¿Qué es el transporte pasivo? El movimiento transmembrana de varios compuestos macromoleculares, componentes celulares, partículas supramoleculares que no pueden penetrar a través de los canales de la membrana, se lleva a cabo a través de mecanismos especiales, por ejemplo, usando fagocitosis, pinocitosis, exocitosis, transferencia a través del espacio intercelular. Es decir, el movimiento de sustancias a través de la membrana puede ocurrir utilizando varios mecanismos, que se dividen según los signos de participación de transportadores específicos en ellos, así como el consumo de energía. Los científicos dividen el transporte de sustancias en activo y pasivo.
Principales modos de transporte
El transporte pasivo es la transferencia de una sustancia a través de una membrana biológica a lo largo de un gradiente (osmótico, de concentración, hidrodinámico y otros), que no requiere consumo de energía.
El transporte activo es la transferencia de una sustancia a través de una membrana biológica contra un gradiente. Dondese consume energía. Aproximadamente el 30 - 40% de la energía que se forma como resultado de las reacciones metabólicas en el cuerpo humano se gasta en la implementación del transporte activo de sustancias. Si consideramos el funcionamiento de los riñones humanos, alrededor del 70 - 80 % del oxígeno consumido se gasta en transporte activo.
Transporte pasivo de sustancias
involucra la transferencia de varias sustancias a través de membranas biológicas a lo largo de una variedad de gradientes. Estos gradientes pueden ser:
- gradiente de potencial electroquímico;
- gradiente de concentración de la sustancia;
- gradiente de campo eléctrico;
- gradiente de presión osmótica y otros.
El proceso de implementación del transporte pasivo no requiere ningún consumo de energía. Puede ocurrir por difusión facilitada y simple. Como sabemos, la difusión es un movimiento caótico de las moléculas de una sustancia en una variedad de medios, que se debe a la energía de las vibraciones térmicas de una sustancia.
Si una partícula de una sustancia es eléctricamente neutra, entonces la dirección en la que ocurrirá la difusión está determinada por la diferencia en la concentración de sustancias contenidas en los medios que están separados por la membrana. Por ejemplo, entre compartimentos de la celda, dentro de la celda y fuera de ella. Si las partículas de una sustancia, sus iones tienen carga eléctrica, entonces la difusión dependerá no solo de la diferencia de concentración, sino también de la magnitud de la carga de la sustancia dada, la presencia y los signos de carga en ambos lados de la membrana.. La magnitud del gradiente electroquímico.está determinada por la suma algebraica de los gradientes eléctricos y de concentración a través de la membrana.
¿Qué proporciona el transporte a través de la membrana?
El transporte de membrana pasivo es posible debido a la presencia de gradientes de concentración de sustancias, la presión osmótica que surge entre los diferentes lados de la membrana celular o la carga eléctrica. Por ejemplo, el nivel medio de iones Na+ contenidos en el plasma sanguíneo es de unos 140 mM/l, y su contenido en los eritrocitos es unas 12 veces superior. Dicho gradiente, expresado como una diferencia de concentración, puede crear una fuerza impulsora que asegura la transferencia de moléculas de sodio a los glóbulos rojos desde el plasma sanguíneo.
Cabe señalar que la velocidad de dicha transición es muy baja debido al hecho de que la membrana celular se caracteriza por una baja permeabilidad a los iones de esta sustancia. Esta membrana tiene una permeabilidad mucho mayor en relación a los iones de potasio. La energía del metabolismo celular no se utiliza para completar el proceso de difusión simple.
Tasa de difusión
El transporte activo y pasivo de sustancias a través de la membrana se caracteriza por la velocidad de difusión. Se puede describir usando la ecuación de Fick: dm/dt=-kSΔC/x.
En este caso, dm/dt es la cantidad de sustancia que se difunde en una unidad de tiempo, yk es el coeficiente del proceso de difusión, que caracteriza la permeabilidad de la biomembrana para la sustancia que se difunde. S es igual al área sobre la que se produce la difusión y ΔC expresa la diferenciaconcentración de sustancias de diferentes lados de la membrana biológica, mientras que x caracteriza la distancia entre los puntos de difusión.
Obviamente, aquellas sustancias que se difunden simultáneamente a lo largo de los gradientes de concentración y campos eléctricos se moverán más fácilmente a través de la membrana. Una condición importante para la difusión de una sustancia a través de una membrana son las propiedades físicas de la propia membrana, su permeabilidad para cada sustancia específica.
