Lectura 3: Entrada y salida de sustancias de la célula.

Lectura 3: Entrada y salida de sustancias de la célula.

Todos los seres vivos, ya sean unicelulares o multicelulares, intercambian sustancias del medio a través de sus células. Este intercambio es controlado por la membrana celular, y resulta esencial para el mantenimiento de las estrictas condiciones que las células requieren para su óptimo funcionamiento, por ejemplo de pH y concentraciones iónicas. Sin embargo, la capacidad de las membranas celulares para desempeñar esta función no dependen solamente de su estructura lipídica (dos capas de lípidos) y proteíca, sino también de las propiedades físicas y químicas de las sustancias que se movilizan a través de ellas (iones, moléculas y agregados de moléculas.

El agua, oxígeno y dióxido de carbono se encuentran entre las pocas moléculas simples que pueden cruzar libremente las membranas de las células. A este tipo de transporte celular se le conoce como transporte pasivo y se caracteriza porque las células no consumen energía en forma de ATP para que se lleve a cabo. Entre los ejemplos de este tipo de transporte se incluyen la difusión de oxígeno y dióxido de carbono, así como la osmosis del agua y la difusión facilitada. Las sustancias que entran y salen de la célula por difusión se movilizan a favor de un gradiente de concentración, es decir, se mueven de una zona de mayor concentración a otra de concentración menor.

Entonces… ¿qué es la difusión?

La difusión es el movimiento neto de una sustancia, ya sea líquida o gaseosa, de un área de alta concentración a una de baja concentración. Dado que las moléculas de cualquier sustancia se movilizan cuando su temperatura esta por encima del cero absoluto, existe una disponibilidad de energía, (llamada energía potencial), para que las misma se muevan desde un estado de potencial alto a uno de potencial bajo. La mayoría de las moléculas se movilizan desde una concentración alta a una baja y eventualmente, si no se agrega energía al sistema, las moléculas llegan a un estado de equilibrio en donde se distribuyen homogéneamente.

Las características esenciales de la difusión son que cada molécula o ion se mueven independientemente de los otros y que estos movimientos son al azar. El resultado neto de la difusión es que las sustancias que se difunden resultan distribuidas uniformemente.

La difusión y las células.

La difusión constituye una de las principales formas de movimiento de sustancias entre las células.  El oxígeno y dióxido de carbono, ambos no polares, son solubles en lípidos y se mueven fácilmente a través de la bicapa lipídica de las membranas celulares. Las moléculas de agua a pesar de su polaridad atraviesan sin impedimento las membranas, aparentemente  por aberturas que pueden ser poros permanentes, o bien aberturas momentáneas  resultantes de los movimientos de las moléculas de lípidos. El movimiento de moléculas de agua a través de la membrana celular es un caso especial de difusión que se conoce como osmosis.

La difusión es también una vía principal para el movimiento de las sustancias dentro de las células. Es un proceso esencialmente lento, excepto cuando las distancias son muy cortas, de esta manera una difusión eficiente requiere no sólo de una distancia relativamente corta sino también de un gradiente de concentración pronunciado.

Por sus actividades metabólicas, las células mantienen marcadas diferencias de concentración de muchas sustancias y la velocidad a la que éstas se movilizan algunas veces puede ser afectada por movimientos independientes como las corrientes citoplasmáticas, un ejemplo de este fenómeno es la ciclosis que es el movimiento producido en el citoplasma por los cambios de estado del citoesqueleto ante estímulos externos, como la luz.

Un caso de difusión.

Un ejemplo del fenómeno de difusión es la entrada y salida de oxígeno y dióxido de carbono en las células.

El dióxido de carbono se produce constantemente en las células como consecuencia de su actividad metabólica, por tanto como la fuente de este compuesto esta en el interior celular el flujo neto de sus moléculas es hacia el exterior de éstas. Por su parte, la concentración de oxígeno es mayor en el exterior de las células y debido a que usualmente este elemento es requerido en algunos procesos metabólicos, el flujo neto de las moléculas de este gas es hacia el interior de las mismas. 

El movimiento de oxígeno y dióxido de carbono se realiza por mecanismos fisicoquímicos a favor de un gradiente de concentración entre la parte interna y externa de las membranas celulares. En el caso particular del ser humano, cuando el aire se introduce al cuerpo por la nariz o boca y recorre todo el tracto respiratorio hasta llegar a los alvéolos, tanto el oxígeno como el dióxido de carbono se difunden a través de las delgadas membranas de estas estructuras microscópicas hasta llegar a los capilares sanguíneos. En esta situación, el movimiento de gases ocurre como consecuencia de diferentes presiones de oxígeno y dióxido de carbono que tienen lugar en los alvéolos.

Difusión empleando proteínas acarreadoras.

Algunas proteínas pueden transportar sustancias a través de la membrana solamente si hay un gradiente de concentración favorable, lo que no implicaría gasto de energía. Este acarreo mediado por transportadores se conoce como difusión facilitada y al igual que la difusión simple son consideradas procesos pasivos ya que no implican despliegue energético alguno, ambas son impulsadas por un gradiente de concentración. Algunos iones y moléculas hidrofílicas sólo pueden atravesar las membranas celulares desde una región de mayor concentración a una región de menor concentración si disponen de una proteína de transporte específica que les permita pasar, por lo tanto la velocidad a la cual se difunden este tipo de moléculas a través de la doble capa de lípidos no depende solamente del gradiente de concentración sino también del número de proteínas de transporte específicas para ellas disponibles en la membrana.  Un ejemplo de este tipo de moléculas es la glucosa, que entra a la mayoría de las células por difusión facilitada. Por otra parte, se pueden citar a la acuaporinas que son proteínas de la membrana que pueden facilitar el paso de moléculas de agua al interior y exterior de la célula.