A) Captura e ingestión de nutrientes

Hay que diferenciar la absorción y transporte de pequeñas moléculas e iones a través de la membrana (permeabilidad celular) de la ingestión de macromoléculas y partículas más o menos grandes (endocitosis).

-Permeabilidad celular: difusión y transporte

Las membranas celulares son selectivamente permeables o semipermeables, pues permiten el paso de determinadas moléculas o iones y restringen el de otros:

 Algunas moléculas no polares de pequeño tamaño (como el oxígeno y el nitrógeno molecular), moléculas polares sin carga (como el agua o el dióxido de carbono) o solubles en lípidos (ácidos grasos y alcoholes) pueden atravesar la membrana libremente.

 Las moléculas con carga, como los ácidos orgánicos, aminoácidos y otros iones (H+, Na+, Cl, K+, etc.), no pueden atravesar la membrana y tienen que utilizar proteínas de transporte específicas.

En relación con el gasto energético que las proteínas transportadoras que se encuentran en la membrana requieren para cumplir su función, se distinguen dos tipos principales de transporte: transporte pasivo y transporte activo.

 Ósmosis.- Las membranas celulares se comportan como membranas semipermeables (dejan pasar el agua y no los solutos). Estas tienden a mantener en equilibrio la presión osmótica del líquido intracelular con la del líquido extracelular; de manera, que cuando las células están en un medio isotónico no hay traspaso de líquido entre la célula y el medio externo. Mediante este mecanismo de ósmosis la célula puede captar agua.

Si la célula se encuentra en un medio hipotónico (baja con concentración)
, ésta toma agua y se hincha llamándose este fenómeno turgencia, dándose eventualmente la rotura de la célula. Cuando, por el contrario, la célula está en un medio hipertónico ésta pierde líquido, denominándose el fenómeno plasmólisis.

 Transporte pasivo

Difusión simple. Las sustancias de pequeño tamaño y solubles en lípidos, tales como ciertos gases no polares (CO2 y O2), moléculas polares pero sin carga como el agua, el etanol y la urea, atraviesan la membrana mediante difusión. Mediante este mecanismo las sustancias pasan a través de la membrana a favor de un gradiente de concentración, eléctrico o electroquímico y sin gasto energético. La velocidad de paso depende de la diferencia de concentración que exista a un lado y otro de la membrana para una determinada sustancia (a mayor diferencia de concentración mayor velocidad de paso).

Determinadas proteínas de membrana llamadas proteínas de canal, forman “canales acuosos” que permiten el paso de sustancias con carga eléctrica, incluyendo pequeños iones a favor de gradiente de concentración. Las proteínas de canal forman poros hidrofílicos que atraviesan la membrana, permitiendo el paso de determinados solutos, casi siempre iones inorgánicos (Na+, K+, Cl-, Ca++), por lo que también se denominan canales iónicos. Pero el flujo «cuesta abajo» o a favor de gradiente electroquímico de estos iones no puede permanecer siempre abierto. Al contrario, los canales tienen la capacidad de regular el flujo abriendo o cerrando la «compuerta», en respuesta a estímulos específicos. Algunos se abren por la interacción de una molécula señal o ligando (canales regulados por ligando); otros se abren en respuesta a un cambio en el potencial de membrana (canales regulados por voltaje). Estos últimos son los principales responsables de la excitabilidad eléctrica de las células nerviosas y musculares.

Difusión facilitada. Se efectúa mediante proteínas transportadoras capaces de transportar moléculas polares (azúcares aminoácidos, nucleótidos, etc.) o iones. Las fuerzas que impulsa el paso de sustancias a través de la membrana, en este caso, es la diferencia de concentración de las mismas a ambos lados de ésta, es decir se hace a favor de un gradiente de concentración. Se realiza sin gasto energético, pero ayudado por la presencia de las enzimas de membrana, denominadas permeasas, que se unen al sustrato y atraviesan dicha membrana, depositando el sustrato al otro lado.

La velocidad de transporte depende, como en el caso anterior, de la diferencia de concentraciones a ambos lados de la membrana.

Parece que existe una especificidad entre la proteína transportadora o permeasa y el sustrato que se une a ella. Se unen al soluto que va a ser transportado, y lo transfieren a través de la membrana, probablemente mediante un cambio conformacional reversible que alternativamente expone el lugar de unión al soluto a una cara de la membrana y luego a la otra (modelo «ping_pong»). Existen muchos transportadores ya que cada transportador se ocupa específicamente de transportar una determinada molécula o ion, mediante una relación similar a la de la enzima y su sustrato.

 Transporte activo. Mediante éste atraviesan la membrana sustancias de alto peso molecular en contra de un gradiente de concentración, es decir, hacia el lugar de mayor concentración, por lo que supone la realización de un trabajo; esto se traduce en un gasto de energía para la célula en forma de ATP.

En este mecanismo intervienen, igual que en el anterior, proteínas de membrana (permeasas), especificas para cada sustancia que transportan.El sustrato se une al enzima transportador (que está cargado de energía) formando el complejo permeasa-sustrato (P-S) que atraviesa la membrana; posteriormente, el sustrato (S) se libera al otro lado de la membrana, quedando el enzima transportador (P) descargado de energía, la que recuperará nuevamente por acoplamiento a un sistema ATP  ADP + P.