Transporte de moléculas a través de la membrana

Sólo pequeñas moléculas sin carga como gases, agua, amoníaco, glicerol, o urea son capaces de pasar a través de la membrana por difusión mientras que moléculas de tamaño mayor (glucosa) son impermeables (Figura 1). La polaridad de una molécula también es importante. Sustancias apolares como el benceno, etanol, éter dietílico, y muchos narcóticos son capaces de entrar fácilmente a la membrana. Por el contrario, las membranas son fuertemente impermeables a compuestos polares, en particular los que están cargados eléctricamente. Para ser capaz de tomar o liberar moléculas de este tipo, las células disponen de canales especializados y transportadores de membrana.

Figura 1. Permeabilidad de la membrana a moléculas pequeñas e impermeable a moléculas grandes (Imagen tomada de Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thiem).

La difusión libre es la forma más simple de transporte de membrana. Cuando este es apoyado por proteínas integrales de la membrana, se conoce como difusión facilitada (transporte facilitado).

Las proteínas de canal tienen poros polares a través de los cuales los iones y otros compuestos hidrofílicos pueden pasar. Los transportadores reconocen y se unen a las moléculas para ser transportadas y ayudarles a pasar a través la membrana como resultado de un cambio conformacional. 

a) Transporte Pasivo

La difusión libre y los procesos de transporte facilitado por canales ionicos y proteínas de transporte siempre siguen un gradiente de concentración, por ejemplo, la dirección del transporte es del sitio de mayor concentración al lugar de menor concentración. El transporte pasivo es el intercambio simple de moléculas a través de la membrana plasmática, durante el cual la célula no gasta energía, debido a que va a favor del gradiente de concentración o a favor del gradiente de carga eléctrica, es decir, de un lugar donde hay una gran concentración a uno donde hay menor. El proceso celular pasivo se realiza por difusión. En sí, es el cambio de un medio de mayor concentración a otro de menor concentración (Figura 2).

Figura 2. Esquema del Transporte Pasivo en la membrana (Imagen tomada de Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thiem).

b) Transporte Activo

El transporte activo permite a la célula transportar sustancias disueltas a través de su membrana desde regiones de menor concentración a otras de mayor concentración. Es un proceso que requiere de energía. La célula utiliza transporte activo en tres situaciones: cuando una partícula va de menor a  mayor concentración, cuando las partículas necesitan ayuda para entrar a la membrana porque son selectivamente impermeables y cuando las partículas muy grandes entran y salen de la célula (Figura 3).

Figura 3. Esquema del Transporte Activo de Membrana (Imagen tomada de Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thiem).

Otra clasificación de los procesos de transporte se basa en el número de partículas transportadas y la dirección en la que va el movimiento. Cuando una sola molécula o ión pasa a través de la membrana con la ayuda de un canal o transportador, el proceso se describe como uniport (ejemplo: el transporte de la glucosa en las células del hígado). El transporte simultáneo  de dos partículas diferentes pueden tener lugar, ya sea como simport (ejemplo: el transporte de aminoácidos o glucosa, junto con iones Na+ en las células epiteliales intestinales) o como un antiport. Los iones son transportados en un antiport a cambio de otro ión de carga similar. Este proceso es electroneutral y por tanto más energéticamente favorable (Ejemplo: el intercambio de HCO3- para el Cl- a la membrana de los eritrocitos) (Figura 4).

Figura 4. Esquema del transporte basado en el número de partículas a transportar y el movimiento de las mismas (Imagen tomada de Koolman, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thiem).

Referencias:

• Gerald Karp, Biología Celular y Molecular “Conceptos y Experimentos”, 4a edición, Mc Graw Hill, 2005.
• Jan Koolman and Klaus-Heinrich Roehm, Color Atlas of Biochemistry, 2nd edition © 2005 Thieme.