La diferencia entre la ósmosis y el transporte activo

Una célula tiene muchos requisitos para crecer y replicar, e incluso las células que no están creciendo o replicando activamente requieren nutrientes del medio ambiente para funcionar. Muchos de los requisitos de la célula son moléculas que se pueden encontrar fuera de la célula, como agua, azúcares, vitaminas y proteínas.

La membrana celular tiene importantes funciones protectoras y estructurales, y actúa para mantener el contenido celular separado del entorno exterior. La bicapa lipídica de la membrana celular está compuesta de fosfolípidos, que tienen colas hidrofóbicas (soluble en aceite, "temerente de agua") que forman una barrera para muchos solutos y moléculas en el medio ambiente. Esta característica de la membrana celular permite que el entorno interno celular difiera del entorno externo, pero también actúa como una barrera importante para absorber ciertas moléculas del medio ambiente y expulsar los desechos.

Sin embargo, la bicapa lipídica no plantea un problema para todas las moléculas. Las moléculas hidrofóbicas (o de aceite solubles) no polares pueden difundirse libremente a través de la membrana celular sin obstáculos. Esta clase de moléculas incluye gases como oxígeno (O2), dióxido de carbono (CO2) y óxido nítrico (NO). Las moléculas orgánicas hidrofóbicas más grandes también pueden pasar a través de la membrana plasmática, incluidas ciertas hormonas (como el estrógeno) y las vitaminas (como la vitamina D). Las moléculas polares pequeñas (incluido el agua) están parcialmente obstaculizadas por la bicapa lipídica, pero aún pueden pasar por.

Para las moléculas que pueden pasar libremente a través de la membrana de la célula, ya sea que viajen dentro o fuera de la célula dependan de su concentración. Se llama la tendencia de las moléculas de moverse de acuerdo con su gradiente de concentración (es decir, desde una concentración más alta hasta una concentración más baja) difusión. Esto significa que las moléculas fluirán fuera de la célula si hay más dentro de la célula que fuera. Del mismo modo, si hay más fuera de la célula, las moléculas fluirán hacia la célula hasta que se cumpla un equilibrio. Por ejemplo, considere una célula muscular. Durante el ejercicio, la célula convierte O2 en CO2. A medida que la sangre oxigenada ingresa al músculo, O2 viaja desde donde la concentración es más alta (en la sangre) hasta donde es más baja (en las células musculares). Al mismo tiempo, el CO2 sale de las células musculares (donde es más alta) a la sangre (donde es más bajo). La difusión no requiere gastos de energía. La difusión del agua recibe un nombre especial, ósmosis.

Para moléculas polares más grandes y cualquier molécula cargada, entrar y abandonar la célula es más difícil ya que no pueden pasar a través de la bicapa lipídica. Esta clase de moléculas incluye iones, azúcares, aminoácidos (los componentes básicos de las proteínas) y muchas más cosas que la célula necesita para sobrevivir y funcionar. Para solucionar este problema, la célula tiene proteínas de transporte que permiten que estas moléculas se muevan dentro y fuera de la célula. Estas proteínas de transporte representan el 15-30% de las proteínas en la membrana celular.

Las proteínas de transporte vienen en varias formas y tamaños, pero todas se extienden a través de la bicapa lipídica, y cada proteína de transporte tiene un tipo específico de molécula que transporta. Hay proteínas portadoras (que también se conocen como transportadores o permeasas), que se unen a un soluto o molécula en un lado de la membrana y la transportan al otro lado de la membrana. Una segunda clase de proteínas de transporte incluye proteínas de canal. Las proteínas del canal forman aberturas hidrofílicas ("amantes del agua") en la membrana para permitir que las moléculas polares o cargadas fluyan. Tanto las proteínas del canal como las proteínas portadoras facilitan el transporte tanto dentro como fuera de la célula.

Las moléculas pueden viajar a través de proteínas de transporte de alta concentración a una concentración más baja. Este proceso se llama transporte pasivo o difusión facilitada. Es similar a la difusión de moléculas no polares o agua directamente a través de la bicapa lipídica, excepto que requiere proteínas de transporte.

A veces, una célula necesita cosas del medio ambiente que están presentes en muy baja concentración fuera de la célula. Alternativamente, una célula puede requerir concentraciones extremadamente bajas de un determinado soluto dentro de la célula. Si bien la difusión permitiría que las concentraciones dentro y fuera de la célula se muevan hacia el equilibrio, un proceso llamado transporte activo ayuda a concentrar un soluto o molécula dentro o fuera de la célula. El transporte activo requiere un gasto de energía para mover una molécula contra su gradiente de concentración. Hay dos formas principales de transporte activo en células eucariotas. El primer tipo consiste en bombas impulsadas por ATP. Estas bombas usan hidrólisis de ATP para transportar una clase específica de soluto o molécula a través de la membrana para concentrarla dentro o fuera de la célula. El segundo tipo (llamado cotransportadores) transporta el transporte de una molécula contra su gradiente de concentración (de bajo a alto) con el transporte de una segunda molécula por su gradiente de concentración (de alto a bajo).

Las células también usan el transporte activo para mantener la concentración adecuada de iones. La concentración de iones es muy importante para las propiedades eléctricas de la célula, controlando la cantidad de agua en las células y otras funciones importantes de los iones. Por ejemplo, los iones de magnesio (MG2+) son muy importantes para muchas proteínas involucradas en la reparación y mantenimiento del ADN. El calcio (Ca2+) también es importante en muchos procesos celulares, y el transporte activo ayuda a mantener un gradiente de calcio de 1: 10,000. El transporte de iones a través de la bicapa lipídica depende no solo del gradiente de concentración, sino también de las propiedades eléctricas de la membrana, donde se repelen las cargas. La bomba de sodio-potasio o la bomba Na+ -K+ mantiene una mayor concentración de sodio fuera de la célula. Casi un tercio del requisito de energía de la célula se consume en este esfuerzo. Este enorme gasto de energía para el transporte activo de iones corrobora la importancia de mantener un equilibrio de moléculas en la función celular adecuada.

Resumen

Osmosis es la difusión pasiva de agua a través de la membrana celular y no requiere proteínas de transporte. Atransporte ctive es el movimiento de las moléculas contra su gradiente de concentración (de baja a alta concentración) o contra su gradiente eléctrico (hacia una carga similar) y requiere transportadores de proteínas y la energía adicional, ya sea a través de la hidrólisis ATP o mediante el acoplamiento al transporte cuesta abajo de otro soluto.