Principios del transporte de sustancias a través de la membrana plasmática
La membrana plasmática no es un aislante absoluto y posee la propiedad de semipermeabilidad selectiva. El transporte de compuestos se clasifica según dos criterios básicos: el tamaño de las partículas transportadas y el gasto energético.
- Según el tamaño de las partículas:
- Moléculas pequeñas e iones pasan directamente a través de las estructuras de la membrana (mediante transporte pasivo o activo).
- Macromoléculas y partículas grandes se transportan dentro de vesículas de membrana especializadas mediante endocitosis y exocitosis.
- La velocidad de desplazamiento es inversamente proporcional al tamaño de la molécula: las partículas grandes se transportan más lentamente.
- Según el gasto energético:
- El transporte pasivo se produce sin utilizar energía de ATP a lo largo del gradiente de concentración (o del gradiente electroquímico total).
- El transporte activo requiere la hidrólisis de ATP y la participación de proteínas transportadoras (bombas) para mover los compuestos en contra de sus gradientes.
Fuga de iones y aparición del potencial de membrana
En una célula en reposo, la membrana se encuentra en estado polarizado y la magnitud del potencial de membrana oscila entre -70 y -90 mV.
A través de canales de fuga especializados, los iones se desplazan continuamente según sus gradientes electroquímicos:
- La permeabilidad de estos canales es significativamente mayor para el potasio que para el sodio.
- El sodio penetra lentamente en el interior de la célula según su gradiente de concentración, alterando el equilibrio eléctrico, lo que estimula una salida adicional de potasio al exterior.
- La fuerza impulsora para las moléculas no cargadas es únicamente el gradiente de concentración, mientras que para los iones es el gradiente electroquímico, que combina la diferencia de potencial y la diferencia de concentración.
La fuga pasiva constante tiende a disminuir los gradientes de concentración y eléctricos, lo que sin mecanismos compensatorios provocaría la desaparición del potencial de membrana en tan solo unos minutos.
Función de las bombas de sodio-potasio en el mantenimiento de la homeostasis
Para evitar la igualación de concentraciones y la muerte celular, funcionan las bombas de sodio-potasio, que realizan el transporte activo primario.
| Parámetro | Transporte pasivo (canales de fuga) | Transporte activo (bombas) |
|---|---|---|
| Gasto energético | Sin consumo de ATP | Requiere consumo de energía de ATP |
| Dirección del transporte | A favor del gradiente electroquímico | En contra del gradiente de concentración |
| Transporte de Na⁺ | Hacia el interior de la célula (lentamente) | Hacia el exterior de la célula |
| Transporte de K⁺ | Hacia el exterior de la célula (rápidamente) | Hacia el interior de la célula |
Las bombas devuelven el potasio al interior de la célula y eliminan el sodio hacia el exterior. Esto garantiza:
- El mantenimiento de un pH intracelular estable;
- La conservación de una concentración constante de iones para el correcto funcionamiento de las enzimas intracelulares;
- La regulación de la entrada de nutrientes y la preservación de la viabilidad celular.
«El Kasio tiende a Kasa (la bomba lo bombea hacia dentro), y el Natrio se echa Na fuera».
Preguntas de clases y exámenes
¿Por qué el potencial de reposo no alcanza el valor exacto del potencial de equilibrio del potasio?
Debido a la fuga concomitante constante de sodio hacia el interior de la célula, el potencial de membrana en reposo se aproxima al equilibrio del potasio (-70...-90 mV), pero no coincide exactamente con él. El nivel final del potencial está determinado por la relación entre el número de canales de fuga abiertos y las bombas de sodio-potasio en funcionamiento.
¿Qué le ocurriría a la célula si cesara el funcionamiento de las bombas de sodio-potasio?
La fuga de iones a través de los canales pasivos igualará en pocos minutos las concentraciones de potasio y sodio dentro y fuera de la célula. Esto conducirá a la desaparición total del potencial de membrana, el cese de la generación de potenciales de acción, la alteración de la función enzimática y la subsiguiente destrucción celular.
¿Qué determina la fuerza impulsora del transporte pasivo para los iones?
A diferencia de las moléculas no cargadas, cuyo movimiento depende únicamente de la diferencia de concentración, para los iones la fuerza impulsora es el gradiente electroquímico: la suma del gradiente de concentración y la diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana.
Qué más repasar sobre el tema
- Gradiente electroquímico: naturaleza física de la suma de las fuerzas eléctricas y de concentración
- Endocitosis y exocitosis: mecanismos de transporte vesicular de macromoléculas
- Diferencias biofísicas en la estructura de los canales de fuga de potasio y sodio
- Dinámica de las corrientes iónicas durante la generación del potencial de acción (en el rango de milisegundos)
- Balance energético celular: cálculo de la proporción de ATP destinada al metabolismo basal y al transporte de membrana
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