Grados de permeabilidad de las membranas de plasma en la difusión pasiva

Permeabilidad grados de membranas de plasma en difusión pasiva!

Las membranas de una célula pasan pequeños iones y moléculas a través de ellas. El paso de iones o moléculas puede ocurrir como difusión pasiva, o transporte activo que evoluciona el gasto de energía. En la difusión pasiva, las membranas se pueden clasificar de acuerdo con su grado de permeabilidad.

1. Impermeable :

Una membrana de este tipo no permite que nada pase a través de ella. Ciertos huevos de peces no fertilizados, como la trucha, son permeables solo a los gases; El agua etiquetada con deuterio no penetra el huevo.

2. Semipermeable :

Ninguna membrana celular de las células pertenece a esta categoría, tales membranas permiten que el agua y ciertos iones seleccionados y las moléculas de SMA pasen a través, pero prohíben otros iones, así como moléculas pequeñas y grandes.

3. Permeable selectivo :

La mayoría de las membranas de las células pertenecen a esta categoría. Dichas membranas permiten que el agua y ciertos iones seleccionados y pequeñas moléculas pasen a través, pero prohíben otros iones, así como moléculas pequeñas y grandes.

4. Diálisis de membranas :

Las células endoteliales y sus membranas basales de los capilares y nefronas pueden actuar como un dializador. De este modo, la presión hidrostática hace que las moléculas de agua y los cristaloides atraviesen la membrana bajando sus gradientes de concentración, al tiempo que restringen el paso de los coloides.

El transporte de sustancias a través de la membrana plasmática hacia el citoplasma de la célula se puede lograr mediante los siguientes métodos:

Ósmosis:

La ósmosis es un tipo especial de difusión que involucra el movimiento de agua u otras moléculas de solventes a través de una membrana semipermeable o diferencialmente permeable desde un área de alto potencial (solvente puro) a un área de bajo potencial (solución más concentrada).

La entrada de agua en la célula desde su medio se llama endosmosis; El proceso inverso en el que el agua sale de la célula se llama exosmosis. Las sales presentes en el citoplasma mantienen una presión osmótica. La célula siempre permanece en un medio líquido o fluido para el intercambio fisiológico de gases, nutrientes, etc. Este líquido generalmente se designa como fluido extracelular (ECF). En los protozoos y otros organismos inferiores es el agua. Dependiendo de la concentración, ECF puede ser.

(i) Solución isotónica :

Si la concentración de ECF en la que está presente la célula es similar a la del fluido intracelular de la célula, se conoce como solución isotónica. La forma de la célula permanece normal.

(ii) Solución hipotónica :

Si la concentración de ECF es menos concentrada que el fluido intracelular, se conoce como solución hipotónica. En dicha solución, la célula se hincha debido a que el agua llega a la célula por endosmosis.

(iii) Solución hipertónica :

Si la concentración de ECF es más alta que el líquido intracelular de la célula, la solución se llama solución hipertónica. En tal caso, el agua se difunde fuera de la célula por exosmosis. Como resultado, la célula experimenta plasmolisis.

Transporte pasivo:

El transporte pasivo es la difusión directa de agua, iones o moléculas de varias sustancias que se mueven a través de la membrana plasmática desde una región de mayor concentración hasta una baja concentración. El transporte de las moléculas se realiza a lo largo del gradiente de concentración, de modo que no se requiere energía para la difusión.

Difusión simple :

Según un gran número de evidencias, muchas sustancias se mueven a través de la membrana plasmática a una tasa de difusión libre que es directamente proporcional a su solubilidad en lípidos. Las moléculas de agua son una notable excepción a esta regla, ya que se difunden libremente a través de las membranas de manera regular y rápida.

Membrana plasmática que supuestamente contiene dos tipos de poros:

(i) Canales acuosos finos :

Estos están presentes a través de una proteína o entre proteínas integrales agrupadas. Estos poros son de 10 nm de diámetro y de naturaleza permanente. Estos se extienden a través de toda la bicapa lipídica. Estos poros actúan como aberturas valvulares. Algunos poros están cargados positivamente, otros son cargas negativas.

(ii) Poros estadísticos :

Estos poros son inestables. Siguen apareciendo y desapareciendo. Estos se forman como huecos en la bicapa lipídica altamente fluida. Estos se forman debido al movimiento térmico aleatorio de los fosfolípidos de membrana. Las sustancias pasan fácilmente a través de estos poros si son solubles en los lípidos (Overton). Es por eso que las sustancias hidrófobas de bajo y alto peso molecular pueden pasar a través de la membrana plasmática.

