4.1: Introducción
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Comprensión de las membranas
La membrana celular es la barrera que separa el citoplasma del mundo externo. La membrana celular consiste principalmente en fosfolípidos en una bicapa. Los fosfolípidos son anfipáticos con una cabeza polar (grupo fosfato) y una cola hidrófoba (2 cadenas de hidrocarburos). Debido a las propiedades químicas de las cabezas siendo atraídas por el agua y las colas que tienen el deseo de evitar el agua, los fosfolípidos se autoensamblan en micelas. Las membranas celulares se forman a partir de una bicapa de fosfolípidos donde las colas lipídicas interactúan entre sí y las cabezas de fosfato se enfrentan al ambiente hídrico externo o al citoplasma interno de la célula.
La membrana celular no consiste únicamente en fosfolípidos sino que también tiene proteínas y colesterol insertados en la bicapa. Como indica la imagen de la bicapa anterior, las moléculas se mueven constantemente y fluyen en un movimiento lateral. El colesterol modula la fluidez de este movimiento. Las proteínas asociadas con la membrana pueden asentarse a ambos lados (proteínas periféricas) de la membrana o pasar a través de ambas capas de la membrana (proteínas transmembrana). El modelo que describe los componentes de la membrana celular se conoce como el Modelo de Mosaico de Fluidos. Este modelo establece que la membrana celular es un mosaico de 1) Fosfolípidos 2) Proteínas 3) Colesterol que se mueve en un movimiento de lado a lado.
El mosaico fluido de fosfolípidos, proteínas y colesterol que crean la barrera selectiva entre el interior y el exterior de la célula.
Pequeñas moléculas no cargadas pasan a través de la doble capa de fosfolípidos. Las moléculas polares, cargadas o grandes tienen grandes dificultades para pasar a través de la membrana y requieren la ayuda de proteínas transmembranales. Un ejemplo de una proteína transmembrana que facilita el movimiento de una sustancia polar es la acuaporina, que permite el libre movimiento del agua.
Difusión
La difusión es el movimiento neto de una sustancia de alta concentración a baja concentración. Esta diferencia en la concentración se conoce como un gradiente de concentración. Este movimiento no requiere ninguna energía externa sino que utiliza la energía libre intrínseca al sistema.
- Efectos de la temperatura en la difusión
- Efectos de la masa molecular en la difusión
El colorante concentrado se difunde a lo largo del gradiente de concentración hasta alcanzar el equilibrio (sin movimiento neto).
Osmosis
La ósmosis es un caso especial de difusión. En lugar de observar el cambio neto en soluto, la ósmosis sigue el movimiento neto de un solvente a través de una membrana semipermeable. Dado que una membrana semipermeable permite el paso de cosas específicas, algunos solutos se dividen.
- Simulación de difusión a través de una membrana semipermeable (CC-BY 4.0 Concord Consortium)
Una membrana semipermeable permite el paso del disolvente pero no esta molécula de sal roja. El agua se mueve a lo largo del gradiente de concentración (de agua). Este movimiento del agua provoca una presión osmótica.
Una célula que carece de una pared celular se ve afectada en gran medida por la tonicidad del ambiente. En una solución hipertónica donde la concentración de soluto disuelto es alta, se extraerá agua de la célula. En una solución hipotónica donde la concentración de soluto disuelto es menor que el interior de la célula, la célula estará bajo una gran presión osmótica del agua ambiental que entra y puede romperse.
Las plantas tienen paredes celulares rígidas compuestas de celulosa. Estas paredes celulares permiten el mantenimiento de la integridad celular cuando el ambiente externo es hipotónico (menos sustancias disueltas). Ante esta situación, el agua se mueve hacia la celda. Sin la pared celular, la celda se abriría de golpe por la excesiva presión de agua que entraba en la celda. Este estado de hinchazón se conoce como turgente, resultante de la presión de la turgencia.
Las paredes celulares de una planta conservan la forma de la célula a pesar del estado de tonicidad externa.
Cuando el ambiente exterior es hipertónico (mayor cantidad de sustancias disueltas), se produce la condición inversa mediante la cual el fluido celular que sale de la célula reduce el tamaño del citoplasma. Esta condición se conoce como plasmólisis.
Mecanismos de Transporte Activos
