4.3A: Transporte Facilitado

Objetivos de aprendizaje

• Explicar por qué y cómo ocurre el transporte pasivo

El transporte facilitado es un tipo de transporte pasivo. A diferencia de la simple difusión donde los materiales pasan a través de una membrana sin la ayuda de proteínas, 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 o moléculas polares que son repelidas por las partes hidrofóbicas de la membrana celular. Las proteínas de transporte facilitado protegen estos materiales de la fuerza repulsiva de la membrana, lo que les permite difundirlos 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 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; 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. 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: Proteínas de Canal en Transporte Facilitado: El transporte facilitado mueve las sustancias por sus gradientes de concentración. Pueden cruzar la membrana plasmática con la ayuda de proteínas de canal.

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 o pueden estar involucrados otros mecanismos o sustancias. 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 se une a una sustancia y, al hacerlo, desencadena un cambio de forma propia, moviendo la molécula unida desde el exterior de la célula hacia su interior; dependiendo del gradiente, el material puede moverse en dirección opuesta. Las proteínas portadoras son típicamente específicas para una sola sustancia. Esto 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.

Figura: Proteínas transportadoras: 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.

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; 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.

Puntos Clave

• Existe un gradiente de concentración que permitiría que los iones y las moléculas polares se difundan en la célula, pero estos materiales son repelidos por las partes hidrofóbicas de la membrana celular.
• La difusión facilitada utiliza proteínas integrales de membrana para mover sustancias polares o cargadas a través de las regiones hidrofóbicas de la membrana.
• Las proteínas de canal pueden ayudar en la difusión facilitada de sustancias al formar un paso hidrófilo a través de la membrana plasmática a través del cual pueden pasar sustancias polares y cargadas.
• Las proteínas de canal pueden estar abiertas en todo momento, permitiendo constantemente que una sustancia particular entre o salga de la célula, dependiendo del gradiente de concentración; o pueden ser cerradas y solo pueden abrirse por una señal biológica particular.
• Las proteínas transportadoras ayudan a facilitar la difusión al unirse a una sustancia en particular, luego alterando su forma para llevar esa sustancia dentro o fuera de la célula.

Términos Clave

• difusión facilitada: El paso espontáneo de moléculas o iones a través de una membrana biológica que pasa a través de proteínas integrales transmembrana específicas.
• proteína de membrana: Proteínas que están unidas a, o asociadas con la membrana de una célula o un orgánulo.