Biología I (Español)

los mecanismos de transporte activo requieren el uso de la energía de la célula, generalmente en forma de trifosfato de adenosina (ATP). Si una sustancia debe moverse dentro de la célula contra su gradiente de concentración, es decir, si la concentración de la sustancia dentro de la célula es mayor que su concentración en el fluido extracelular (y viceversa), la célula debe usar energía para mover la sustancia. Algunos mecanismos de transporte activos mueven materiales de pequeño peso molecular, como iones, a través de la membrana. Otros mecanismos transportan moléculas mucho más grandes.,

gradiente electroquímico

hemos discutido gradientes de concentración simples—concentraciones diferenciales de una sustancia a través de un espacio o una membrana—pero en los sistemas vivos, los gradientes son más complejos. Debido a que los iones entran y salen de las células y debido a que las células contienen proteínas que no se mueven a través de la membrana y están en su mayoría cargadas negativamente, también hay un gradiente eléctrico, una diferencia de carga, a través de la membrana plasmática., El interior de las células vivas es eléctricamente negativo con respecto al fluido extracelular en el que se bañan, y al mismo tiempo, las células tienen mayores concentraciones de potasio (K+) y menores concentraciones de sodio (Na+) que el fluido extracelular. Por lo tanto, en una célula viva, el gradiente de concentración de Na+ tiende a conducirla hacia la célula, y el gradiente eléctrico de Na+ (un ion positivo) también tiende a conducirla hacia el interior con carga negativa. La situación es más compleja, sin embargo, para otros elementos como el potasio., El gradiente eléctrico de K+, un ion positivo, también tiende a conducirlo a la célula, pero el gradiente de concentración de K+ tiende a conducir a K + fuera de la célula (Figura 1). El gradiente combinado de concentración y carga eléctrica que afecta a un ion se llama su gradiente electroquímico.

Práctica

la Figura 1. Los gradientes electroquímicos surgen de los efectos combinados de los gradientes de concentración y los gradientes eléctricos., (crédito: «Synaptitude»/Wikimedia Commons)

La inyección de una solución de potasio en la sangre de una persona es letal; esto se usa en la pena capital y la eutanasia. ¿Por qué crees que una inyección de solución de potasio es letal?

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las células típicamente tienen una alta concentración de potasio en el citoplasma y están bañadas en una alta concentración de sodio. La inyección de potasio disipa este gradiente electroquímico., En el músculo cardíaco, el potencial de sodio / potasio es responsable de transmitir la señal que hace que el músculo se contraiga. Cuando este potencial se disipa, la señal no se puede transmitir y el corazón deja de latir. Las inyecciones de potasio también se usan para evitar que el corazón late durante la cirugía.

moviéndose contra un gradiente

para mover sustancias contra una concentración o gradiente electroquímico, la célula debe usar energía. Esta energía se extrae del ATP generado a través del metabolismo de la célula., Los mecanismos de transporte activos, llamados colectivamente bombas, trabajan contra gradientes electroquímicos. Pequeñas sustancias pasan constantemente a través de las membranas plasmáticas. El transporte activo mantiene las concentraciones de iones y otras sustancias necesarias para las células vivas frente a estos movimientos pasivos. Gran parte del suministro de energía metabólica de una célula puede gastarse manteniendo estos procesos. (La mayor parte de la energía metabólica de un glóbulo rojo se utiliza para mantener el desequilibrio entre los niveles exteriores e interiores de sodio y potasio requeridos por la célula., Debido a que los mecanismos de transporte activo dependen del metabolismo de una célula para obtener energía, son sensibles a muchos venenos metabólicos que interfieren con el suministro de ATP.

Existen dos mecanismos para el transporte de material de peso molecular pequeño y moléculas pequeñas. El transporte activo primario mueve iones a través de una membrana y crea una diferencia en la carga a través de esa membrana, que depende directamente del ATP. El transporte activo secundario describe el movimiento del material que se debe al gradiente electroquímico establecido por el transporte activo primario que no requiere directamente ATP.,

proteínas portadoras para el transporte activo

una adaptación importante de la membrana para el transporte activo es la presencia de proteínas portadoras específicas o bombas para facilitar el movimiento: hay tres tipos de estas proteínas o transportadores (Figura 2). Un uniporter lleva un ion específico o molécula. Un simporter lleva dos iones o moléculas diferentes, ambos en la misma dirección. Un antiporter también lleva dos iones o moléculas diferentes, pero en direcciones diferentes. Todos estos transportadores también pueden transportar pequeñas moléculas orgánicas sin carga como la glucosa., Estos tres tipos de proteínas portadoras también se encuentran en la difusión facilitada, pero no requieren ATP para trabajar en ese proceso. Algunos ejemplos de bombas para el transporte activo son Na+–K+ ATPasa, que transporta iones de sodio y potasio, y H+ – K + ATPasa, que transporta iones de hidrógeno y potasio. Ambos son antiporter proteínas portadoras. Otras dos proteínas portadoras son la Ca2 + ATPasa y la H + ATPasa, que transportan solo calcio y solo iones hidrógeno, respectivamente. Ambos son bombas.

