Las células eucariotas poseen una membrana externa que protege el contenido de una célula. Sin embargo, la membrana exterior es semipermeable y permite que ciertos materiales entren en ella.
Adentro células eucariotas, subestructuras más pequeñas llamadas orgánulos poseen sus propias membranas. Orgánulos cumplen varias funciones diferentes en las células, incluido el movimiento de moléculas a través de la membrana celular o a través de las membranas del orgánulo.
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Las moléculas pueden difundirse a través de las membranas a través de proteínas de transporte, o pueden ser ayudadas en el transporte activo por otras proteínas. Los orgánulos como el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi, las mitocondrias y los peroxisomas juegan un papel en el transporte de la membrana.
Características de la membrana celular
La membrana de una célula eucariota a menudo se denomina membrana de plasma. La membrana plasmática se compone de un bicapa de fosfolípidos, y es permeable a algunas moléculas, pero no a todas.
Componentes del fosfolípido bicapa incluyen una combinación de glicerol y ácidos grasos con un grupo fosfato. Estos producen los glicerofosfolípidos que generalmente forman la bicapa de la mayoría de las membranas celulares.
La bicapa de fosfolípidos posee cualidades hidrófilas (hidrófilas) en su exterior y repelentes de agua (hidrófobas) en su interior. Las porciones hidrófilas miran tanto hacia el exterior como hacia el interior de la celda, y son interactivas y atraídas por el agua en estos entornos.
Durante el membrana celular, los poros y las proteínas ayudan a determinar qué entra o sale de la célula. De los diferentes tipos de proteínas que se encuentran en la membrana celular, algunas se extienden solo a una parte de la bicapa de fosfolípidos. Se denominan proteínas extrínsecas. Las proteínas que atraviesan toda la bicapa se denominan proteínas intrínsecas o proteínas transmembrana.
Las proteínas constituyen aproximadamente la mitad de la masa de las membranas celulares. Si bien algunas proteínas pueden moverse fácilmente en la bicapa, otras están bloqueadas en su lugar y necesitan ayuda si deben moverse.
Datos de la biología del transporte
Las células necesitan una forma de introducir las moléculas necesarias. También necesitan una forma de liberar ciertos materiales nuevamente. Por supuesto, los materiales liberados pueden incluir desechos, pero a menudo ciertas proteínas funcionales también deben secretarse fuera de las células. La membrana bicapa de fosfolípidos mantiene un flujo de moléculas en la célula, mediante ósmosis, transporte pasivo o transporte activo.
Las proteínas extrínsecas e intrínsecas trabajan para ayudar con esto. biología del transporte. Estas proteínas pueden poseer poros para permitir la difusión, pueden funcionar como receptores o enzimas para procesos biológicos, o pueden funcionar en respuestas inmunes y señalización celular. Existen diferentes tipos de transporte pasivo y transporte activo que desempeñan un papel en el movimiento de moléculas a través de las membranas.
Tipos de transporte pasivo
En biología del transporte, transporte pasivo se refiere al transporte de moléculas a través de la membrana celular que no requiere asistencia ni energía. Por lo general, estas son moléculas pequeñas que simplemente pueden fluir hacia adentro y hacia afuera de la célula, con relativa libertad. Pueden incluir agua, iones y similares.
Un ejemplo de transporte pasivo es difusión. La difusión ocurre cuando ciertos materiales ingresan a la membrana celular a través de los poros. Las moléculas esenciales como el oxígeno y el dióxido de carbono son buenos ejemplos. Por lo general, la difusión requiere un gradiente de concentración, lo que significa que la concentración fuera de la membrana celular debe ser diferente a la del interior.
Transporte facilitado requiere ayuda a través de proteínas transportadoras. Las proteínas transportadoras se unen a los materiales necesarios para el transporte en los sitios de unión. Esta unión hace que la proteína cambie de forma. Una vez que se ayuda a los elementos a atravesar la membrana, la proteína los libera.
Otro tipo de transporte pasivo es vía simple ósmosis. Esto es común con el agua. Las moléculas de agua golpean una membrana celular, creando presión y acumulando "potencial hídrico". El agua se moverá de un potencial hídrico alto a uno bajo para ingresar a la celda.
