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Transporte activo
∗
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Based on Active Transport† by
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Abstract
Al nal de esta sección serás capaz de:
•
•
•
El
Entender cómo los gradientes electroquímicos afectan los iones.
Describir la endocitosis, incluyendo fagocitosis, pinocitosis y endocitosis regulada por receptores.
Entender el proceso de exocitosis.
transporte activo es un proceso que requiere de energía, generalmente en forma de fosfato de adenosín
(ATP); si una sustancia requiere entrar a la célula en contra de un gradiente de concentración, es decir, si
la concentración de una sustancia es mayor dentro de la célula que fuera de ésta, la célula debe usar energía
para mover la sustancia al interior. Algunos mecanismos del transporte activo se encargan de trasladar, a
través de la membrana, moléculas de bajo peso molecular, tales como iones.
Las células también necesitan transportar, a través de su membrana, moléculas de gran tamaño y partículas; algunas células son capaces de tragarse un microorganismo unicelular completo. Como ya te habrás
percatado, la ingesta y liberación de partículas de gran tamaño requieren de energía; no obstante, hay un
límite en el tamaño de una partícula, más allá del cual no podrá atravesar la membrana, aunque la célula
tenga almacenada una gran cantidad de energía.
1 Gradiente electroquímico
Hasta ahora únicamente hemos discutido los gradientes de concentración, concentraciones diferentes de una
sustancia a través de una membrana o en una cierta área; sin embargo, en los sistemas vivos los gradientes
son mucho más complejos debido a que las células contienen proteínas (muchas de las cuales están cargadas
negativamente), además de que hay iones que están entrando y saliendo de la célula continuamente, y de que
existe un gradiente eléctrico y una diferencia de cargas a través de la membrana plasmática. El interior de
una célula viva está cargado negativamente en relación con el uido extracelular en el cual está embebida; las
+
+
células tienen una mayor concentración de potasio (K ) y una menor concentración de sodio (Na ) que el
uido extracelular. En consecuencia, en una célula viva, el gradiente de concentración y el gradiente eléctrico
+ promueven la difusión del ion hacia el interior de la célula. Para otros elementos, como el potasio, la
+
situación es mucho más compleja; el gradiente eléctrico del K promueve la difusión del ion hacia el interior
del Na
∗ Version
1.6: May 18, 2016 2:50 pm -0500
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‡ http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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de la célula, pero su gradiente de concentración promueve su difusión hacia fuera de ésta (Figure 1). A este
gradiente combinado, que afecta a un ion, se le conoce como
gradiente electroquímico y juega un papel
crucial en las células musculares y nerviosas.
Figure 1:
Los gradientes electroquímicos se originan del efecto combinado del gradiente de concentración
y el gradiente eléctrico. (créditos: modicado de Synaptitude/Wikimedia Commons)
1.1 Moviéndose en contra de un gradiente
Para transportar sustancias en contra de un gradiente, ya sea de concentración o electroquímico, la célula
debe hacer uso de cierta energía, la cual se colecta del ATP que es sintetizado por medio del metabolismo
celular.
Los mecanismos de transporte activo, llamados colectivamente bombas o proteínas portadoras,
funcionan en contra de un gradiente electroquímico.
Todas las sustancias de bajo peso molecular, con
excepción de los iones, pasan constantemente a través de la membrana plasmática. Por medio del transporte
activo se mantienen las concentraciones de iones y otras sustancias necesarias para las células, a pesar de los
cambios de concentración o electroquímicos. Debido a que los mecanismos de transporte activo dependen
del metabolismo celular para la obtención de energía, estos son muy sensibles a cualquier veneno metabólico
que interera con el suministro de ATP.