la Figura 2. Un uniporter lleva una molécula o ion., Un simporter lleva dos moléculas o iones diferentes, ambos en la misma dirección. Un antiporter también lleva dos moléculas o iones diferentes, pero en direcciones diferentes. (crédito: modificación del trabajo por «Lupask»/Wikimedia Commons)

transporte activo primario

el transporte activo primario que funciona con el transporte activo de sodio y potasio permite que ocurra el transporte activo secundario. El segundo método de transporte todavía se considera activo porque depende del uso de energía, al igual que el transporte primario (Figura 3).,

la Figura 3. El transporte activo primario mueve iones a través de una membrana, creando un gradiente electroquímico (transporte electrogénico). (crédito: modificación del trabajo de Mariana Ruiz Villareal)

una de las bombas más importantes en células animales es la bomba sodio-potasio (Na + – K + ATPasa), que mantiene el gradiente electroquímico (y las concentraciones correctas de Na+ y K+) en células vivas., La bomba sodio-potasio mueve K + dentro de la célula mientras mueve Na+ al mismo tiempo, en una proporción de tres Na + por cada dos iones K + movidos. La ATPasa Na+-K+ existe en dos formas, dependiendo de su orientación hacia el interior o exterior de la célula y su afinidad por iones de sodio o potasio. El proceso consta de los siguientes seis pasos.

1. Con la enzima orientada hacia el interior de la célula, el portador tiene una alta afinidad por los iones de sodio. Tres iones se unen a la proteína.,
2. El ATP es hidrolizado por el portador de proteínas y un grupo fosfato de baja energía se une a él.
3. como resultado, el portador cambia de forma y se re-orienta hacia el exterior de la membrana. La afinidad de la proteína por el sodio disminuye y los tres iones de sodio salen del portador.
4. El cambio de forma aumenta la afinidad del portador por los iones de potasio, y dos de estos iones se unen a la proteína. Posteriormente, el grupo fosfato de baja energía se separa del portador.,
5. Con el grupo fosfato eliminado y los iones de potasio Unidos, la proteína transportadora se reposiciona hacia el interior de la célula.
6. La proteína transportadora, en su nueva configuración, tiene una afinidad disminuida por el potasio, y los dos iones se liberan en el citoplasma. La proteína ahora tiene una mayor afinidad por los iones de sodio, y el proceso comienza de nuevo.

varias cosas han sucedido como resultado de este proceso. En este punto, hay más iones de sodio fuera de la célula que Dentro y más iones de potasio dentro que fuera., Por cada tres iones de sodio que salen, dos iones de potasio entran. Esto da como resultado que el interior sea ligeramente más negativo en relación con el exterior. Esta diferencia en el cargo es importante en la creación de las condiciones necesarias para el proceso secundario. La bomba sodio-potasio es, por lo tanto, una bomba electrogénica (una bomba que crea un desequilibrio de carga), creando un desequilibrio eléctrico a través de la membrana y contribuyendo al potencial de membrana.,

transporte activo secundario (Co-transporte)

El transporte activo secundario trae iones de sodio, y posiblemente otros compuestos, a la célula. A medida que las concentraciones de iones de sodio se acumulan fuera de la membrana plasmática debido a la acción del proceso de transporte activo primario, se crea un gradiente electroquímico. Si existe una proteína del canal y está abierta, los iones del sodio serán tirados a través de la membrana. Este movimiento se utiliza para transportar otras sustancias que pueden adherirse a la proteína de transporte a través de la membrana (Figura 4)., Muchos aminoácidos, así como la glucosa, entran en una célula de esta manera. Este proceso secundario también se utiliza para almacenar iones de hidrógeno de alta energía en las mitocondrias de células vegetales y animales para la producción de ATP. La energía potencial que se acumula en los iones de hidrógeno almacenados se traduce en energía cinética a medida que los iones se elevan a través de la proteína ATP sintasa del canal, y esa energía se utiliza para convertir ADP en ATP.

Práctica

la Figura 4., Un gradiente electroquímico, creado por el transporte activo primario, puede mover otras sustancias contra sus gradientes de concentración, un proceso llamado co-transporte o transporte activo secundario. (crédito: modificación del trabajo de Mariana Ruiz Villareal)

Mostrar respuesta

una disminución en el pH significa un aumento en iones H+ cargados positivamente, y un aumento en el gradiente eléctrico a través de la membrana. El transporte de aminoácidos a la célula aumentará.

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