Objetivo 3. Transporte Celular

INSTITUTO UNIVERSITARIO DE OPTOMETRÍA BIOLOGÍA- SEMESTRE INTRODUCTORIO Prof. Marielba Velandia OBJETIVO 3 MEMBRANA CELULAR MECANISMOS DE TRANSPORTE CELULAR

La célula puede existir como entidad individual porque su membrana regula el pasaje de materiales hacia su exterior e interior. La membrana celular, o también llamada membrana plasmática solo mide de 7 a 9 nanómetros de espesor. Todas las membranas de la célula, incluso las que rodean a los diversos orgánulos, poseen esta misma estructura, pero existen diferencias en la composición de sus lípidos y, en particular, en la cantidad y tipo de proteínas y carbohidratos. Estas diferencias imparten a las membranas de distintos tipos de células y a los distintos orgánulos propiedades singulares que pueden correlacionarse con diferencias en la función de la membrana. La membrana celular no es fija, sino dinámica, pues es capaz de modificarse, y en ese proceso genera canales o poros y otras modificaciones que veremos después. Debido a dicha estructura fluida las moléculas pueden desplazarse a través de ella y así se establece una comunicación del citoplasma con el medio externo. El paso de sustancias por la membrana plasmática permite el intercambio entre el citoplasma y el ambiente exterior. Este paso es selectivo, esto es, la membrana selecciona las sustancias (moléculas) que han de pasar en uno u otro sentido.

Funciones de la membrana plasmática

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Regula el pasaje de sustancias hacia su exterior y viceversa:

La incorporación de nutrientes y la eliminación de deshechos, se hace en muchos casos atravesando la membrana plasmática. Este transporte es posible mediante la propia membrana. En otros casos, sobre todo en los de célula libre (organismos unicelulares) o cuando el tamaño de las partículas no permiten que pasen a través de la membrana, esta se deforma, englobando las partículas. En células animales que usan como alimento a nutrientes complejos, es necesario someterlo previamente a una transformación (digestión) para convertirlos en sustancias más simples que puedan atravesar la membrana celular.

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La membrana plasmática es capaz de detectar cambios del ambiente:

Las células responden a los estímulos de forma muy variada, pero la mayor parte responde con un movimiento o con la elaboración de algún producto (secreción). En ellos participa la membrana plasmática y el citoplasma. Los movimientos celulares pueden dar lugar al desplazamiento de toda la célula, es decir a su locomoción; o bien quedar reducidos a cambios de posición de algunas de sus partes. El tipo de movimiento originado puede ser muy variable: por emisión de pseudopodos, por cilios, por flagelos; incluso movimientos endocelulares que afectan al citoplasma celular.

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La membrana plasmática aísla y protege a la célula del medio externo:

En este caso actúa como una verdadera muralla, en algunos casos permitiendo o no que entren sustancias, esto va a determinar si la membrana es permeable (si deja pasar a las sustancias), impermeable (si no deja pasar sustancias) y semipermeable si es una combinación de ambas. Mecanismos de transporte 1.

TRANSPORTE PASIVO:

El transporte pasivo es el intercambio simple de moléculas de una sustancia a través de la membrana plasmática, en el cual no hay gasto de energía celular, ya que sólo requiere del movimiento de las moléculas de un medio de mayor concentración. El proceso celular pasivo se realiza mediante difusión y ósmosis. DIFUSIÓN  

Movimiento de una sustancia de una área de mayor concentración a una de menor concentración. Tiene lugar hasta que la concentración se iguala en todas las partes.

La difusión es el fenómeno en donde una sustancia que se encuentra concentrada en sector se difumina hacia otros sectores. Esto mismo pasa en las células. El agua, el oxígeno, el dióxido de carbono y algunas otras moléculas simples difunden con libertad a través de las membranas celulares. La difusión también es uno de los medios principales por los cuales las sustancias se desplazan dentro de la célula.

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La velocidad de difusión dependerá de: 1. La energía cinética (que depende de la temperatura). 2. El gradiente de concentración. 3. El tamaño de las moléculas. 4. La solubilidad de las moléculas en la porción hidrofóbica de la bicapa.

La Difusión puede ser:

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Difusión simple:Es el movimiento cinético de moléculas o iones a través de la membrana sin necesidad de proteínas. A favor del gradiente de concentración.

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Difusión facilitada: difusión mediada por un portador, porque la sustancia transportada de esta manera no puede atravesar la membrana sin una proteína portadora específica que le ayude. El transporte de las moléculas de glucosa en los eritrocitos es un buen ejemplo de difusión facilitada por transportador. Las moléculas que transportan glucosa son glucoproteínas. Se abre un canal dentro de la proteína misma (o entre varias subunidades de la misma cadena polipeptídica), que permite el paso de la molécula de glucosa para liberarla en el interior de la célula.

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ÖSMOSIS:

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Difusión de agua a través de una membrana que permite el flujo de agua, pero inhibe el movimiento de la mayoría de solutos.

