Transporte celular activo y pasivo


Ana Zita
Ana Zita
Científica

El transporte celular activo y pasivo es la transferencia de solutos desde un lado de la membrana celular al otro. El transporte es pasivo cuando no se requiere de fuente de energía metabólica como ATP, mientras que el transporte es activo cuando utiliza ATP como fuente de energía.

Las membranas celulares están compuestas principalmente por una bicapa lipídica que dificulta el paso de cierto tipo de sustancias. Esta función de barrera permite que la célula mantenga las concentraciones de solutos en el citosol diferente del entorno extracelular o de los compartimentos intracelulares.

Transporte pasivoTransporte activo
DefiniciónTransferencia de solutos a través de la membrana lipídica sin energía.Transferencia de solutos a través de la membrana lipídica asociados a una fuente energética.
Gradiente de concentraciónA favor.En contra.
Proteínas de membranaCanales y transportadores.Transportadores o bombas.
Fuerza conductoraGradiente electroquímico.ATP.
EjemplosTransporte de agua a través de aquaporinas.Transporte de iones sodio Na+ por la sodio-potasio ATP-asa.

¿Qué es transporte celular pasivo?

El transporte pasivo es el proceso que permite el paso de moléculas e iones a través de la membrana celular sin una fuente de energía.

El gradiente de concentración o diferencia de concentración de una especie entre los dos lados de la membrana es el impulso que determina el movimiento y la dirección del transporte pasivo.

Cuando el soluto presenta una carga (positiva o negativa), la diferencia de potencial entre los dos lados de la membrana (potencial de membrana) también puede impulsar el transporte. En este caso, el gradiente de concentración y el gradiente eléctrico combinados forman la fuerza conductora gradiente electroquímico.

Al generar una diferencia de concentraciones iónicas a través de la capa lipídica, la membrana celular puede almacenar energía potencial en forma de gradientes electroquímicos. Los gradientes electroquímicos son utilizados para:

  • impulsar varios procesos de transporte,
  • transmitir señales eléctricas en células eléctricamente excitables y
  • producir la mayoría del ATP en la mitocondria, el cloroplasto y las bacterias.

Características del transporte pasivo

  • El movimiento de los solutos sigue el gradiente de concentración, de mayor concentración a menor concentración.
  • Depende del gradiente de concentración, del tamaño de las partículas y de la temperatura.
  • Se movilizan iones y moléculas pequeñas.
  • No requiere de hidrólisis de ATP.
  • Es mediado por proteínas transmembrana, canales y transportadores, en la difusión facilitada.

Tipos de transporte pasivo

Las moléculas e iones pueden atravesar la membrana de forma pasiva a través de diferentes mecanismos: difusión simple, difusión facilitada u ósmosis.

Difusión simple

Pequeñas moléculas no polares como el oxígeno O2 y el dióxido de carbono CO2 se disuelven fácilmente en las membrana lipídicas. Pequeñas moléculas polares sin carga como el agua H2O y la urea, también se difunden por la membrana en forma lenta o restringida. De manera general, las moléculas lipofílicas o afines a las grasas pueden atravesar la membrana por difusión simple.

Difusión facilitada

Las células desarrollaron mecanismos para transferencia de moléculas solubles en agua e iones a través de la membrana. A través de proteínas especializadas transmembrana (atraviesan la membrana) se transportan iones y moléculas. Como se produce la difusión de mayor concentración a menor concentración con ayuda de "pasadizos", se habla de difusión facilitada. De esta forma:

  • entran nutrientes esenciales a la célula;
  • eliminan productos del desecho metabólico, y
  • regulan las concentraciones intracelulares de iones.

Las dos principales clases de proteínas de membrana que facilitan el tráfico de moléculas hacia dentro y afuera a través de la membrana lipídica son:

  • los transportadores: son proteínas que tienen partes movibles, como puertas de la membrana que se abren y cierran dejando pasar el soluto. Son como unas puertas giratorias en la membrana.
  • los canales: forman poros hidrofílicos estrechos que permiten el movimiento pasivo, principalmente de pequeños iones inorgánicos. Aunque el agua puede difundir por las membranas lipídicas, todas las células contienen canales proteicos llamados aquaporinas que aumentan la permeabilidad de estas membranas al agua.

