidos. ¿Crees que la solución que el doctor inyectó fue realmente isotónica?

Contestar

No, debió haber sido hipotónico ya que una solución hipotónica provocaría que el agua entrara en las células, con lo que las haría estallar.

Glosario

acuaporina

canal de proteína que permite el agua a través de la membrana a una tasa muy alta

proteína portadora

proteína de membrana que mueve una sustancia a través de la membrana plasmática cambiando su propia forma

proteína de canal

proteína de membrana que permite que una sustancia pase a través de su núcleo hueco a través de la membrana plasmática

gradiente de concentración

área de alta concentración adyacente a un área de baja concentración

difusión

proceso pasivo de transporte de material de bajo peso molecular según su gradiente de concentración

transporte facilitado

proceso mediante el cual el material desciende por un gradiente de concentración (de alta a baja concentración) usando proteínas integrales de membrana

hipertónico

situación en la que el fluido extracelular tiene una osmolaridad mayor que el fluido dentro de la célula, lo que resulta en que el agua se mueve fuera de la célula

hipotónico

situación en la que el líquido extracelular tiene una osmolaridad menor que el fluido dentro de la célula, dando como resultado que el agua se mueva hacia la célula

isotónico

situación en la que el fluido extracelular tiene la misma osmolaridad que el fluido dentro de la célula, lo que resulta en ningún movimiento neto de agua dentro o fuera de la célula

osmolaridad

cantidad total de sustancias disueltas en una cantidad específica de solución

ósmosis

transporte de agua a través de una membrana semipermeable según el gradiente de concentración de agua a través de la membrana que resulta de la presencia de soluto que no puede pasar a través de la membrana

transporte pasivo

método de transporte de material a través de una membrana que no requiere energía

plasmólisis

desprendimiento de la membrana celular de la pared celular y constricción de la membrana celular cuando una célula vegetal está en una solución hipertónica

selectivamente permeable

característica de una membrana que permite que algunas sustancias pasen pero no otras

soluto

sustancia disuelta en un líquido para formar una solución

tonicidad

cantidad de soluto en una solución

proteína de transporte

proteína de membrana que facilita el paso de una sustancia a través de una membrana uniéndola