Debido a que la bicapa de la membrana está formada por radicales hidrocarbonados de fosfolípidos con propiedades hidrofóbicas, las sustancias de naturaleza hidrofóbica difunden fácilmente a través de ella. En particular, esto se aplica a las sustancias que se disuelven fácilmente en los lípidos, como las hormonas tiroideas y esteroides, así como a algunas sustancias narcóticas.
Los iones minerales y las sustancias de bajo peso molecular que son de naturaleza hidrófila se difunden a través de los canales iónicos pasivos de la membrana, que se forman a partir de moléculas de proteína que forman canales y, a veces, a través de defectos de empaquetamiento de la membrana de las moléculas de fosfolípidos que surgen en la membrana celular como como resultado de la fluctuación térmica.
El transporte pasivo a través de la membrana es un proceso muy interesante. Si las condiciones son normales, cantidades significativas de una sustancia pueden penetrar en la membrana bicapa solo si no son polares y tienen un tamaño pequeño. De lo contrario, la transferencia se produce a través de proteínas transportadoras. Procesos similares que implicanLa proteína portadora no se llama difusión, sino el transporte de una sustancia a través de la membrana.
Difusión facilitada
La difusión facilitada, como la difusión simple, ocurre a lo largo del gradiente de concentración de una sustancia. La principal diferencia es que una molécula de proteína especial, llamada portadora, participa en el proceso de transferencia de sustancias.
La difusión facilitada es un tipo de transferencia pasiva de moléculas de una sustancia a través de biomembranas, llevada a cabo a lo largo de un gradiente de concentración utilizando un transportador.
Estados de proteínas de transferencia
La proteína transportadora puede estar en dos estados conformacionales. Por ejemplo, en el estado A, esta proteína puede tener afinidad por la sustancia que transporta, sus sitios de unión para la sustancia están vueltos hacia adentro, por lo que se forma un poro que está abierto a un lado de la membrana.
Después de que la proteína se ha unido a la sustancia transferida, su conformación cambia y pasa al estado B. Con esta transformación, el transportador pierde su afinidad por la sustancia. Desde la conexión con el portador, se libera y se mueve hacia el poro que ya está en el otro lado de la membrana. Una vez que la sustancia ha sido transferida, la proteína transportadora cambia su conformación nuevamente, volviendo al estado A. Este transporte de la sustancia a través de la membrana se denomina unipuerto.
Velocidad de difusión facilitada
Las sustancias de bajo peso molecular, como la glucosa, pueden transportarsemembrana por difusión facilitada. Tal transporte puede ocurrir desde la sangre al cerebro, a las células de los espacios intersticiales. La tasa de transferencia de materia con este tipo de difusión puede alcanzar hasta 108 partículas a través del canal en un segundo.
Como ya sabemos, la velocidad de transporte activo y pasivo de sustancias en difusión simple es proporcional a la diferencia de concentraciones de la sustancia a ambos lados de la membrana. En el caso de difusión facilitada, esta velocidad aumenta en proporción a la diferencia creciente en la concentración de la sustancia hasta un cierto valor máximo. Por encima de este valor, la velocidad no aumenta, aunque la diferencia de concentraciones de los diferentes lados de la membrana continúa aumentando. El logro de tal punto de velocidad máxima en el proceso de difusión facilitada puede explicarse por el hecho de que la velocidad máxima implica la participación de todas las proteínas transportadoras disponibles en el proceso de transferencia.
¿Qué otro concepto incluye el transporte activo y pasivo a través de membranas?
Difusión de intercambio
Este tipo de transporte de moléculas de sustancias a través de la membrana celular se caracteriza porque en el intercambio participan moléculas de la misma sustancia que se encuentran en lados diferentes de la membrana biológica. Cabe señalar que con dicho transporte de sustancias, la concentración de moléculas en ambos lados de la membrana no cambia en absoluto.
Un tipo de difusión de intercambio
Una de las variedades de difusión de intercambio es un intercambio en el queuna molécula de una sustancia se intercambia por dos o más moléculas de otra sustancia. Por ejemplo, una de las formas en que los iones de calcio positivos se eliminan de las células del músculo liso de los bronquios y los vasos de los miocitos contráctiles del corazón es su intercambio por iones de sodio ubicados fuera de la célula. Un ion de sodio en este caso se intercambia por tres iones de calcio. Así, hay un movimiento de sodio y calcio a través de la membrana, que es interdependiente. Este tipo de transporte pasivo a través de la membrana celular se denomina antipuerto. De esta manera, la célula puede deshacerse de los iones de calcio, que están presentes en exceso. Este proceso es necesario para que los miocitos lisos y los cardiomiocitos se relajen.
Este artículo examinó el transporte activo y pasivo de sustancias a través de la membrana.