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La presión osmótica es la presión necesaria para prevenir el movimiento del agua a través de una membrana semi-permeable que separa dos soluciones de diferentes concentraciones.

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Es una propiedad de tipo coligativa, (depende del número de partículas).

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No depende de la masa ni la carga de las moléculas.

Movimiento de moléculas y el medio ambiente:

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Soluto: Molécula que se disuelve en una solución Solvente: Sustancia capaz de disolver las moléculas de soluto (generalmente agua)

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Medio hipertónico: Mayor cantidad de moléculas de soluto fuera de la célula que dentro. Medio hipotónico: Menor cantidad de moléculas de soluto fuera de la célula que dentro. Medio isotónico: igual cantidad de moléculas de soluto fuera y dentro de la célula Comportamiento de la célula animal y la vegetal: CELULA ANIMAL

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Crenación: ocurre cuando la célula está expuesta a un ambiente hipertónico y se arruga al perder agua.

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Hemólisis: ocurre cuando la célula está expuesta a un ambiente hipotónico y explota al llenarse de agua CELULA VEGETAL

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Plasmolisis: ocurre cuando la célula está expuesta a un ambiente hipertónico y pierde agua. Se observan áreas blancas.

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Turgencia: ocurre cuando la célula está expuesta a un ambiente hipotónico y esta comienza a llenarse de agua, pero no explota porque la pared celular la protege.

2.

TRANSPORTE ACTIVO

Requiere un gasto de energía para transportar la molécula de un lado al otro de la membrana. Ocurre contra el gradiente de concentración. La célula utiliza ATP como fuente de energía. 

Es el transporte de sustancias muy concentradas en el interior celular como los aminoácidos y la glucosa, cuya energía requerida para el transporte deriva del gradiente de concentración de los iones sodio de la membrana celular. LA energía potencial del gradiente de Na+ fue obtenida previamente por la bomba de Na+ y K+

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Uno de los ejemplos más sorprendentes de los mecanismos de transporte activo es la bomba de sodio y potasio que se observa en todas las células animales. Esta bomba consta de una proteína específica, localizada en la membrana plasmática, que utiliza ATP para intercambiar iones de sodio del interior de la célula por iones de potasio de su exterior. El transporte activo de Na+ y K+ tiene una gran importancia fisiológica. De hecho todas las células animales gastan más del 30% del ATP que producen ( y las células nerviosas más del 70%) para bombear estos iones.

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Sistemas de cotransporte: Algunas proteínas de transporte actúan como transportadores acoplados, en los que la transferencia de un soluto depende de la transferencia simultánea o secuencial de un segundo soluto, ya sea en la misma dirección (transporte unidireccional o simporte) o en dirección opuesta (bidireccional o antiporte).

Ca2+ y H+ son exportados de la célula acoplados al importe energéticamente favorable de Na+.

3.

TRANSPORTE DE MACROMOLÉCULAS O PARTICULAS GRANDES:

En ocasiones también es necesario el desplazamiento de cantidades más grandes de material, de partículas de alimento, de macromoléculas o incluso de células completas, hacia afuera o adentro de una célula. Esto implica un gasto de energía por parte de la célula y en ocasiones conlleva también la fusión de membranas. Las células realizan dos procesos específicos para poder tomar y secretar sustancias a través de su membrana: la endocitosis y la exocitosis.

Endocitosis: La célula incorpora materiales hacia su interior. En los sistemas biológicos operan varios mecanismos endocitóticos. Por ejemplo, en la fagocitosis (literalmente "ingesta de células"), la célula ingiere partículas sólidas como bacterias o nutrientes. La fagocitosis es el mecanismo utilizado por protozoarios y leucocitos para ingerir partículas, incluso algunas tan grandes como una bacteria completa. En otro tipo de endocitosis, llamada pinocitosis ("bebido de células"), la célula incorpora materiales disueltos . Pinocitosis: En la pinocitosis la célula incorpora materiales disueltos. Algunos pliegues de la membrana plasmática engloban gotas de líquido, las cuales emergen en el citoplasma celular en forma de pequeñas vesículas. El contenido líquido de estas vesículas se libera lentamente en el citoplasma

celular y las vesículas van disminuyendo poco a poco de tamaño, hasta el punto en que parecen desvanecerse Exocitosis: Así como la célula introduce a su citoplasma sustancias que necesita, así también elimina las que ya no necesita. Y las descarga por procesos muy parecidos a los de introducción. Las sustancias de desecho se eliminan por exocitosis, que es el proceso opuesto a la endocitosis. Consiste en que la célula realiza un trabajo para descargar a su exterior tanto los lisosomas viejos y su contenido como partículas muy grandes y complejas de sustancias de desecho producidas por la célula. Cuando se trata de sustancias líquidas de desecho, la expulsión se lleva a cabo por pinocitosis inversa o emiositosis. En la exocitosis una célula expulsa productos de desecho o productos específicos de secreción (como hormonas o neurotransmisores), mediante la fusión de una vesícula con la membrana plasmática de la célula. La exocitosis consiste en la fusión de la membrana de la vesícula secretora con la membrana plasmática.