3.2: La membrana plasmática

La delgada membrana plasmática rodea a la célula, separando su contenido del entorno y controlando lo que entra y sale de la célula. La membrana plasmática está compuesta por dos moléculas principales, fosfolípidos (grasas) y proteínas. Los fosfolípidos están dispuestos en una doble capa con las grandes moléculas proteicas punteadas alrededor de la membrana (ver diagrama 3.4). Algunas de las moléculas proteicas forman pequeños canales en la membrana mientras que otras ayudan a transportar sustancias de un lado de la membrana al otro.

Diagrama 3.4: La estructura de la membrana plasmática

Cómo se mueven las sustancias a través de la membrana de

Las sustancias necesitan pasar a través de la membrana para entrar o salir de la célula y lo hacen de varias maneras. Algunos de estos procesos no requieren energía es decir, son pasivos, mientras que otros requieren energía es decir, son activos.

Los procesos pasivos incluyen: a) difusión y b) ósmosis, mientras que los procesos activos incluyen: c) transporte activo, d) fagocitosis, e) pinocitosis y f) exocitosis. Estos se describirán a continuación.

Difusión

Aunque quizá no lo sepas, ya estás familiarizado con el proceso de difusión. Es la difusión la que provoca que un olor (perfume caro o calcetines malolientes) en una parte de la habitación se mueva gradualmente por la habitación para que se pueda oler por el otro lado. La difusión ocurre en el aire y en líquidos.

El diagrama 3.5 muestra lo que sucede cuando algunos cristales de un tinte púrpura oscuro llamado permanganato de potasio se dejan caer en un vaso de precipitados de agua. Las moléculas de tinte se difunden en el agua moviéndose de concentraciones altas a bajas para que se distribuyan uniformemente por todo el vaso de precipitados.

Diagrama 3.5: Difusión en un líquido

En el cuerpo, la difusión hace que las moléculas que se encuentran en una concentración alta en un lado de la membrana celular se muevan a través de la membrana hasta que estén presentes en concentraciones iguales en ambos lados. Se lleva a cabo porque todas las moléculas tienen una vibración incorporada que hace que se muevan y colisionen hasta que se distribuyan uniformemente. Es un proceso absolutamente natural que no requiere energía añadida.

Moléculas pequeñas como oxígeno, dióxido de carbono, agua y amoníaco así como grasas, se difunden directamente a través de la doble capa de grasa de la membrana. Las pequeñas moléculas mencionadas anteriormente, así como una variedad de partículas cargadas (iones) también se difunden a través de los canales revestidos de proteínas. Las moléculas más grandes como la glucosa se unen a una molécula portadora que ayuda a su difusión a través de la membrana. A esto se le llama difusión facilitada.

En el cuerpo del animal la difusión es importante para mover el oxígeno y el dióxido de carbono entre los pulmones y la sangre, para mover las moléculas de alimentos digeridos del intestino a la sangre y para la eliminación de los productos de desecho de la célula.

Osmosis

Aunque la palabra puede no ser familiar, es casi seguro que esté familiarizado con los efectos de la ósmosis. Es la ósmosis la que nutre los frutos secos cuando los remojas antes de hacer un pastel de frutas o hace que esa zanahoria vieja y wizened se vea casi como nueva cuando la sumerges en agua. La ósmosis es de hecho la difusión del agua a través de una membrana que permite que el agua atraviese, pero no moléculas más grandes. Este tipo de membrana se llama membrana semipermeable.

Diagrama 3.6: Osmosis

Echa un vistazo al lado A del diagrama 3.6. Muestra un recipiente dividido en dos partes por una membrana artificial semipermeable. Se vierte agua en una parte mientras se vierte una solución que contiene sal en la otra parte. El agua puede cruzar la membrana pero la sal no. El agua atraviesa la membrana semipermeable por difusión hasta que hay una cantidad igual de agua en ambos lados de la membrana. El efecto de esto sería hacer que la solución salina se diluyera más y provocar que el nivel del líquido en el lado derecho del recipiente se elevara por lo que parecía el lado B del diagrama 3.6. Este movimiento del agua a través de la membrana semipermeable se llama ósmosis. Se trata de un proceso completamente natural que no requiere energía externa.

Si bien sería difícil de hacer en la práctica, imagina que ahora podrías tomar un émbolo y empujar hacia abajo el fluido en el lado derecho del recipiente B para que fluyera de nuevo a través de la membrana semipermeable hasta que el nivel de fluido en ambos lados volviera a ser igual. Si pudieras medir la presión requerida para hacer esto, esto sería igual a la presión osmótica de la solución salina. (Este es un concepto bastante avanzado en esta etapa pero volverás a cumplir con este término cuando estudies el equilibrio de fluidos más adelante en el curso).

