Para entender el transporte en la membrana plasmática es importante resaltar que en su mayoría, las sustancias mantienen una directa relación entre la capacidad de solubilidad en los lípidos y su aptitud de lograr penetrar en las células.
Incluso se conoce que por lo general, aquellos compuestos que se consideren hidrofóbicos, es decir, solubles en lípidos como es el caso de los ácidos grasos, hormonas esteroides y anestésicos entran fácilmente la membrana.
En cambio cuando se habla de las sustancias hidrofílicas, que son insoluble en los lípidos, estas ingresan por la membrana plasmática con más dificultad, ya que depende mucho del tamaño de la molécula y de su composición química.
Además la distribución molecular posibilita que la sustancia se traslade a través de diferentes mecanismos como el transporte activo y la difusión facilitada.
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Permeabilidad en la membrana plasmática
La membrana plasmática es altamente permeable al agua, por lo tanto cuando se experimenta con ambientarlas en una solución hipotónica (menor concentración de soluto en el medio exterior en relación al medio interior de la célula), las células incrementan en volumen a causa del ingreso del agua.
Si este aumento es muy fuerte, la membrana se rompe y el contenido en su interior se desborda provocando un fenómeno que se conoce como lisis celular.
Pero cuando se disponen en cambio en condiciones hipertónicas (mayor concentración en el medio externo en relación al medio interno) las células merman su volumen ya que existe una salida de agua. Estas circunstancias producen en la célula un cambio de forma por el estado de hidratación de los coloides celulares.
Sin embargo en la membrana plasmática se encuentran las soluciones isotónicas, que se dan cuando tanto el volumen como la forma de la célula no cambian. Por ejemplo en las células vegetales ocurre un proceso parecido al que se observa en las células de los animales, pero los efectos son diferentes debido a la pared de la celulosa.
Por ende en condición hipertónica las células vegetales pierden agua y reducen de volumen, lo que genera que se separe el citoplasma de la pared celular (estructura rígida), fenómeno que se le denomina como plasmólisis.
También en el caso de encontrarse un medio hipotónico, ocurre un aumento en el volumen de las células vegetales pero no se desprende por la pared de celulosa, debido a que la misma limita el aumento del volumen celular y lo conserva dentro de un margen que no supere la resistencia de la membrana plasmática.
Como se mencionó anteriormente, la membrana plasmática es bastante permeable al agua y a ciertas sustancias hidrófilas e insolubles en lípidos, tales como la urea y el glicerol, debido a moléculas proteicas que se encuentran ubicadas en el espesor de la membrana, atravesándola.
Estas proteínas de transmembrana forman poros que trabajan como vías hidrofílicas por las que transitan muchos iones y moléculas que no pueden penetrar la barrera lipídica.
Tipos de transporte de la membrana plasmática
Difusión pasiva
Muchas moléculas utilizan el proceso de difusión pasiva como método de entrada y salida en la célula, que se da cuando la distribución de soluto se encuentra uniforme en todos los puntos del disolvente, y así entonces el soluto entra en la célula al haber una menor concentración en el interior que en el medio exterior, y de manera contraria sale de ella.
Cabe agregar que la fuerza que empuja, sea cual sea el sentido, es la agitación térmica de las moléculas del soluto. De modo que esta difusión trabaja a favor del gradiente y así no desaprovecha energía.
Transporte activo
Este es otro proceso de pasaje que ocurre en la membrana plasmática donde se presenta un consumo de energía, administrada por el ATP, y la sustancia viaja de una zona de baja concentración a otro de alta concentración.
Esto genera que el soluto en difusión activa se lleve contra un gradiente tanto químico (solutos no electrolitos) como eléctrico cuando se ioniza el soluto.
Lo mencionado se puede fácilmente ejemplarizar cuando la célula transporta iones de sodio (Na+) del citoplasma (concentración baja) al medio exterior (concentración alta), donde debe ganarle la pelea a la barrera química.
Esta se entiende como una alta concentración de iones de sodio en conjunto a la barrera eléctrica, resultando en una suma de cargas positivas de iones que complican la entrada de nuevos iones positivo al medio extracelular.
Difusión facilitada
En la membrana plasmática, sustancias como la glucosa y algunos aminoácidos ingresan a las células por medio de difusión facilitada, que adquiere dicho nombre por ejecutarse sin gastar energía. En este proceso la difusión ocurre a favor de un gradiente pero la diferencia con la difusión pasiva es que sucede a una velocidad más alta.
Es importante señalar que la velocidad con la que se produce la difusión facilitada es estereoespecífica, por lo que los compuestos isómeros acceden a velocidades muy diferentes.
Además la velocidad de la difusión facilitada no es considerada proporcional a la concentración de soluto, a no ser que haya condiciones de concentraciones muy bajas. Por ende cuando va aumentando paulatinamente la concentración de la molécula penetrante, se alcanza un nivel de saturación máximo que provoca que la velocidad de penetración no aumente más.
Por eso al momento que se da la penetración facilitada, la sustancia penetrante se juntan con una molécula transportadora (localizada en la membrana plasmática) y así, cuando todas están ocupadas la velocidad no incrementa.
Transporte por gradientes iónicos
Cuando se habla de este tipo de transporte, se quiere decir que la célula utiliza la energía potencial de los gradientes de iones (por lo general Na+, K+ e H+) para trasladar moléculas e iones a través de la membrana plasmática.
Esto se puede ver muy reflejado en el intestino delgado pues la ingestión de alimentos lleva glucosa al lumen por donde es absorbida por las células epiteliales para llegar al torrente sanguíneo.
Por consiguiente, la penetración de glucosa que se realiza aquí responde coordinadamente con la penetración de Na+, por lo que es un cotransporte ejecutado con el uso de energía que proviene del gradiente de Na+.
