Transporte a Través de Membranas Biológicas: Transporte Activo y Pasivo

El transporte de sustancias de baja masa molecular a través de las membranas biológicas se realiza mediante dos mecanismos principales: transporte activo y transporte pasivo.

Transporte Pasivo

El transporte pasivo se efectúa a favor de gradiente y, por lo tanto, no requiere consumo de energía. Existen dos tipos:

• Difusión simple: Permite el paso de sustancias solubles en la membrana, como O₂, CO₂, etanol y urea. Estas moléculas, sin carga o con carga neta cero, se deslizan entre los fosfolípidos. Las proteínas canal forman «canales acuosos» que facilitan el paso de sustancias con carga eléctrica, incluyendo iones pequeños, a favor del gradiente de concentración.
• Difusión facilitada: Transporta moléculas polares como glúcidos, nucleótidos y aminoácidos. Este proceso siempre ocurre a favor de un gradiente electroquímico (en el caso de los iones) y se lleva a cabo mediante proteínas transportadoras o «carriers». Estas proteínas se unen a la molécula transportada y sufren cambios conformacionales que permiten su transferencia a través de la membrana.

Transporte Activo

El transporte activo se realiza en contra de gradiente (de concentración, presión osmótica o eléctrico) e implica un consumo de energía. Se lleva a cabo mediante proteínas especializadas llamadas bombas, como la bomba de sodio-potasio.

Bomba de Sodio-Potasio

• La bomba de sodio-potasio es crucial en este tipo de transporte. La mayoría de las células animales mantienen una alta concentración interna de iones K⁺ y una baja concentración de Na⁺, mientras que el medio extracelular presenta la situación inversa.
• Estas diferencias de concentración se deben a la bomba de sodio-potasio, que bombea simultáneamente tres iones Na⁺ hacia el exterior y dos iones K⁺ hacia el interior, en contra del gradiente de concentración. Este proceso requiere la energía liberada por la hidrólisis del ATP. La bomba también posee actividad enzimática ATPasa.
• Estructuralmente, la bomba es un tetrámero con dos subunidades: una subunidad grande (α) encargada del transporte y una subunidad pequeña (β), una glucoproteína, que mantiene la bomba unida a la membrana.
• La bomba es responsable de mantener el potencial de membrana (la diferencia de carga eléctrica entre ambos lados de la membrana) y el volumen celular. También interviene en otros sistemas de transporte, ya que puede transportar glucosa y aminoácidos desde el exterior al interior en algunas células.

Diferenciaciones de la Membrana Plasmática: Uniones Celulares

La membrana plasmática presenta diferenciaciones que permiten la asociación y las relaciones entre células de un mismo tejido. Existen tres tipos principales:

• Uniones comunicantes
• Uniones estrechas
• Uniones adherentes o desmosomas

Uniones Comunicantes

En estas uniones, un pequeño espacio intercelular (aproximadamente 30 nm) separa las membranas celulares, permitiendo el paso de pequeñas moléculas entre células adyacentes. Hay dos tipos:

• Sinapsis químicas: Ocurren entre dos neuronas separadas por una hendidura sináptica. La neurona presináptica libera un neurotransmisor (señal química) mediante exocitosis, que se difunde a través de la hendidura hasta la membrana de la neurona postsináptica.
• Uniones en hendidura o de tipo gap: Una hendidura más ancha permite el paso de moléculas relativamente grandes. La unión se realiza mediante conexones, estructuras cilíndricas transmembranales formadas por seis moléculas de conexina. Estos conexones (6 nm de diámetro) tienen un canal acuoso central (2 nm) que comunica los citoplasmas de ambas células, permitiendo el paso de iones y pequeñas moléculas hidrosolubles, estableciendo una cooperación metabólica. Son frecuentes en las células musculares lisas del miometrio uterino.

Uniones Estrechas

Estas uniones impiden el paso de moléculas entre las células, ya que el contacto entre las membranas de células adyacentes obtura completamente el espacio intercelular. También se denominan uniones herméticas o íntimas. Son comunes en células endoteliales de vasos sanguíneos, enterocitos y hepatocitos.

Las membranas se mantienen unidas mediante la unión, tipo cremallera, de proteínas transmembrana como la cadherina, la cingulina y las ZO (zona occludens), que interactúan con los microfilamentos de actina de los citoesqueletos.

Células del sistema inmunológico pueden atravesar estas uniones mediante señales específicas que las abren, permitiendo su paso a tejidos inflamados.

Uniones Adherentes o Desmosomas

Estas uniones mantienen unidas mecánicamente a las células, permitiendo que el conjunto funcione como una unidad estructural. Se encuentran en tejidos sometidos a tensiones mecánicas, como el músculo cardíaco, el cuello del útero y el epitelio cutáneo.

Las membranas se acercan sin fusionarse, dejando un espacio intercelular (25-40 nm) con material poco denso. La estructura general de estas uniones implica:

• Una proteína transmembrana (cadherina en uniones célula-célula, integrina en uniones célula-matriz).
• Proteínas de unión que conectan las proteínas transmembrana con el citoesqueleto (microfilamentos o filamentos intermedios).

Existen tres tipos de desmosomas: en banda (zónulas adherentes), hemidesmosomas y desmosomas puntiformes.