7.1: La membrana citoplasmática
- Page ID
- 55277
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)Objetivos de aprendizaje
- Anotar la composición química y función principal de la membrana citoplásmica en células eucariotas.
- Anotar el flujo neto de agua cuando una célula se coloca en un ambiente isotónico, hipertónico o hipotónico y relacionarlo con la concentración de soluto.
- Definir los siguientes medios de transporte:
- difusión pasiva
- ósmosis
- transporte activo
- endocitosis
- fagocitosis
- pinocitosis
- exocitosis
Además, contiene glicolípidos así como lípidos complejos llamados esteroles, como las moléculas de colesterol que se encuentran en las membranas celulares animales, que no se encuentran en las membranas procariotas (a excepción de algunos micoplasmas). Los esteroles hacen que la membrana sea menos permeable a la mayoría de las moléculas biológicas, ayudan a estabilizar la membrana y probablemente agregan rigidez a las membranas ayudando a la capacidad de las células eucariotas que carecen de una pared celular para resistir la lisis osmótica. Las proteínas y glicoproteínas en la membrana citoplásmica son bastante diversas y funcionan como:
- canalizar las proteínas para formar poros para el transporte libre de moléculas pequeñas e iones a través de la membrana
- proteínas portadoras para facilitar la difusión y el transporte activo de moléculas e iones a través de la membrana
- proteínas de reconocimiento celular que identifican una célula particular
- proteínas receptoras que se unen a moléculas específicas como hormonas y citocinas
- proteínas enzimáticas que catalizan reacciones químicas específicas.
Todas las moléculas y átomos poseen energía cinética (energía del movimiento). Si las moléculas o átomos no están distribuidos uniformemente en ambos lados de una membrana, la diferencia en su concentración forma un gradiente de concentración que representa una forma de energía potencial (energía almacenada). Por lo tanto, el movimiento neto de estas partículas bajará su gradiente de concentración, desde el área de mayor concentración hasta el área de menor concentración. La difusión es alimentada por la energía potencial de un gradiente de concentración y no requiere el gasto de energía metabólica.
Una célula puede encontrarse en uno de tres ambientes: isotónico, hipertónico o hipotónico. (Los prefijos iso-, hiper- e hipo- se refieren a la concentración de soluto).
- En un ambiente isotónico (Figura\(\PageIndex{5}\) A), tanto la concentración de agua como de soluto son las mismas dentro y fuera de la célula y el agua entra y sale de la célula a igual velocidad.
- Si el ambiente es hipertónico (Figura\(\PageIndex{5}\) B), la concentración de agua es mayor dentro de la célula mientras que la concentración de soluto es mayor en el exterior (el interior de la célula es hipotónico al ambiente hipertónico circundante). El agua sale de la celda.
- En un ambiente hipotónico (Figura\(\PageIndex{5}\) C), la concentración de agua es mayor fuera de la célula y la concentración de soluto es mayor en su interior (el interior de la célula es hipertónico al entorno hipotónico). El agua entra en la celda.
Transporte de Sustancias a Través de la Membrana por Transporte (Transportador)
Para la mayoría de las sustancias que una célula necesita para que el metabolismo atraviese la membrana citoplásmica, se requieren proteínas de transporte específicas (proteínas portadoras). Las proteínas de transporte permiten a las células acumular nutrientes incluso desde un ambiente escaso. Los ejemplos de proteínas de transporte incluyen proteínas de canal, uniportadores, simportadores, antitransportadores y las bombas impulsadas por ATP. Estas proteínas transportan moléculas específicas, grupos de moléculas relacionados o iones a través de membranas a través de la difusión facilitada o el transporte activo.
La difusión facilitada es el transporte de sustancias a través de una membrana mediante el transporte de proteínas, tales como uniportadores y proteínas de canal, a lo largo de un gradiente de concentración desde un área de mayor concentración a menor concentración. La difusión facilitada es impulsada por la energía potencial de un gradiente de concentración y no requiere el gasto de energía metabólica.
1. Uniporter: Los uniportadores son proteínas transportadoras que transportan una sustancia de un lado de la membrana al otro (Figura\(\PageIndex{6}\) A1 y Figura\(\PageIndex{6}\) A2). Los aminoácidos, azúcares, nucleósidos y otras moléculas pequeñas pueden ser transportados a través de membranas eucariotas por diferentes uniportadores.
