Membranas Celulares: Transporte Pasivo y Facilitado

Transporte a Través de las Membranas Celulares

• El transporte de sustancias a través de las membranas celulares puede ocurrir de tres maneras: transporte pasivo, transporte activo y transporte de moléculas grandes.
• El transporte de moléculas grandes puede ocurrir mediante endocitosis, exocitosis y transcitosis.

Transporte de Moléculas Pequeñas: Difusión Pasiva

• Es el mecanismo de transporte más simple.
• No necesita de la intervención de proteínas de transporte.
• El proceso ocurre sin gasto energético.
• Las sustancias se transportan a favor de un gradiente de concentración.

Transporte de Moléculas Pequeñas: Difusión Facilitada

• Se transportan sustancias a través de canales de proteínas.
• Las proteínas que intervienen en el proceso tienen un reconocimiento específico por la sustancia que transportan.
• El proceso ocurre hasta alcanzar la saturación, como sucede en los canales de iones, glutamato, amoniaco (NH3), agua, y glicerol.
• El proceso ocurre sin gasto energético, a favor de gradiente

Transporte Activo

• Las proteínas transportadoras permiten el paso específico de sustancias con hidrólisis de ATP
• Se realiza en contra de un gradiente, usando energía.
• Existen dos categorías:
• Uniporte: Transporta una sola molécula a la vez.
• Cotransporte: Transporta múltiples moléculas simultáneamente.

Gradientes Determinantes del Transporte

• En moléculas sin carga, la fuerza conductora es el gradiente de concentración.
• En moléculas con carga, el sentido del transporte lo marca el gradiente electroquímico.
• Si el gradiente de concentración favorece la salida, pero el potencial eléctrico actúa en sentido contrario, queda determinado por el gradiente electroquímico.

Proteínas de Membrana en el Transporte Pasivo

• Canales iónicos y poros son selectivos y pueden regularse por voltaje, por ligando o mecánicamente. Además, no se saturan.
• Porinas son más grandes que los canales, y permiten el paso de sustancias polares. Son selectivas, permanecen siempre abiertas e incluyen a las acuaporinas y maltoporinas. No se saturan.
• Los Carriers (Permerasas) son selectivos y la unión de la sustancia a transportar induce un cambio conformacional y la apertura al otro lado. Se saturan.

Transporte Activo por la Bomba de Sodio-Potasio

• Se realiza en contra del gradiente y cuesta energía.
• El bombeo de sodio (Na+) y potasio (K+) se asocia a la actividad ATPasa de la proteína transmembrana.
• Las concentraciones intra y extracelulares de algunos iones son diferentes.
• Es una de las mejor estudiadas.
• Otros ejemplos de bombas de iones son las de protones gastrointestinales (hidrógeno/potasio) y las de protones de los lisosomas.

Cotransporte Activo

• Los simportadores transportan glucosa y aminoácidos al interior de las células animales.
• Los simportadores se ligan a iones de sodio (Na+).
• Es un tipo de transporte activo secundario.

ATPasa de Sodio/Potasio

• No solo actúa como proteína transportadora, sino también como ATPasa.
• Representa el 30% del gasto de ATP en las células animales.
• El sodio (Na) exterior es un depósito importante de energía.
• La unión de sodio (Na) citosólico y la ulterior fosforilación determina que la bomba sufra un cambio conformacional que lo transfiere al otro lado de la membrana.
• La energía para el cambio conformacional la da la unión del fosfato de alta energía.
• La unión del potasio (K) y la liberación del fosfato de alta energía provocan el siguiente cambio conformacional.

Transporte Activo Secundario

• En esta modalidad la energía es facilitada por un gradiente electroquímico preestablecido mediante transporte activo primario permitiendo transportar el soluto deseado (ej. glucosa).

