Transporte a través de la membrana plasmática

TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA:  Contenido:  a)  Tipos de transporte.   b) Concepto de transporte activo y pasivo y activo secundario.   c) Definición de transportadores, canales, intercambiadores y bombas. Ejemplos de cada uno de los transportes.   d) Concepto de Ley de Fick. Interpretación de la fórmula y correlación con situaciones fisiológicas.

 

Actividades: 

 

Transporte a través de la membrana plasmática: 

Los procesos bioquímicos implicados en la función celular requieren el mantenimiento de un ambiente intracelular regulado de forma precisa. Si no hubiese una barrera rodeando la célula para impedir el intercambio entre los espacios intracelular y extracelular, toda la singularidad de la composición citoplasmática se perdería por difusión en pocos segundos. Esta barrera la provee la membrana plasmática, que constituye el límite exterior de la célula. 

Cuando existe una vía para la transferencia de una sustancia a través de una membrana, se dice que la membrana es permeable a esa sustancia. 

La fuerza impulsora que determina el transporte pasivo de solutos a través de una membrana es el gradiente químico (diferencia de concentración) o si es una molécula con carga como los iones, el gradiente electroquímico). 

 

 

Una molécula se puede mover a favor de su gradiente de concentración a través de los siguientes medios: 

a) Por sí misma, atravesando libremente la membrana (difusión simple). 

b) A través de un poro 

c) A través de un canal 

d) A través de un transportador (difusión facilitada). 

  
 

a) Por sí misma, atravesando libremente la membrana (difusión simple): La molécula se mueve a través de la bicapa lipídica de la membrana celular sin la ayuda de proteínas de transporte. Esto ocurre generalmente con moléculas pequeñas no polares, como el oxígeno y el dióxido de carbono. 

b) A través de un poro: Las moléculas pueden pasar a través de canales proteicos formados por proteínas integrales de membrana llamadas poros. Estos poros permiten el paso selectivo de iones o moléculas específicas dependiendo de su tamaño y carga. Un ejemplo común de esto es el transporte de agua a través de los poros de las proteínas acuaporinas. 

c) A través de un canal: Similar a los poros, los canales son proteínas integrales de membrana que forman estructuras por las cuales pueden pasar selectivamente iones o moléculas específicas. Sin embargo, los canales se abren y se cierran en respuesta a ciertos estímulos, como cambios en el potencial eléctrico de la membrana o la unión de ligandos específicos. 

d) A través de un transportador (difusión facilitada): Los transportadores son proteínas integrales de membrana que facilitan el movimiento de moléculas a través de la membrana celular uniéndose a la molécula y cambiando de conformación para permitir su paso al otro lado de la membrana. Este proceso es especialmente importante para moléculas que son demasiado grandes o polares para pasar a través de la bicapa lipídica por difusión simple. Un ejemplo común de esto es el transporte de glucosa a través de la membrana celular. 

 

1-Realice un mapa conceptual en donde enumere los tipos de trasporte que existen.  

(Algunos términos que puede incluir son: requerimiento de ATP, no requerimiento de ATP, difusión simple, difusión facilitada, cotransportador, intercambiador y transporte activo primario, transporte activo secundario). 

(Puede usar el siguiente ejemplo o el que usted considere más útil para entenderlo.) 

 

 
 

Tipo de Transporte	Descripción	Ejemplos
Requerimiento de ATP	Proceso de transporte que requiere el uso de energía en forma de ATP para mover moléculas o iones a través de la membrana celular en contra de su gradiente de concentración.	Transporte activo primario, transporte activo secundario
No Requerimiento de ATP	Proceso de transporte que no requiere energía en forma de ATP y se produce a favor del gradiente de concentración.	Difusión simple, difusión facilitada
Difusión Simple	Movimiento pasivo de moléculas a través de la bicapa lipídica de la membrana celular, desde una región de mayor concentración hacia una de menor concentración, sin requerir energía.	Oxígeno, dióxido de carbono.
Difusión Facilitada	Movimiento pasivo de moléculas a través de la membrana celular mediado por proteínas transportadoras, sin requerir energía adicional.	Transporte de glucosa a través de GLUTs.
Cotransportador	Proteínas transportadoras que acoplan el transporte de una molécula o ion con el movimiento de otro a través de la membrana celular.	Cotransporte de glucosa y sodio en células intestinales.
Intercambiador	Proteínas transportadoras que intercambian moléculas o iones a través de la membrana celular, moviendo una molécula en un sentido y otra en sentido opuesto.	Intercambio de iones de sodio y potasio en la membrana celular.
Transporte Activo Primario	Movimiento de moléculas o iones a través de la membrana celular en contra de su gradiente de concentración utilizando energía directamente del ATP.	Bomba de sodio-potasio.
Transporte Activo Secundario	Movimiento de moléculas o iones a través de la membrana celular en contra de su gradiente de concentración, utilizando el gradiente de concentración de otro soluto previamente generado por transporte activo primario.	Cotransporte de glucosa y sodio en el epitelio renal.