Transporte de membrana activa
Ocasionalmente, ciertas sustancias no pueden atravesar una membrana celular simplemente por difusión o transporte pasivo. Pasar de una concentración baja a una alta, por ejemplo, requiere energía. Para que esto suceda transporte activo ocurre con la ayuda de proteínas transportadoras. Las proteínas transportadoras tienen sitios de unión a los que se adhieren las sustancias necesarias para que puedan moverse a través de la membrana.
Moléculas más grandes como azúcares, algunos iones, otros materiales altamente cargados, aminoácidos y los almidones no pueden desplazarse a través de las membranas sin ayuda. Las proteínas transportadoras o portadoras se construyen para necesidades específicas según el tipo de molécula que necesita moverse a través de una membrana. Las proteínas receptoras también funcionan de forma selectiva para unir moléculas y guiarlas a través de las membranas.
Orgánulos implicados en el transporte de membranas
Los poros y las proteínas no son las únicas ayudas para el transporte de membranas. Orgánulos también cumplen esta función de varias formas. Los orgánulos son subestructuras más pequeñas dentro de las células.
Los orgánulos tienen diversas formas y realizan diferentes funciones. Estos orgánulos forman lo que se llama el sistema de endomembranas y poseen formas únicas de transporte de proteínas.
En la citosis, grandes cantidades de materiales pueden atravesar una membrana a través de vesículas. Estos son trozos de membrana celular que pueden mover elementos dentro o fuera de la célula (endocitosis o exocitosis, respectivamente). Las proteínas son empaquetadas por el retículo endoplásmico en vesículas para ser liberadas fuera de la célula. Dos ejemplos de proteínas vesiculares incluyen insulina y eritropoyetina.
Retículo endoplásmico
La retículo endoplásmico (RE) es un orgánulo responsable de fabricar tanto las membranas como sus proteínas. También ayuda al transporte molecular a través de su propia membrana. El RE es responsable de la translocación de proteínas, que es el movimiento de proteínas por toda la célula. Algunas proteínas pueden atravesar completamente la membrana del RE si son solubles. Las proteínas secretoras son un ejemplo.
Sin embargo, para las proteínas de membrana, su naturaleza de ser parte de la bicapa de la membrana requiere un poco de ayuda para moverse. La membrana del RE puede usar señales o segmentos transmembrana como una forma de translocar estas proteínas. Este es uno de los tipos de transporte pasivo que proporciona una dirección a la que deben viajar las proteínas.
En el caso del complejo proteico conocido como Sec61, que funciona principalmente como un canal de poros, debe asociarse con un ribosoma con el propósito de translocación.
Aparato de Golgi
La Aparato de Golgi es otro orgánulo crucial. Aporta a las proteínas adiciones finales y específicas que les confieren complejidad, como los carbohidratos añadidos. Utiliza vesículas para transportar moléculas.
El transporte vesicular puede ocurrir en parte debido a las proteínas de recubrimiento, y estas proteínas ayudan en el movimiento de las vesículas entre el RE y el aparato de Golgi. Un ejemplo de proteína de cubierta es la clatrina.
Mitocondrias
En la membrana interna de los orgánulos llamados mitocondrias, se deben utilizar numerosas proteínas para ayudar con la generación de energía para la célula. La membrana externa, por el contrario, es porosa para que pasen pequeñas moléculas.
Peroxisomas
Peroxisomas son una especie de orgánulo que descompone los ácidos grasos. Como su nombre lo indica, también desempeñan un papel en la eliminación del peróxido de hidrógeno nocivo de las células. Los peroxisomas también pueden transportar proteínas plegadas grandes.
Los investigadores solo recientemente descubrieron los inmensos poros que permiten a los peroxisomas hacer esto. Por lo general, las proteínas no se transportan en sus estados tridimensionales, grandes y completos. La mayor parte del tiempo simplemente son demasiado grandes para pasar a través de un poro. Pero los peroxisomas están a la altura en el caso de estos poros gigantes. Las proteínas deben llevar una señal particular para que un peroxisoma las transporte.
Los diversos métodos de tipos de transporte pasivo hacen de la biología del transporte un tema fascinante de estudio. Obtener conocimientos sobre cómo se pueden mover los materiales a través de las membranas celulares puede ayudar a comprender los procesos celulares.
Debido a que muchas enfermedades involucran proteínas malformadas, mal plegadas o disfuncionales, queda claro cuán relevante puede ser el transporte de membrana. La biología del transporte también brinda oportunidades ilimitadas para descubrir formas de tratar deficiencias y enfermedades, y quizás para fabricar nuevos medicamentos para el tratamiento.