Mecanismos de Transporte Celular a Través de la Membrana

T.8: Transporte Celular

La célula necesita un continuo intercambio de sustancias con el exterior a través de la membrana plasmática. Toman del medio extracelular las moléculas necesarias e impiden el paso de sustancias no convenientes. A través de la membrana, la célula libera al exterior moléculas de catabolismo y productos de secreción.

La membrana plasmática actúa como una barrera semipermeable muy selectiva, dejando pasar a unas sustancias y a otras no, manteniendo así el medio interno constante.

Mecanismos de Transporte

El transporte de sustancias a través de la membrana plasmática se clasifica según el tamaño de las moléculas y la necesidad de energía.

Sustancias Pequeñas e Iones

• Transporte Pasivo: No necesita energía (a favor de gradientes). Incluye ósmosis, difusión simple y difusión facilitada (mediada por proteínas de canal o transportadoras).
• Transporte Activo: Necesita energía (en contra del gradiente).

Sustancias Grandes

Se transportan mediante mecanismos que implican la deformación de la membrana:

• Endocitosis (pinocitosis, fagocitosis, mediada por receptor).
• Exocitosis.

Transporte Sin Deformación de la Membrana

Este tipo de transporte se aplica a moléculas pequeñas e iones.

Transporte Pasivo

No precisa gasto energético. Son procesos espontáneos de difusión de sustancias a favor del gradiente, desde donde hay mayor concentración de sustancia a donde hay menor.

Los gradientes pueden ser:

• Gradiente Químico: Diferencia de concentración de sustancias.
• Gradiente Eléctrico: Diferencia de cargas eléctricas.
• Gradiente Electroquímico: Diferencia de concentración y de cargas eléctricas simultáneamente.

Hay dos tipos de transporte pasivo:

Difusión Simple

Paso de pequeñas moléculas a favor del gradiente de concentración, sin necesidad de energía. Ocurre con:

• Sustancias liposolubles (lipófilas-apolares).
• Oxígeno y nitrógeno.
• Sustancias químicas lipófilas (cloroformo, éter, benceno, hormonas esteroides), que pueden producir graves intoxicaciones.
• Moléculas polares de pequeño tamaño que no posean cargas (agua, urea, etanol, CO2, glicerina).

El proceso de difusión es más rápido cuanto mayor sea la diferencia de concentración, más lipófila sea la sustancia y cuanto menor sea el tamaño de la molécula.

Difusión Facilitada

Paso de sustancias a favor del gradiente de concentración y/o eléctrico, sin necesidad de energía.

Intervienen proteínas específicas:

• Proteínas de canal: Forman poros que permiten el paso de sustancias con carga, como iones pequeños (Na+, K+, Ca2+...). La apertura puede estar regulada por voltaje o ligandos (ej: hormonas).
• Proteínas transportadoras (permeasas): Son específicas para cada sustrato; introducen moléculas polares más grandes sin carga (glúcidos, aminoácidos, nucleótidos) a favor del gradiente de concentración.

Este proceso provoca un cambio conformacional reversible en la proteína transportadora.

Transporte Activo

Paso de sustancias en contra del gradiente de concentración (- [] a + []) o eléctrico. Se necesita energía (moléculas de ATP). Lo llevan a cabo proteínas transportadoras específicas (ATPasas), por ejemplo, la bomba sodio-potasio. Esta bombea 3 iones Na+ al exterior de la célula, aprovechando la energía de la hidrólisis de ATP, e introduce 2 iones K+ al interior.

Transporte Con Deformación de la Membrana

Este mecanismo se utiliza para transportar sustancias demasiado grandes.

Implica la formación de vesículas membranosas que engloban o liberan las estructuras.

Endocitosis

La célula introduce macromoléculas y microorganismos mediante la formación de vesículas membranosas que los engloban.

Exocitosis

Expulsión de macromoléculas y pequeños cuerpos mediante la fusión de la membrana de la vesícula que los contiene con la membrana plasmática.

Pinocitosis

Captura de líquidos y pequeñas moléculas disueltas del exterior. Se engloban formando pequeñas vesículas pinocíticas.

Fagocitosis

Determinadas células capturan partículas sólidas de gran tamaño mediante prolongaciones llamadas seudópodos. Engloban las partículas formando un fagosoma, al que se unen lisosomas originando una vacuola digestiva.

Endocitosis Mediada por Receptor

Se introducen hormonas, colesterol, proteínas, etc., uniéndose a proteínas receptoras específicas de la membrana plasmática. Después, los receptores se agrupan, la membrana se invagina y se forma una vesícula endocítica. Interviene la clatrina.

Digestión Celular: Orgánulos Implicados

Enzimas digestivas transforman moléculas grandes en pequeñas para que atraviesen la membrana y entren al citosol para incorporarse al metabolismo.

Dentro de la célula ocurre la digestión celular, de dos tipos:

Heterofagia

Digestión de sustancias del exterior. Células heterótrofas incorporan sustancias grandes por endocitosis; el fagosoma formado se fusiona con un lisosoma primario y se transforma en un lisosoma secundario o vacuola heterofágica.

Autofagia

Digestión de los propios orgánulos que no son funcionales. Estos se rodean de una envoltura originada por el Retículo Endoplasmático Liso (R.E.L.), se forma un autofagosoma y se fusiona con un lisosoma primario, transformándose en una vacuola autofágica.

Exocitosis y Vacuolas Fecales

Salida de moléculas o materiales de la célula mediante vesículas. En las células que realizan digestión intracelular, el lisosoma con sustancias no digeridas se transforma en una vacuola fecal que se fusiona con la membrana plasmática y se abre al exterior. También ocurre en el proceso de secreción de sustancias.

Comparación Célula Eucariota vs. Procariota