La velocidad relativa de difusión de las moléculas a través de la membrana depende del tamaño de las moléculas; gradiente de concentración a través de la membrana; y la solubilidad en lípidos o naturaleza hidrófoba de la molécula. Collander y Barlund en sus experimentos clásicos con células de plantas, Chara demostró que la velocidad a la que penetra el sustrato depende de su solubilidad en los lípidos y su tamaño de las moléculas.

La permeabilidad (P) de las moléculas a través de la membrana es representativa de una fórmula:

P = KD / t

Donde K es el coeficiente de partición; D es el coeficiente de difusión (depende del peso molecular) y t es el grosor de las membranas. El coeficiente de partición en las membranas celulares es similar al del aceite de oliva y el agua. El coeficiente de partición se puede medir mezclando el soluto con una mezcla de agua y aceite y su espera hasta que las fases se separen.

El coeficiente parcial (K) es la concentración de soluto en aceite, dividida por la concentración de soluto en fase acuosa. El coeficiente de difusión (D) se puede determinar utilizando solutos radioactivos y midiendo su tasa de entrada en el citoplasma a diversas concentraciones externas.

Difusión facilitada:

La difusión de una sustancia a través de una membrana siempre ocurre desde una región de mayor concentración en un lado a una región de menor concentración en el otro lado. Pero no siempre es así, ya que se han descubierto numerosos ejemplos en los que existe una permeasa proteica dentro de la membrana plasmática que facilita el proceso de difusión. Este mecanismo se llama difusión facilitada. Este proceso es más común en el movimiento de azúcares y aminoácidos.

La presencia de permeasa en la membrana ofrece un camino a través de la membrana que es una alternativa a la capa lipídica. La unión del soluto en la superficie externa de la membrana desencadenaría un cambio conformacional en la permeasa, exponiendo el soluto a la superficie interna de la membrana desde la cual puede difundirse en el citoplasma hasta su gradiente de concentración.

Las características de la difusión facilitada son:

(i) La velocidad de transporte de las moléculas a través de la membrana es mucho mayor que la esperada por simple difusión

(ii) Las permeas son muy específicas y cada una transporta solo un ión o molécula específica o un grupo de moléculas estrechamente relacionadas.

(iii) Con un aumento en el gradiente de concentración hay un aumento correspondiente en la tasa de transporte.

Como en el caso de las enzimas, las permeas que facilitan la difusión muestran cinéticas de tipo saturación. Si una sustancia (S) está inicialmente presente fuera de la membrana plasmática, su transporte dentro puede representarse mediante las siguientes ecuaciones:

S (out) + Permease Km = S-permease complex Vmax

Aquí S es el sustrato, Km es la constante de enlace para el sustrato a permeasa y Vmax es la velocidad máxima de transporte. Si, la concentración de S en el exterior es C, la tasa de transporte se puede calcular como:

V = Vmax / 1 + C / Km

Transporte activo:

La difusión de iones a través de las membranas es aún más difícil porque depende no solo del gradiente de concentración sino también del gradiente eléctrico presente en el sistema. Debido a que el transporte activo es un proceso que funciona en contra de un gradiente de concentración, no es sorprendente en equipo que requiera el gasto de energía.

El proceso implica el uso de moléculas portadoras dentro de la membrana celular propiamente dicha. Estas moléculas portadoras aparentemente se mueven hacia atrás y hacia adelante entre las superficies de la membrana celular interna y externa y recogen o liberan un ion particular que está siendo regulado. La energía requerida para este proceso se obtiene a partir del trifosfato de adenosina (ATP), que se produce principalmente por fosforilación oxidativa en las mitocondrias.

De la Tabla 2.1 que se muestra a continuación, es evidente que dentro de una célula hay una gran concentración de aniones no difusibles y que se establece un gradiente eléctrico a través de la membrana.

Tabla 2.1

Mostrando concentración iónica y potencial estable en el músculo

Donnan (1911) predijo que, si una célula que tiene una carga negativa no difusible en el interior se coloca en una solución de Cl ^-, K ⁺ se introducirá en la concentración de la célula y el gradiente eléctrico. Los iones Cl, por otro lado, serán impulsados ​​por el gradiente de concentración, pero serán rechazados por el gradiente eléctrico. Según Donnan, las concentraciones de equilibrio serán exactamente recíprocas.

