Procesos pasivos

Todos los procesos pasivos se caracterizan porque el movimiento neto de un determinado soluto está en base a la diferencia de las concentraciones: cuando existe una mayor concentración de un soluto al exterior de la célula, este se moviliza hacia el interior de la célula, y viceversa.

4.2.1.1 Difusión

La difusión describe el movimiento constante y aleatorio de las moléculas e iones cuando estas se encuentran en un medio acuoso y se trasladan de las zonas de mayor concentración hacia aquellas en las que la presencia de ese compuesto es mínima (baja concentración) hasta homogenizar la concentración del mismo en todo el sistema.

Figura 23. Proceso de difusión. Cuando un cubo de azúcar es (a) soltado en un vaso de agua, (b) las moléculas empiezan a disolverse y (c) a difundirse. En algún momento, (d) la difusión termina cuando las moléculas de azúcar se encuentran dispersas en el agua, tomado y adaptado de Biología por Raven & et al. (2013), p. 112.

Cubo de azúcar

Molécula de azúcar

Muchos compuestos requeridos por la célula, como la glucosa, los iones u otras fuentes energéticas, se movilizan hacia el interior de esta a través de canales específicos para estos que se encuentran ubicados en la membrana plasmática. Cada tipo de compuesto tiene un método de transporte específico que les permiten movilizarse entre el citoplasma y el fluido extracelular que rodea a la célula.

Los iones como el Ca2+ _{(un catión con un exceso de protones, cargas positivas) y el Cl}- (un anión con un exceso de electrones, cargas negativas), usan los llamados canales iónicos

que se encuentran hidratados (el agua es una sustancia polar e interactúa bien con compuestos cargados como los iones) en su interior permitiendo el paso a través de la membran sin interactuar con las colas hidrofóbicas de la bicapa fosfolipídica. Es necesario mencionar que, en su paso por entre la membrana, estos iones no interactúan, ni se unen ni se ven ‘ayudadas’ por las proteínas que conforman estos canales. El movimiento neto de los iones en una determinada dirección está determinado principalmente por la diferencia de concentración del mismo dentro y fuera de la célula (siempre se movilizan hacia la sección menos concentrada).

4.2.1.2 Difusión facilitada

Existen algunos iones u otros solutos, como azúcares y aminoácidos, que requieren de la ayuda de transportadores para transportarse a través de la membrana. Cada uno de estos transportadores es específica a cada compuesto químico, de igual manera a los canales iónicos descritos previamente, y pueden transportar al compuesto en cualquiera de las dos direcciones.

Estos transportadores se encuentran incrustados en la membrana y tiene una salida tanto al exterior como al interior de la célula. Actúan en el transporte de los compuestos al unirse

físicamente a este por uno de sus extremos, en uno de los lados de la membrana, transportándolo a través de su canal interno y liberándolo en el otro extremo. La dirección de este movimiento depende únicamente del gradiente de concentraciones entre el exterior y el interior de la célula: si la concentración de un determinado soluto es mayor en el citoplasma, es más probable que el transportador se una al compuesto al interior de la célula y lo libere al exterior de la célula, causando un movimiento neto del interior al exterior de la célula. El mecanismo se asemeja a la difusión simple, pero la diferencia radica en la ayuda brindada por los transportadores que facilitan el transporte del soluto.

Figura 24. Proceso de difusión facilitada. El soluto (cuadrados rojos), que se encuentra en mayor cantidad al exterior de la célula, es tomado por el transportador (cuerpo que atraviesa la membrana) por el extremo exterior, deformándose (variación del canal morado oscuro de los transportadores) hasta liberarlo en el interior de la célula; tomado de Biología por Raven & et al. (2013), p. 113.

Uno de los grandes problemas de este mecanismo radica en que puede sufrir un caso de saturación: cuando la concentración en uno de los lados de la membrana (al exterior o al

Fuera de la célula

interior de la célula) va en aumento, se incrementa la gradiente de concentraciones y, por lo tanto, también la rapidez del transporte del soluto en esta dirección solo hasta cierto punto, después del cual no habrá un incremento neto de esta rapidez. Esto se debe a que el número de transportadores es limitado en la membrana celular y, después de un determinado valor, todos estos se encuentran saturados en el transporte, no pudiendo aumentar la velocidad de difusión a través de la membrana celular, contrario a lo que sucede en la difusión simple.

4.2.1.3 Ósmosis

El citoplasma de la célula es una solución acuosa en la que se mezcla el soluto (iones y moléculas de azúcar, aminoácidos y otros) y el solvente (agua). Cuando existe una gradiente de concentraciones de solutos entre el medio exterior e interior de la célula, el agua tiene un movimiento neto a través de la membrana, usando los canales llamados acuaporinas, por un mecanismo de difusión llamado ósmosis.

Figura 25. Mecanismo de ósmosis, tomado de Principios de bioquímica por Nelson & Cox (2013), p. 58.

La concentración de todos los solutos en una solución determina lo que se conoce como concentración osmótica de la solución. Si dos soluciones tienen concentraciones osmóticas diferentes, la más concentrada es hiperosmótica y la de menos concentración, hipoosmótica. Si ambas tienen la misma concentración, las soluciones son isosmóticas. La dirección de la difusión del agua depende de la diferencia entre estas concentraciones osmóticas.

Por ejemplo, si el citoplasma de la célula fuera hipoosmótica con respecto al fluido extracelular, el agua se difundiría al exterior de la célula hacia la solución, que tiene mayor

Soluto extracelular

Soluto intracelular

(a) Solución isotónica, no hay movimiento

neto del agua

(b) Solución hipotónica, el agua se mueve hacia el

interior, creando una presión interna en la célula (b) Solución hipertónica, el

agua se mueve hacia el exterior, creando una presión

concentración. Esta pérdida de agua desde el citoplasma, hace que la célula se encoja hasta que las concentraciones osmóticas al interior y al exterior sean las mismas.