2. Las proteínas del canal transportan agua o ciertos iones por un gradiente de concentración, en el caso del agua, o un gradiente de potencial eléctrico en el caso de ciertos iones, desde un área de mayor concentración a menor concentración (Figura\(\PageIndex{6}\) B). Si bien las moléculas de agua pueden cruzar directamente la membrana por difusión pasiva, como se mencionó anteriormente, su transporte puede ser potenciado por proteínas de canal llamadas acuaporinas.
El transporte activo es un proceso mediante el cual la célula utiliza tanto proteínas de transporte como energía metabólica para transportar sustancias a través de la membrana contra el gradiente de concentración. De esta manera, el transporte activo permite que las células acumulen las sustancias necesarias incluso cuando la concentración es menor en el exterior. La energía es proporcionada por la fuerza motriz protónica, la hidrólisis del ATP o por la diferencia de potencial eléctrico (voltaje) a través de la membrana.
La fuerza motriz de protones es un gradiente de energía resultante de iones de hidrógeno (protones) que se mueven a través de la membrana de mayor a menor concentración de iones de hidrógeno. El ATP es la forma de energía que las células se utilizan más comúnmente para realizar el trabajo celular. El potencial eléctrico es la diferencia de voltaje a través de la membrana citoplásmica como resultado de los gradientes de concentración de iones y el movimiento selectivo de iones a través de las membranas mediante bombas de iones o a través de canales iónicos.
| Una revisión de la Fuerza Motiva de Protones de la Unidad 6 |
| Una revisión de ATP de la Unidad 6 |
Las proteínas de transporte involucradas en el transporte activo incluyen antitransportadores, simportadores, las proteínas de las bombas impulsadas por ATP.
Los antitransportadores son proteínas de transporte que transportan una sustancia a través de la membrana en una dirección, mientras que simultáneamente transportan una segunda sustancia a través de la membrana en la dirección opuesta (Figura\(\PageIndex{6}\) C). Los antiportadores utilizan la energía potencial de gradientes electroquímicos de Na + o H + para transportar iones, glucosa y aminoácidos contra su gradiente de concentración (Figura\(\PageIndex{6}\) E1).
Los simporadores son proteínas de transporte que transportan simultáneamente dos sustancias a través de la membrana en la misma dirección (Figura\(\PageIndex{6}\) D). Al igual que los antitransportadores, los simportadores utilizan la energía potencial de gradientes electroquímicos de Na + o H + para transportar iones, glucosa y aminoácidos contra su gradiente de concentración (Figura\(\PageIndex{6}\) E2).
Las bombas impulsadas por ATP acoplan la energía liberada por la hidrólisis del ATP con el transporte de sustancias a través de la membrana citoplásmica. Las bombas impulsadas por ATP se utilizan para transportar iones como Na +, Ca 2+, K + y H + a través de membranas contra su gradiente de concentración.
Un ejemplo de transporte activo a través de una bomba alimentada por ATP es la bomba de sodio y potasio que se encuentra en las células animales. Tres iones de sodio del interior de la célula se unen primero a la proteína de transporte (Figura\(\PageIndex{10}\) A). Luego se transfiere un grupo fosfato del ATP a la proteína de transporte provocando que cambie de forma (Figura\(\PageIndex{10}\) B) y libere los iones de sodio fuera de la célula (Figura\(\PageIndex{10}\) C). Dos iones potasio del exterior de la célula se unen luego a la proteína de transporte (Figura\(\PageIndex{10}\) D) y a medida que se elimina el fosfato, la proteína asume su forma original y libera los iones de potasio dentro de la célula (Figura\(\PageIndex{10}\) E).
| Animación flash que muestra la bomba de sodio-potasio. Cortesía de Raymond Husthwaite |
| Versión html5 de animación que muestra la bomba de sodio-potasio. Cortesía de Raymond Husthwaite |
Endocitosis
Resumen
La membrana citoplasmática (también llamada membrana plasmática o celular) de las células eucariotas es una bicapa fosfolipídica fluida incrustada con proteínas y glicoproteínas. Contiene glicolípidos así como lípidos complejos llamados esteroles. La membrana citoplasmática es una membrana semipermeable que determina lo que entra y sale de la célula. Las sustancias pueden atravesar la membrana citoplasmática de las células eucariotas por simple difusión, ósmosis, transporte pasivo, transporte activo, endocitosis y exocitosis.