Existen dos mecanismos para el transporte de moléculas pequeñas y de bajo peso molecular y para macromoléculas. El sistema de transporte activo primario mueve preferentemente iones a través de la membrana y
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produce una diferencia de cargas, a uno y otro lado de la membrana. El transporte activo primario requiere
de ATP para trasladar sustaniac (iones, entre otras) al interior de la célula. Con mucha frecuencia, al mismo
tiempo una segunda sustancia se transporta al exterior de la célula. La bomba de sodio-potasio, de suma
importancia en células animales, utiliza energía para introducir iones potasio a la célula y al mismo tiempo
expulsar de ésta un número diferente de iones sodio (Figure 2). Como resultado de esta acción se produce
una diferencia de concentración y de carga a través de la membrana.
Figure 2:
La bomba de sodio-potasio transporta iones de potasio y sodio a través de la membrana
plasmática. (créditos: modicado del trabajo de Mariana Ruiz Villarreal)
El transporte activo secundario describe el movimiento de material, a través de la membrana, en donde
se utiliza la energía del gradiente electroquímico generado por el transporte activo primario. Al utilizar esta
energía sustancias como los aminoácidos y la glucosa pueden entrar a la célula utilizando los canales de la
membrana. El mismo ATP se forma por medio del transporte activo secundario, empleando el gradiente del
ion hidrógeno existente en las mitocondrias.
2 Endocitosis
La
endocitosis es un tipo de transporte activo que se encarga de trasladar al interior de la célula moléculas
de gran tamaño, componentes celulares e incluso células enteras. Existen diferentes tipos de endocitosis, pero
todos tienen una característica común: la membrana plasmática se invagina y forma una bolsa alrededor de
la partícula a transportar; la bolsa se escinde del resto de la membrana y produce una vacuola, formada de
membrana plasmática, que contiene la partícula.
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Figure 3:
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En esta gura se muestran tres variantes de la endocitosis: (a) fagocitosis (en este tipo de
endocitosis la membrana celular rodea la partícula y se escinde de tal forma que la vacuola queda en el
interior de la célula); (b) pinocitosis (en este caso la membrana celular rodea un volumen pequeño de
uido, se separa del resto de la membrana y forma una vacuola); (c) endocitosis mediada por un receptor
(esta variante traslada moléculas especícas y se hace a través de un receptor especíco localizado en la
supercie externa de la membrana). (créditos: modicado del trabajo de Mariana Ruiz Villarreal)
La
fagocitosis es el proceso por medio del cual las células ingieren partículas de gran tamaño, tales como
otras células. Un ejemplo es cuando las células conocidas como neutrólos eliminan a los microorganismos
que invaden el cuerpo humano (los neutrólos rodean y engloban al microorganismo para posteriormente
destruirlo) (Figure 3).
La
pinocitosis es una variante de la endocitosis, que literalmente signica célula bebiendo", este nombre
surgió cuando se pensaba que la célula tomaba deliberadamente uido extracelular, cuando en realidad lo
que sucede es que por medio de este proceso la célula introduce a su citoplasma los solutos que necesita para
llevar a cabo sus procesos metabólicos (Figure 3).
Existe otra variante de la endocitosis en la cual la célula utiliza proteínas receptoras especícas, localizadas en la supercie de la membrana plasmática (Figure 3). Las partículas se adhieren a las proteínas y
posteriormente la membrana plasmática se invagina, introduciendo la sustancia y las proteínas a la célula.
Si falla el paso de la sustancia a través de la membrana, por medio de la endocitosis mediada por receptores, ésta permanecerá en los uidos o la sangre, e incrementará su concentración. Algunas enfermedades
humanas se producen por las fallas en este tipo de endocitosis; por ejemplo, la acumulación del colesterol
de baja densidad, denominado LDL (también conocido como colesterol malo), se debe a que los receptores
LDL están defectuosos o ausentes completamente, como en el caso de la enfermedad genética conocida como
hipercolesterolemia. Las personas que padecen esta enfermedad presentan un nivel alto de colesterol en la
sangre, debido a que sus células no pueden eliminar esta sustancia de la sangre.
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1 , para ver una animación del proceso de en-
Haz clic en http://openstaxcollege.org/l/endocytosis2
docitosis.
