Transporte pasivo
Para comprender cómo las sustancias se mueven pasivamente a través de una membrana celular, es necesario comprender los gradientes de concentración y la difusión. Un gradiente de concentración es la diferencia en la concentración de una sustancia a través de un espacio. Las moléculas (o iones) se diseminarán/difundirán desde donde están más concentrados hasta donde están menos concentrados hasta que se distribuyan equitativamente en ese espacio. (Cuando las moléculas se mueven de esta manera, se dice que se mueven hacia abajo en su gradiente de concentración.) Tres tipos comunes de transporte pasivo incluyen difusión simple, ósmosis y difusión facilitada.
la Difusión Simple es el movimiento de partículas de un área de mayor concentración a un área de menor concentración. Un par de ejemplos comunes ayudarán a ilustrar este concepto. Imagina estar dentro de un baño cerrado. Si se rociara una botella de perfume, las moléculas de aroma se difundirían naturalmente desde el lugar donde dejaron la botella a todas las esquinas del baño, y esta difusión continuaría hasta que no quedara más gradiente de concentración. Otro ejemplo es una cucharada de azúcar colocada en una taza de té. Finalmente, el azúcar se difundirá por todo el té hasta que no quede ningún gradiente de concentración. En ambos casos, si la habitación está más caliente o el té más caliente, la difusión se produce incluso más rápido, ya que las moléculas chocan entre sí y se extienden más rápido que a temperaturas más frías. Tener una temperatura corporal interna de alrededor de 98,6 ° F también ayuda a la difusión de partículas dentro del cuerpo.
Visite este enlace para ver la difusión y cómo es impulsada por la energía cinética de las moléculas en solución. ¿Cómo afecta la temperatura a la velocidad de difusión y por qué?
Cuando una sustancia existe en mayor concentración en un lado de una membrana semipermeable, como la membrana plasmática, cualquier sustancia que pueda moverse hacia abajo en su gradiente de concentración a través de la membrana lo hará. Considere las sustancias que pueden difundirse fácilmente a través de la bicapa lipídica de la membrana celular, como los gases oxígeno (O2) y CO2. El O2 generalmente se difunde en las células porque está más concentrado fuera de ellas, y el CO2 típicamente se difunde fuera de las células porque está más concentrado dentro de ellas. Ninguno de estos ejemplos requiere energía por parte de la célula, y por lo tanto utilizan transporte pasivo para moverse a través de la membrana. Antes de seguir adelante, debe revisar los gases que pueden difundirse a través de una membrana celular. Debido a que las células consumen oxígeno rápidamente durante el metabolismo, normalmente hay una concentración menor de O2 en el interior de la célula que en el exterior. Como resultado, el oxígeno se difundirá desde el líquido intersticial directamente a través de la bicapa lipídica de la membrana y hacia el citoplasma dentro de la célula. Por otro lado, debido a que las células producen CO2 como subproducto del metabolismo, las concentraciones de CO2 aumentan dentro del citoplasma; por lo tanto, el CO2 se moverá desde la célula a través de la bicapa lipídica hacia el líquido intersticial, donde su concentración es menor. Este mecanismo de propagación de moléculas de donde están más concentradas a donde están menos concentradas es una forma de transporte pasivo llamada difusión simple (Figura 3.15).
Figura 3.15. Difusión simple a través de la Membrana Celular (Plasma) La estructura de la bicapa lipídica permite que solo pequeñas sustancias no polares, como el oxígeno y el dióxido de carbono, pasen a través de la membrana celular, por su gradiente de concentración, por difusión simple.
La ósmosis es la difusión de agua a través de una membrana semipermeable (Figura 3.16). El agua puede moverse libremente a través de la membrana celular de todas las células, ya sea a través de canales de proteínas o deslizándose entre las colas lipídicas de la propia membrana. Sin embargo, es la concentración de solutos dentro del agua lo que determina si el agua se moverá dentro de la celda, fuera de la celda o ambas cosas.
Figura 3.16. Ósmosis La ósmosis es la difusión de agua a través de una membrana semipermeable por su gradiente de concentración. Si una membrana es permeable al agua, aunque no a un soluto, el agua igualará su propia concentración al difundirse al lado de menor concentración de agua (y por lo tanto al lado de mayor concentración de soluto). En el vaso de precipitados de la izquierda, la solución del lado derecho de la membrana es hipertónica.
Los solutos dentro de una solución crean presión osmótica, una presión que tira del agua. La ósmosis ocurre cuando hay un desequilibrio de solutos fuera de una célula versus dentro de la célula. Cuanto más soluto contenga una solución, mayor será la presión osmótica que tendrá la solución. Una solución que tiene una mayor concentración de solutos que otra solución se dice que es hipertónica. Las moléculas de agua tienden a difundirse en una solución hipertónica porque la presión osmótica más alta atrae el agua (Figura 3.17). Si se coloca una célula en una solución hipertónica, las células se marchitan o crenan a medida que el agua sale de la célula a través de ósmosis. En contraste, una solución que tiene una concentración más baja de solutos que otra solución se dice que es hipotónica. Las células en una solución hipotónica absorben demasiada agua y se hinchan, con el riesgo de estallar, un proceso llamado lisis. Un aspecto crítico de la homeostasis en los seres vivos es crear un entorno interno en el que todas las células del cuerpo se encuentren en una solución isotónica, un entorno en el que dos soluciones tengan la misma concentración de solutos (presión osmótica igual). Cuando las células y sus entornos extracelulares son isotónicos, la concentración de moléculas de agua es la misma dentro y fuera de las células, por lo que el agua fluye tanto hacia adentro como hacia afuera y las células mantienen su forma (y función) normal. Varios sistemas de órganos, en particular los riñones, trabajan para mantener esta homeostasis.
Figura 3.17. Concentración de soluciones Una solución hipertónica tiene una concentración de soluto más alta que otra solución. Una solución isotónica tiene una concentración de soluto igual a otra solución. Una solución hipotónica tiene una concentración de soluto menor que otra solución.