Simportadores Ligados al Sodio (Na+)

• Transporta glucosa en las células que revisten el intestino delgado.
• El movimiento favorable del ion Na+ (a favor de gradiente) hacia adentro se acopla al movimiento de la glucosa en contra de gradiente.
• Ambas moléculas, sodio (Na+) y glucosa deben moverse juntas en la misma dirección.
• La bomba de sodio (Na+)/potasio (K+) actúa para mantener baja la concentración de iones sodio (Na+) en el interior de la célula, sacando los iones al medio extracelular.

Absorción de Glucosa: Pared Intestinal

• El simportador Na+/glucosa dirige el proceso gracias al gradiente de concentración de Na+.
• El uniportador GluT2 facilita el transporte de glucosa a favor del gradiente.

Transporte de Moléculas Grandes: Endocitosis, Exocitosis y Transcitosis

• La endocitosis, exocitosis, pinocitosis y fagocitosis requieren vesículas recubiertas de clatrina.
• La clatrina es una proteína cuya función principal es recubrir las vesículas intracelulares.
• El monómero de clatrina está formado por 3 cadenas pesadas y 3 cadenas ligeras, que configuran una estructura denominada "trisquelión".
• Los trisqueliones se autoensamblan formando estructuras planas hexagonales para recubrir las vesículas.

Endocitosis

• Proceso por el cual la célula toma partículas o moléculas grandes del medio externo mediante invaginación de la membrana plasmática.
• Forma una vesícula que se incluye en el interior de la célula.
• Puede estar mediada por un receptor.
• El tamaño de las partículas va desde macromoléculas hasta células enteras.
• Pinocitosis: endocitosis de partículas muy pequeñas o líquido.

Exocitosis

• Expulsa sustancias intracelulares contenidas en vesículas (hormonas, enzimas, mucus...) y también puede eliminar sustancias de desecho.
• En el acercamiento de la vesícula a la membrana plasmática es importante la despolimerización del esqueleto submembranoso de actina, que de lo contrario actúa como barrera impidiendo el paso.
• El mecanismo exocitótico no es del todo bien conocido.
• La secreción puede ser constitutiva, donde siempre retiene un nuevo lugar, o regulada, donde el efecto solo surge por algún estímulo.

Usos de la Exocitosis

• Secreción de proteínas como enzimas, hormonas peptídicas y anticuerpos.
• Reposición de la membrana plasmática.
• Presentación de antígenos durante la respuesta inmune.
• Reciclaje de receptores unidos a la membrana plasmática.
• Colocación de proteínas integrales de membrana.
• Funcionamiento del acrosoma durante la fertilización.
• Liberación de neurotransmisores de neuronas presinápticas.

Transcitosis

• Ocurre cuando una sustancia atraviesa todo el citoplasma (células endoteliales de capilares sanguíneos); la vesícula se transporta sin modificar su contenido.
• Esto supone una endocitosis seguida de una exocitosis.

Endocitosis en Células Endoteliales: Caveolas

• Son pequeñas depresiones (50-100 nm) que se forman en la superficie celular y captan de forma selectiva moléculas mediante endocitosis.
• No están recubiertas de clatrina, y no se fusionan con lisosomas.

Caveolinas

• Son otro tipo de agrupaciones en las membranas, compuestas por colesterol, esfingolípidos y proteínas caveolinas.
• Están implicadas en procesos de formación de vesículas y plegamientos de la membrana citoplasmática.
• Son características de endotelio, también en músculo y adipocitos.
• Consisten de proteínas integrales de membrana de 22KDa. con función específica en tejido.
• Están palmitoiladas en el C-terminal, por donde se unen a la membrana y dimerizan.

Endocitosis Mediada por Receptor

• Las sustancias específicas son captadas por un receptor específico y transportadas al interior celular.

Fagocitosis.

• Sirve para degradar grandes partículas, como microorganismos o restos celulares.
• Las funciones de la fagocitosis son:
• Nutrición en organismos unicelulares.
• Protección frente a invasores (macrófagos y neutrófilos)
• Eliminación de células dañadas y sustancias de desecho