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Guardianes de la célula: ¿Cómo determinan las proteínas de transporte qué moléculas pueden entrar en la célula?
En biología celular, el transporte de membrana se refiere a un grupo de mecanismos que regulan el movimiento de solutos (como iones y moléculas pequeñas) a través de las membranas biológicas. Estas membranas biológicas están compuestas principalmente de bicapas lipídicas con proteínas incrustadas en ellas. La permeabilidad selectiva de las membranas biológicas les permite separar sustancias en función de sus propiedades químicas. En otras palabras, algunas sustancias pueden entrar en las células, mientras que otras no. El movimiento de la mayoría de los solutos se realiza a través de proteínas de transporte de membrana, que tienen distintos grados de especialización en el transporte de moléculas específicas.
Puede existir un conjunto especializado de transportadores para cada tipo de célula y su fase fisiológica específica.
Como la diversidad de las células y sus características fisiológicas están estrechamente relacionadas con la capacidad de atraer elementos externos, la regulación de este fenómeno está controlada por la transcripción y traducción diferencial de los genes que codifican estos transportadores, y estos procesos pueden ser controlados por la célula. Vías de señalización Se activa a nivel bioquímico, incluso dentro del retículo endoplasmático de la célula.
Antecedentes
El flujo de sustancias puede seguir gradientes de concentración o electroquímicos, o fluir en dirección opuesta. Si la sustancia fluye en la dirección del gradiente de concentración, es decir, la dirección de concentración decreciente, no se requiere ningún aporte de energía externa; sin embargo, si el transporte es en la dirección opuesta del gradiente, se requiere un aporte de energía metabólica.
En soluciones inmiscibles, el agua fluirá espontáneamente desde la concentración más baja a la concentración más alta del soluto para lograr el equilibrio.
La membrana biológica es de naturaleza anfifílica, formando una capa interna hidrófoba y una capa externa hidrófila. Esta estructura permite que las sustancias entren o salgan de la célula por difusión pasiva. Cuando la sustancia transportada tiene una carga neta, ésta se ve afectada no sólo por el gradiente de concentración sino también por el gradiente electroquímico causado por el potencial de membrana. Aunque sólo una pequeña cantidad de moléculas pueden difundirse a través de las membranas lipídicas, la mayoría de los procesos de transporte dependen de la ayuda de las proteínas de transporte de membrana.
Principios de la termodinámica
Los procesos fisiológicos deben obedecer principios termodinámicos básicos. El transporte por membrana sigue leyes físicas que determinan su función biológica. Un principio termodinámico importante para la transferencia de masa a través de membranas biológicas es el cambio en la energía libre.
Cuando C2 es menor que C1, ΔG es negativo y la reacción tiende a proceder espontáneamente.
El equilibrio de este proceso se alcanza cuando C1 es igual a C2 y ΔG=0. Hay otras tres situaciones en las que una macromolécula puede unirse preferentemente a un componente o cambiar sus propiedades químicas en un lado de la membrana, lo que daría como resultado una falta de gradiente para impulsar el transporte aunque la concentración del soluto siga siendo diferente en ambos lados. . El potencial presente en la membrana puede afectar aún más la distribución de iones.
Tipos de transporte
Difusión pasiva y difusión activaLa difusión pasiva es un fenómeno espontáneo que aumenta la entropía de un sistema y disminuye su energía libre. La velocidad de este proceso depende de las características de la sustancia transportada y de las propiedades de la bicapa lipídica. Por el contrario, la difusión activa es el transporte de solutos contra un gradiente de concentración o electroquímico, un proceso que consume energía, generalmente ATP. La existencia de este transporte permite a las células controlar la estabilidad de su entorno interno y mantener el funcionamiento normal de los procesos vitales.
Proteínas de transporte activo secundario
Las proteínas de transporte activo secundario comparten energía con los iones y lo hacen transportando dos sustancias simultáneamente. Según la dirección de transporte de estas dos sustancias, las proteínas de transporte se pueden dividir en proteínas de transporte inverso y proteínas de cotransporte, que transportan una sustancia en la dirección opuesta respectivamente.
Funcionamiento de la bomba
Una bomba es una proteína que transporta solutos específicos hidrolizando ATP. Los gradientes electroquímicos generados por este proceso son críticos para la evaluación del estado celular. Por ejemplo, la bomba de sodio-potasio es una de las bombas importantes en las células. Funciona aproximadamente así: tres iones de sodio se unen al sitio de activación de la bomba y luego el ATP se hidroliza, lo que hace que la estructura de la bomba cambie, liberando iones de sodio fuera de la célula, que a su vez se unen a los iones de potasio y entran en la célula.
Selectividad de membranaLa selectividad de las membranas biológicas es una característica importante del transporte de sustancias y este fenómeno ha sido ampliamente estudiado. Para la selectividad de los electrolitos, el diámetro interior del canal iónico facilitará el paso de iones pequeños, mientras que la interacción entre la hidratación y la carga interna de la membrana es otro factor importante. Si puede interactuar con el interior de la membrana de forma adecuada. También determina la eficiencia del transporte de materiales.
Los no electrolitos generalmente se difunden a través de la bicapa lipídica en lugar de disolverse a través de ella.
Por lo tanto, aunque existen muchos mecanismos de transporte trabajando juntos dentro de la célula, la selectividad de la membrana y la especificidad de las proteínas de transporte son suficientes para lograr una adaptación celular efectiva al entorno. El descubrimiento y la clasificación de las proteínas de transporte proporcionan una base importante para nuestra comprensión de cómo las células mantienen la estabilidad de su entorno interno a través de estos mecanismos.
¿Deberíamos explorar y descubrir más sobre estos mecanismos de transporte intracelular para comprender mejor los misterios de la vida?