Diagrama 3.7: Ósmosis en glóbulos rojos colocados en una solución hipotónica

La membrana plasmática de las células actúa como membrana semipermeable. Si los glóbulos rojos, por ejemplo, se colocan en el agua, el agua cruza la membrana para igualar la cantidad de agua en ambos lados de la misma (ver diagrama 3.7). Esto significa que el agua se mueve hacia la celda haciendo que se hinche. Esto puede ocurrir hasta tal punto que la celda realmente estalla para liberar su contenido. Este estallido de glóbulos rojos se llama hemólisis. En una situación como esta cuando la solución en un lado de una membrana semipermeable tiene una concentración menor que la del otro lado, se dice que la primera solución es hipotónica a la segunda.

Diagrama 3.8: Ósmosis en glóbulos rojos colocados en una solución hipertónica

Ahora piensa qué pasaría si los glóbulos rojos se colocaran en una solución salina que tiene una concentración de sal mayor que la solución dentro de las células (ver diagrama 3.8). Tal solución de baño se llama solución hipertónica. En esta situación la “concentración” de agua dentro de las celdas sería mayor que la del exterior de las celdas. La ósmosis (difusión del agua) ocurriría entonces desde el interior de las células hasta la solución exterior, haciendo que las células se encogieran.

Diagrama 3.9: Los glóbulos rojos colocados en una solución isotónica

Una solución que contiene 0.9% de sal tiene la misma concentración que los fluidos corporales y la solución dentro de los glóbulos rojos. Las células colocadas en tal solución no se hincharían ni se encogerían (ver diagrama 3.9). Esta solución se llama solución isotónica. Esta concentración de solución salina a menudo se llama solución salina normal y se usa cuando se reemplazan los fluidos corporales de un animal o cuando las células como los glóbulos rojos tienen que suspenderse en líquido.

Recuerda: la ósmosis es un tipo especial de difusión. Es la difusión de moléculas de agua a través de una membrana semipermeable. Es un proceso completamente pasivo y no requiere energía.

A veces es difícil recordar en qué dirección se mueven las moléculas de agua. Aunque no es estrictamente cierto en un sentido biológico, muchos estudiantes utilizan la frase “SALT CHUPE” para ayudarlos a recordar en qué dirección se mueve el agua a través de la membrana cuando hay dos soluciones de diferentes concentraciones de sal en cada lado.

Como hemos visto, el agua entra y sale de la célula por ósmosis. Todo el movimiento de agua desde el intestino hacia el sistema sanguíneo y entre los capilares sanguíneos y el líquido alrededor de las células (tejido o líquido extracelular) se realiza por ósmosis. La ósmosis también es importante en la producción de orina concentrada por el riñón.

Transporte Activo

Cuando una sustancia se transporta de una concentración baja a una concentración alta, es decir, cuesta arriba contra el gradiente de concentración, se tiene que usar energía. A esto se le llama transporte activo.

El transporte activo es importante para mantener diferentes concentraciones de los iones sodio y potasio a ambos lados de la membrana de las células nerviosas. También es importante para eliminar moléculas valiosas como glucosa, aminoácidos e iones de sodio de la orina.

Diagrama 3.10: Fagocitosis

d) Fagocitosis

La fagocitosis a veces se llama “alimentación celular”. Es un proceso que requiere energía y es utilizado por las células para mover partículas sólidas como bacterias a través de la membrana plasmática. Proyecciones similares a dedos de la membrana plasmática rodean a las bacterias y las engullan como se muestra en el diagrama 3.10. Una vez dentro de la célula, las enzimas producidas por los lisosomas de la célula (descritas más adelante) destruyen la bacteria.

La destrucción de bacterias y otras sustancias extrañas por los glóbulos blancos por el proceso de fagocitosis es una parte vital de los mecanismos de defensa del organismo.

e) Pinocitosis

La pinocitosis o “consumo de células” es un proceso muy similar a la fagocitosis pero es utilizado por las células para mover fluidos a través de la membrana plasmática. La mayoría de las células realizan pinocitosis (nótese la vesícula pinocitótica en el diagrama 3.3).

f) Exocitosis

La exocitosis es el proceso por medio del cual las sustancias formadas en la célula se mueven a través de la membrana plasmática hacia el fluido fuera de la célula (o fluido extracelular). Ocurre en todas las células pero es más importante en células secretoras (por ejemplo, células que producen enzimas digestivas) y células nerviosas.