Ósmosis

La ósmosis es el movimiento del agua a través de una membrana semipermeable, cuando de un lado se encuentra un soluto que no puede atravesar la membrana. En la ósmosis sólo se produce movimiento de agua.

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En un lado de la membrana se encuentra un soluto que no puede atravesarla, por eso el agua se mueve hacia el lado con el soluto y aumenta el nivel.

¿Qué es transporte celular activo?

El transporte activo es el proceso por el que la célula transporta material en contra de su gradiente de concentración, utilizando como fuente energética ATP.

Características del transporte activo

  • Se realiza a través de proteínas integrales de membrana.
  • Es específico del soluto.
  • Experimenta saturación, esto es, cuando todos los sitios de unión del soluto están ocupados, por más que se adicione más sustrato, el flujo se mantiene constante.

Tipos de proteínas de transporte activo

En las células se describen por lo menos tres tipos de proteínas con la capacidad de realizar el transporte activo. A continuación su descripción.

Bombas de ATP

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Las enzimas del lisosoma trabajan a pH alrededor de 5 y el lisosoma mantiene ese pH por la bomba de protón.

Las bombas de ATP realizan el transporte del soluto acoplado a la hidrólisis del ATP, es decir, el ATP libera un grupo fosfato (PO4-3) y se transforma en ADP. La energía liberada en la hidrólisis es la que "bombea" el soluto de un lado al otro de la membrana.

El transporte activo impulsado por la hidrólisis de ATP también se conoce como transporte activo primario.

Existen tres tipos de bombas de ATP:

  1. Bombas tipo-P: la proteína se fosforila (un grupo fosfato queda unido a la proteína) en el proceso de transporte. Ejemplos: bombas de sodio-potasio, bombas de calcio.
  2. Bombas tipo-F: también llamadas sintetasas de ATP pues utilizan el gradiente de protones para sintetizar ATP a partir del ADP y el fosfato. Ejemplos: la ATP sintetasa del cloroplasto asociada a la fase dependiente de la luz de la fotosíntesis.
  3. Transportadores ABC: son proteínas de membrana que transportan pequeñas moléculas. Ejemplos: el transportador de colesterol ABCG1, el transportador MDR (resistencia a multidrogas).

Transportadores acoplados

El transporte de un ión o molécula es concomitante con otro soluto. En este caso, el soluto en mayor concentración de un lado de la membrana pasa al otro lado y promueve el movimiento del soluto de menor a mayor concentración. Los transportadores impulsados por gradientes iónicos se llaman también transporte activo secundario.

Se lleva a cabo por proteínas transportadoras conocidas como simportadoras y antiportadoras. Un simportador o cotransportador transporta un soluto siguiendo su gradiente de concentración en la misma dirección que otro soluto en contra del gradiente de concentración.

Por ejemplo, el cotransportador de glucosa dependiente de sodio del intestino delgado. En este caso, la glucosa y el sodio del interior del intestino son absorbidas al interior de la célula intestinal.

Las células epiteliales del intestino o riñón poseen una gran cantidad de simportadores que son impulsados por el gradiente del ión sodio Na+, siendo más concentrado en el exterior de la célula.

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En las bacterias, el transporte de lactosa está acoplado al transporte de iónes hidrógeno H+.

Un antiportador o intercambiador realiza la transferencia de solutos en direcciones opuestas. Por ejemplo, el antiportador de sodio/protón Na+/H+ entra sodio a la célula y sale protón al exterior.

Bombas activadas por luz

Predominante en bacterias y arqueas, este transporte de solutos se lleva a cabo de menor a mayor concentración gracias a la captación de energía lumínica. Por ejemplo, las bacteriorhodopsinas y las halorhodopsinas son bombas de protones activadas por la luz.

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Ana Zita
Ana Zita
Doctorado en bioquímica del Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas con licenciatura en bioanálisis de la Universidad Central de Venezuela. Investigadora con más de diez años de experiencia en instituciones científicas en Venezuela y Australia. Actualmente divide la redacción de contenidos educativos con la agricultura científica.