Transporte de moléculas pequeñas a través de la membrana

1. Transporte pasivo

Es un proceso de difusión en el que las moléculas se desplazan a través de la membrana sin consumo de energía, ya que se realiza a favor de un gradiente de concentración o a favor de un gradiente electroquímico. Puede tener lugar por dos procesos:

Difusión simple

Algunas moléculas difunden libremente a través de la doble capa lipídica, sin intervención de las proteínas. Pasan así las moléculas pequeñas o solubles en lípidos.

Difusión facilitada

La bicapa lipídica es prácticamente impermeable a los iones, por reducido que sea su tamaño, y a las moléculas polares más o menos grandes, como glucosa, aminoácidos, nucleótidos y otros. Así, su transporte solo es posible mediante proteínas transmembrana, que son:

Proteínas de canal

Forman poros hidrofílicos que atraviesan la membrana, permitiendo el paso de solutos inorgánicos, por lo que también se denominan canales iónicos. El transporte ocurre a favor del gradiente electroquímico de estos iones. Estos canales no pueden permanecer siempre abiertos. Al contrario, los canales tienen la capacidad de regular el flujo abriendo o cerrando la compuerta, en respuesta a estímulos específicos. Algunos se abren por interacción de una molécula señal (canales regulados por ligando) y otros en respuesta a un cambio en el potencial de membrana (canales regulados por voltaje).

Proteínas transportadoras

Se unen al soluto que va a ser transportado y lo transfieren a través de la membrana, probablemente mediante un cambio conformacional reversible que alternativamente expone el lugar de unión al soluto a una cara de la membrana y luego a la otra (modelo ping-pong).

2. Transporte activo

Se realiza en contra de gradiente electroquímico y conlleva un consumo de energía. En todos los casos, el transporte activo tiene lugar mediante proteínas transportadoras acopladas a una fuente de energía metabólica, como la hidrólisis del ATP. En las células animales destaca especialmente la bomba de Na+-K+: en las células animales existen ATPasas de Na+-K+ que por cada molécula de ATP hidrolizada bombean tres Na+ hacia el exterior y dos K+ hacia el interior. Con ello, no sólo se consigue que la concentración del Na+ en el exterior sea superior a la del interior, y que ocurra al contrario con el K+, sino que al bombear por cada tres cargas positivas hacia fuera dos hacia dentro, este proceso contribuye a crear una diferencia de potencial eléctrico.

Funciones de la bomba de Na+-K+:

• Mantener el potencial de membrana de las células nerviosas y musculares.
• Transportar glucosa, a través de las células epiteliales del intestino, hacia los capilares sanguíneos. En estas células, la disposición de la bomba actúa en combinación con una bomba unidireccional de glucosa impulsada por el Na+, suministrando la energía necesaria para el transporte.

Catabolismo de glúcidos

En el aparato digestivo de los animales, mediante la digestión, los polisacáridos y disacáridos son hidrolizados y convertidos en monosacáridos como pueden ser la glucosa, fructosa, etc. En la degradación de glucosa por respiración, y en el aprovechamiento total de energía desprendida, se distinguen la glucólisis y la respiración celular.

Glucólisis

La glucólisis es un proceso común a todas las células, realicen la fermentación o respiración. Mediante esta se convierte la glucosa en ácido pirúvico con desprendimiento de dos moléculas de ATP. La glucólisis es la única ruta productora de ATP en condiciones anaerobias. Consiste en una secuencia de 10 reacciones catalizadas por enzimas que se realizan en el citosol, y comprende dos etapas diferentes:

1. En la primera etapa, la glucosa se fosforila y se divide en dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato. En este proceso se gastan 2 ATP que es la energía que proporcionan los fosfatos y sirve para activar la glucosa.
2. En la segunda etapa, las 2 moléculas de gliceraldehído 3-fosfato, se oxidan por medio de NAD+, y se convierten en 2 moléculas de ácido pirúvico, con la producción de 4 moléculas de ATP.

El rendimiento energético neto en la glucólisis es de 2 ATP y 2 NADH+H+.

Fermentación (en ausencia de oxígeno)

Los organismos anaerobios obtienen su energía mediante reacciones de óxido-reducción. Las fermentaciones anaerobias son un conjunto de rutas metabólicas mediante las cuales los organismos obtienen energía a partir de combustibles orgánicos en ausencia de oxígeno.

Fermentación láctica

Es la que realizan las células del músculo esquelético cuando el aporte de O₂ que reciben es insuficiente, como ocurre cuando se hace ejercicio intenso. En este caso, la glucosa se convierte en ácido láctico que forma pequeños cristales que se acumulan dando lugar a las agujetas. Posteriormente el ácido láctico se convierte en glucosa. La fermentación láctica, la realizan los microorganismos del género Lactobacillus y Streptococcus.

Fermentación acética

La realizan las bacterias del género Acetobacter, y consiste en la transformación del etanol en ácido acético, en un proceso de oxidación en presencia de oxígeno. Este proceso permite la transformación del vino en vinagre. La fermentación láctica y esta se llaman anoxidativas, ya que no utilizan el oxígeno como aceptor final de electrones.