Por lo general a concentración de Na+ en el citoplasma de las células es baja por la actividad de las moléculas proteicas que bombea Na+ fuera de las células.
Así pues la energía que se genera por el movimiento de los iones de Na+ es implementada por las células para proceder un cotransporte de glucosa hacia adentro de la célula y contra el gradiente de la glucosa.
Esto conlleva a que los iones de Na+ se introduzcan en las celular epiteliales a favor del gradiente de concentración, suministrando energía para impulsar a las moléculas de glucosa en contra del gradiente.
Cabe destacar que este tipo de cotransporte, donde hay un movimiento de los iones y las moléculas en la misma dirección, se le llama simporte y permite que la proteína transportadora capture tanto glucosa como Na+ en el medio extracelular.
Existe otro tipo de cotransporte, lo cual puede encontrarse que el ion que provee la energía y la molécula que es transportada se mueven en direcciones contrarias, lo que genera un proceso de antiporte. En este caso, cuando el ión proveedor de energía se activa hacia el citoplasma, la molécula transportada pasa fuera de la célula y al revés.
Transporte en cantidad de la membrana plasmática
Así como los iones y moléculas pueden pasar la membrana plasmática e ingresar o salir del citoplasma, las células también son capaces de trasladar en su interior, en bloque, grupos de macromoléculas (proteínas, polisacáridos, polinucleótidos) y también en partículas tales como bacterias y otros microorganismos.
Cabe mencionar que este transporte depende mucho de los posibles cambios morfológicos que se den en la superficie celular, pues sucede que se forman pliegues que engloban el material para ser introducido en la célula.
Fagocitosis
Aquí la célula ya con una fuerte formación de seudópodos, pasa por un proceso que le permite englobar en su citoplasma partículas sólidas, que gracias a las dimensiones con las que cuenta, son visibles en un microscopio óptico. Por lo tanto la fagocitosis es muy fácil de observar en el estudio de células vivas.
Su resultado se manifiesta cuando la partícula se adhiere a receptores específicos de la membrana plasmática, que son capaces de desatar una respuesta en la que colabora el citoesqueleto.
Por lo general en los animales suele ser implementado como mecanismo de defensa, mientras que en organismos como los protozoarios, es un proceso de alimentación.
Pinocitosis
Se entiende como pinocitosis al tipo de endocitosis que atrapa activamente macromoléculas en solución, considerando que su nombre viene por el englobamiento de las gotas liquidas que se ve en las células.
Por ende sucede que dicha células difunden ciertas prolongaciones citoplasmáticas, bien delgadas, que encierran pequeñas gotas del medio de cultivo en vesículas.
Comúnmente en el proceso ocurre la invaginación de un área determinada de la membrana plasmática que da como efecto la creación de diminutas vesículas que son llevadas por el citoesqueleto para entrar en el citoplasma.
En el interior de estas uniformes vesículas se trasladan líquidos, por lo que en ocasiones adquieren funciones que las definen como transportadoras.
Cuando la pinocitosis no se considera del todo selectiva, es porque las vesículas envuelven todos los solutos que están presentes en el fluido extracelular. Sin embargo la mayoría del tiempo, este proceso se considera bastante selectivo pues predomina en muchas células.
Este último se suele desarrollar en dos etapas, donde al inicio la sustancia que será ingresada se liga a receptores de la superficie celular, para que luego la membrana plasmática sumerja y así el material acoplado en ella pase a una vesícula. De modo que si esta situación ocurre, la superficie celular pasa por un desprendimiento e ingresa al citoplasma.
Para cerrar este punto, es importante decir que la pinocitosis solo existe en lugares específicos de la membrana en los que hay receptores para las moléculas de transferrina, que es una proteína plasmática transportadora de hierro que se usa para la síntesis de hemoglobina.
Tomando esto en cuenta, se puede decir que la pinocitosis tiene la ventaja de facilitar la incorporación al citoplasma de grandes cantidades de un tipo de molécula, sin la introducción concurrente de mucha agua.
Reciclaje de la membrana plasmática
Existen grandes cantidades de membrana plasmática que se meten en el citosol, sin la necesidad de producir una contracción en la membrana, sin disminuir el volumen de la célula y sin la realización de una síntesis de nuevas moléculas para restablecer la membrana eliminada.
Por ende la cantidad de membrana que se retira de la superficie celular, por los procesos de fagocitosis y pinocitosis es recompensada por la devolución de membrana de las vesículas de secreción, y por el regreso de membrana de las vesículas de pinocitosis luego de que están liberan sus cargas en los endosomas.
Con esto entonces se crea en las células un flujo constante de membranas, entre la membrana plasmática y la membrana de las vesículas de fagocitosis, pinocitosis y de secreción con la capacidad de pertenecer del mismo tamaño, no solo por la síntesis de la nueva membrana plasmática sino también por el reembolso de la membrana retirada.
Adhesión entre células de transmembranas
Se ha mencionado que las células tienen la capacidad de reconocerse y enlazarse entre sí, así como adherirse a la matriz extracelular, lo cual es una propiedad fundamental en los mecanismos de desarrollo y en el establecimiento y mantenimiento de la estructura de los tejidos.
Por lo tanto, las encargadas de esta adhesión son las glicoproteínas de la membrana, las cuales se les suele llamar como CAM (cell adhesión molecules).
Estas son receptores de la superficie que se especializan en reconocer a otras células y unirse a ellas para formar tejidos. Por lo general las células reacciona a esta unión CAM con modificación del comportamiento.
Para finalizar hay que mencionar que todas las CAM son glicoproteínas integrales de transmembrana, es decir, con un extremo de la molécula exhibido en la superficie celular y el otro extremo produciendo una protuberancia del lado citoplasmático de la membrana.