3 Exocitosis
La
exocitosis es el proceso opuesto a la endocitosis, en el cual la célula en lugar de introducir material a su
citoplasma lo expulsa de éste hacia el uido extracelular. En este caso una partícula encapsulada por una
vesícula se fusiona con la cara interna de la membrana plasmática y posteriormente se produce una abertura
del lado de la cara exterior de la membrana, con lo que la partícula se expulsa hacia el espacio extracelular
(Figure 4).
1 http://openstaxcollege.org/l/endocytosis2
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Figure 4:
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En la exocitosis, una vesícula migra a la membrana plasmática, se fusiona y libera su contenido
hacia el exterior de la célula. (créditos: modicado del trabajo de Mariana Ruiz Villarreal).
4 Resumen de la Sección
La combinación del gradiente de concentración y el gradiente eléctrico inuyen en el comportamiento de
un ion.
Las células necesitan ciertas sustancias en concentraciones mayores a las que hay en el espacio
extracelular. Mover sustancias en contra de un gradiente, de concentración o eléctrico, requiere de energía.
El transporte activo utiliza la energía almacenada en el ATP como combustible para transportar sustancias
a través de la membrana. En este tipo de transporte se utilizan proteínas integrales, en la membrana celular,
para transferir moléculas de bajo peso molecular (estas proteínas son análogas a bombas). Algunas bombas
que llevan a cabo el transporte activo primario se acoplan directamente con el ATP para desarrollar su
acción. En el transporte secundario, la energía del transporte primario se puede utilizar para acarrear otra
sustancia al interior de la célula e incrementar su gradiente de concentración.
La endocitosis requiere del uso directo de ATP para transportar partículas de gran tamaño (tales como
las macromoléculas), partes de células o células enteras engullidas por otras células en un proceso llamado
fagocitosis.
En este proceso, una porción de la membrana se invagina y uye alrededor de la partícula;
eventualmente se separa de la membrana, dejando la partícula completamente envuelta por membrana. La
célula rompe la vacuola, con la partícula en su interior, la cual se utiliza como alimento o se desecha. La
pinocitosis es un proceso similar, pero a menor escala. La célula elimina desechos y otras partículas con un
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proceso inverso conocido como exocitosis. Los desechos se sacan de la célula empujando la vesícula membranosa hacia la membrana plasmática, provocando así su fusión e incorporando la vesícula a la estructura
de la membrana, para posteriormente liberar su contenido al exterior.
5 PREGUNTAS DE REVISIÓN
Exercise 1
(Solution on p. 8.)
El transporte activo debe funcionar continuamente porque _________________.
a. la membrana plasmática se deshace
b. la célula debe estar en constante movimiento
c. el transporte facilitado se opone al transporte activo
d. la difusión es el movimiento constante de solutos en la dirección opuesta
6 PREGUNTAS DE PENSAMIENTO CRÍTICO
Exercise 2
¾De dónde obtiene la célula energía para el transporte activo?
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(Solution on p. 8.)
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Solutions to Exercises in this Module
to Exercise (p. 7)
D
to Exercise (p. 7)
La célula obtiene energía del ATP producido por su propio metabolismo para poder realizar procesos de
transporte activo, como las bombas.
Glossary
Denition 1: Transporte activo
Método de transporte de material que requiere de energía.
Denition 2: Gradiente electroquímico
Gradiente producido por la combinación de las fuerzas en un gradiente eléctrico y un gradiente
químico.
Denition 3: Endocitosis
Variante de transporte activo en donde se mueven sustancias, incluidos uidos y partículas, al
interior de la célula.
Denition 4: Exocitosis
Proceso para eliminar material de la célula.
Denition 5: Fagocitosis
Es una variante de la endocitosis en la que se toman las macromoléculas que requiere la célula de
los uidos extracelulares.
Denition 6: Pinocitosis
Variante de la endocitosis en la que se toman de los uidos extracelulares los solutos que la célula
necesita.
Denition 7: Endocitosis mediada por receptores
Tipo de endocitosis, para ciertas moléculas o partículas, que involucra el uso de proteínas receptoras
especícas en la membrana plasmática.
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