 

2-Analice los gráficos que se muestran a continuación: 

 

a)Describa que es lo que se muestra en cada uno. 

 

b)Explique a que se debe el diferente comportamiento.  

 

c)¿Qué significa que tenga “saturación”?.  

d)¿Cuál es la importancia fisiológica de la saturación en una difusión facilitada? ¿Qué ocurrirá con la glucosa en orina si la concentración en sangre aumenta demasiado y se “saturan” los transportadores que reabsorben desde la luz de los túbulos renales hacia la sangre?  
 
 
Respuestas
  

Análisis de los gráficos 

A. Difusión simple: 

La gráfica muestra una línea recta ascendente. Esto indica que la tasa de difusión aumenta proporcionalmente con la diferencia de concentración entre los dos lados de la membrana. Cuanto mayor sea la diferencia de concentración, más rápido se difundirán las moléculas. 

B. Difusión facilitada: 

La gráfica muestra una curva sigmoidea. Al principio, la tasa de difusión aumenta con la diferencia de concentración, pero luego se ralentiza y alcanza una meseta. Esto se debe a que los transportadores se saturan y no pueden transportar más moléculas. 

Explicación del diferente comportamiento: 

La diferencia en el comportamiento de las dos gráficas se debe a la naturaleza del proceso de difusión. En la difusión simple, las moléculas atraviesan la membrana por sí mismas, sin necesidad de ayuda. En cambio, en la difusión facilitada, las moléculas son transportadas a través de la membrana por proteínas transportadoras. 

Saturación: 

La saturación se produce cuando todos los transportadores disponibles están ocupados con moléculas. En este punto, la tasa de difusión no aumenta más, aunque la diferencia de concentración siga aumentando. 

Importancia fisiológica de la saturación: 

La saturación es importante fisiológicamente porque permite a las células controlar el transporte de moléculas. Las células pueden aumentar o disminuir la cantidad de transportadores en la membrana para regular la tasa de difusión de diferentes moléculas. 

Ejemplo de la glucosa en orina: 

En el caso de la glucosa, los riñones tienen transportadores específicos para reabsorber la glucosa de la orina hacia la sangre. Si la concentración de glucosa en sangre aumenta demasiado, los transportadores pueden saturarse y no reabsorber toda la glucosa. Esto puede provocar glucosuria, que es la presencia de glucosa en la orina. 

En resumen:

·        La difusión simple y la difusión facilitada son dos mecanismos de transporte de moléculas a través de la membrana plasmática. 

·        La difusión simple es un proceso pasivo que depende de la diferencia de concentración. 

·        La difusión facilitada es un proceso activo que requiere proteínas transportadoras. 

·        La saturación se produce cuando todos los transportadores disponibles están ocupados con moléculas. 

·        La saturación es importante fisiológicamente porque permite a las células controlar el transporte de moléculas. 

 

Si una molécula atraviesa la membrana en contra de su gradiente de concentración, necesita un transportador especial llamado bomba, la cual utiliza energía (ATP) para lograr el transporte. Por ejemplo la bomba de Na+/K+, que saca Na+ y mete K+ en contra de sus gradientes de concentración. Este tipo de transporte se llama transporte activo primario (porque la energía la saca directamente del ATP). 

En el transporte activo secundario, la fuerza impulsora procede del acoplamiento entre el movimiento contra gradiente de dicho soluto con el movimiento a favor de gradiente de uno o varios solutos para los que existe una diferencia favorable de energía potencial electroquímica (los cuales le dan la energía necesaria).  

 

3-Describa la Ley de Fick aplicada a la difusión simple. ¿Qué variables dependen de la sustancia y cuáles de la membrana? 

 

4-¿Qué relación matemática establece la ley de Fick? 

 

5-Escriba con sus palabras que ocurrirá con la velocidad de difusión de una sustancia si el grosor de la membrana aumenta. 

 

6-Elija la opción correcta en las siguiente afirmaciones relacionadas a la Ley de Fick: 

 

a)La velocidad de difusión de una sustancia a través de la membrana es directamente/inversamente proporcional a la diferencia de concentración a ambos lados de ella. 

b)Si el grosor de la membrana aumenta, entonces la velocidad de difusión de la sustancia a través de ella aumentará/disminuirá. 

c)La velocidad de difusión de una sustancia a través de la membrana es directamente/inversamente proporcional al área de la membrana. 