(K ⁺ in) / (K ⁺ out) = (CI ^- out) / (CI ^- in)

La relación entre el gradiente de concentración y el potencial de membrana en reposo viene dada por la ecuación de Nernst.

E = RT en C ₁ / C ₂

Donde E se da en milivoltios, R es constante de gas universal y T es temperatura absoluta. Desde (i) y (ii) se puede expresar el equilibrio de Donnan para KC1

E = RT In (K ⁺ in) / (K ⁺ out) = RT In (C1 ^- out) / C1 ^- in)

Transporte activo de iones o bomba de sodio:

El soluto que se bombea más activamente en las células son los iones de potasio (K ⁺ ). Se cree que la fuerza impulsora para este transporte hacia el interior es un gradiente de sodio (Na ⁺ ) a través de la membrana, creado por el transporte activo del ion Na bombeado fuera del célula.

La concentración de iones (Na ⁺ ) fuera de la membrana se vuelve alta, mientras que la concentración interna se vuelve baja. La energía, requerida para bombear iones Na ⁺, es proporcionada por ATP. En presencia de ATPasa activada por Mg ⁺⁺, la molécula de ATP se hidroliza y se cree que la ATPasa se encuentra dentro de la membrana.

La bomba de Na ⁺ fue descubierta por Hodkin y Keynes (1955) y asociada a la hidrólisis de ATP in vitro por Skou (1957). Se han descrito dos mecanismos distintos de la bomba de Na ⁺ para las células animales. Estos son:

(i) Bomba de intercambio de sodio y potasio:

En tal bomba de Na ⁺, el bombeo hacia afuera de los iones de Na ⁺ está vinculado al transporte hacia el interior de los iones de К. Dado que Na ⁺ y K ⁺ se intercambian de forma obligatoria, el movimiento hacia afuera de Na ⁺ siempre está acompañado por un movimiento hacia adentro de K ⁺ . Tal bomba se produce en las células nerviosas y las células musculares.

(ii) Bomba electrógena de Na ⁺ :

En esta bomba no hay intercambio obligatorio de iones K ^{+ que se} mueven hacia adentro ^y iones Na ^{+ que se} mueven hacia afuera. En esta bomba se puede generar un gradiente de potencial electroquímico cuando la salida de iones Na ⁺ no se compensa con una entrada de K ⁺ .

Las células aeróbicas necesitan una alta concentración intracelular de iones K ⁺, independientemente de la concentración externa de Na y K ⁺ . La alta concentración de K ⁺ es lateral, la célula es necesaria para la síntesis de proteínas y la glucólisis. La alta concentración de K ⁺ en la célula debe equilibrarse con la pérdida de algunos cationes como el Na ⁺, de lo contrario, una inflamación excesiva causaría la explosión de la célula creando una condición de mayor presión osmótica interna.

El transporte activo de glucosa a las células es otra consecuencia de la acción de una bomba electrógena de Na ⁺ . La extrusión de Na ⁺ de la célula genera un gradiente de concentración interna baja y superior externa de Na ⁺ . El transporte activo de azúcar se realiza en condiciones en las que la concentración de Na ⁺ en el exterior se mantiene lo suficientemente alta como para crear un gradiente adecuado cuya energía lleva los metabolitos a la célula desde una solución externa de azúcar muy diluida. La acumulación de azúcares se compila a la extrusión de Na ⁺ y también es asistida por proteínas transportadoras específicas.

Translocación a través de la membrana :

Las proteínas portadoras ayudan a las moléculas hidrófilas a través de un grosor de membrana de 6 a 10 nm. Los metabolitos son considerablemente más pequeños que 6 nm, por lo que es importante saber cómo estas moléculas son translocadas a través de esta distancia relativamente grande por los portadores. Se han propuesto varias alternativas, pero dos se han estudiado más intensamente que las otras posibilidades.

Una hipótesis alternativa postula que el portador se une con la molécula hidrofílica y que entonces toda la proteína de transporte gira a través de la membrana y entrega su metabolito unido al otro lado. La segunda alternativa propone que el portador se fije en su lugar dentro de la membrana, y que la molécula portadora sufra un cambio conformacional que traslade el sitio de unión a través de la membrana y el metabolito unido junto con él al mismo tiempo.

Una vez que el metabolito ha sido translocado, el sitio de unión se libera y se restaura a su conformación original, listo para unirse a otra molécula hidrófila en otro evento de transporte. Esta segunda alternativa ha sido referida como el mecanismo de poro fijo. La primera alternativa se conoce como el mecanismo portador.