 

7-Discuta en la clase a qué se refieren los términos “inversa y directamente proporcional” 

 

Respuestas 
 

·        La Ley de Fick aplicada a la difusión simple establece que la velocidad de difusión de una sustancia a través de una membrana es directamente proporcional al gradiente de concentración de la sustancia (diferencia de concentración entre los dos lados de la membrana) y a la permeabilidad de la membrana al soluto, y es inversamente proporcional al grosor de la membrana. 
 
 

Problema: 

En un laboratorio, se realiza un experimento para estudiar la difusión de una sustancia a través de una membrana semipermeable. Se coloca la membrana entre dos compartimentos: A y B. Inicialmente, el compartimento A contiene una solución con una concentración de la sustancia de 10mol/L10mol/L, mientras que el compartimento B está vacío. 

Después de 30minutos30minutos, se mide que la concentración de la sustancia en el compartimento A ha disminuido a 5mol/L5mol/L. La distancia entre los compartimentos A y B a través de la membrana es de 0.1cm0.1cm. Además, el área de la membrana expuesta al flujo de la sustancia es de 5cm25cm2. 

Utilizando la fórmula de Fick, calcula la tasa de difusión de la sustancia a través de la membrana. 

Solución: Dado que tenemos los datos necesarios, podemos usar la fórmula de Fick para encontrar la tasa de difusión. Primero, identificamos los valores dados: 

·       Δ=10mol/L−5mol/L=5mol/LΔC=10mol/L−5mol/L=5mol/L 

·       Δ=0.1cmΔx=0.1cm 

·       Δ=5cm2A=5cm2 

·        Tiempo=30min=0.5hrsTiempo=30min=0.5hrs (convertimos los minutos a horas) 

El coeficiente de difusión (D) es una constante que depende de la sustancia y del medio a través del cual se difunde. Por lo general, este valor se proporciona en problemas específicos o se puede buscar en tablas de coeficientes de difusión. 

Supongamos que el coeficiente de difusión (D) para esta sustancia específica y este medio es de 0.01cm2/hr0.01cm2/hr. 

Ahora podemos usar la fórmula de Fick: 

Tasa de difusión n=−D⋅A⋅ΔxΔC​ 

Sustituimos los valores conocidos: 

Tasa de difusión=−0.01cm2/hr×5cm2×5mol/L0.1cm×10.5hrsTasa de difusioˊn=−0.01cm2/hr×5cm2×0.1cm5mol/L​×0.5hrs1​ 

Tasa de difusión=−0.01cm2/hr×5cm2×50mol/L/cm×2hrsTasa de difusioˊn=−0.01cm2/hr×5cm2×50mol/L/cm×2hrs 

Tasa de difusión=−5mol/hrTasa de difusioˊn=−5mol/hr 

Por lo tanto, la tasa de difusión de la sustancia a través de la membrana es de 5mol/hr5mol/hr. El signo negativo indica que la sustancia está difundiendo desde el compartimento A hacia el compartimento B. 

 

·        Variables que dependen de la sustancia: Permeabilidad de la membrana al soluto. Variables que dependen de la membrana: Grosor de la membrana. 

·        La relación matemática establecida por la Ley de Fick es: J=−D⋅ΔxΔc​ 

·       Donde: 

·        J es el flujo de difusión (cantidad de sustancia que atraviesa la membrana por unidad de tiempo). 

·        D es el coeficiente de difusión (constante que depende de la sustancia y del medio). 

·        Δc es la diferencia de concentración de la sustancia a través de la membrana. 

·        Δx es el grosor de la membrana. 

·        Si el grosor de la membrana aumenta, la velocidad de difusión de una sustancia disminuirá. Esto se debe a que, según la Ley de Fick, la velocidad de difusión es inversamente proporcional al grosor de la membrana. Por lo tanto, un aumento en el grosor de la membrana dificultará el paso de las moléculas de soluto a través de ella, lo que resultará en una disminución en la velocidad de difusión.

 

·        Respuestas correctas: a) La velocidad de difusión de una sustancia a través de la membrana es directamente proporcional a la diferencia de concentración a ambos lados de ella.  

·        b) Si el grosor de la membrana aumenta, entonces la velocidad de difusión de la sustancia a través de ella disminuirá.  

·        c) La velocidad de difusión de una sustancia a través de la membrana es directamente proporcional al área de la membrana. 

·        En matemáticas y física, dos variables son directamente proporcionales si, cuando una aumenta, la otra también aumenta, y viceversa. Por otro lado, dos variables son inversamente proporcionales si, cuando una aumenta, la otra disminuye, y viceversa. En el contexto de la Ley de Fick, esto significa que la velocidad de difusión aumenta cuando la diferencia de concentración aumenta (directamente proporcional) y disminuye cuando el grosor de la membrana aumenta (inversamente proporcional).