¿En qué se parece la membrana plasmática y el control migratorio de un aeropuerto? La membrana plasmática de las células, como en un control de migración, controla y regula el paso. En este caso, en vez de personas a través de una frontera, la membrana regula el paso de sustancias entre el interior y el exterior celular. Existen diferentes tipos de mecanismos, tanto pasivos (no necesitan energía) como activos (necesitan energía), que permiten el transporte de sustancias de baja masa molecular a través de la membrana. Pero, ¿Qué ocurre cuando las sustancias son tan grandes que es simplemente imposible que pasen a través de la membrana? Por ejemplo, ¿Cómo pueden las células del sistema inmune engullir bacterias enteras o trozos de células? En estos casos, las células utilizan su propia membrana plasmática como medio de transporte.
- Este artículo trata acerca de la endocitosis y la exocitosis, dos procesos elementales del transporte a través de la membrana.
- Comenzaremos definiendo y explicando la permeabilidad selectiva de la membrana plasmática.
- Luego, estudiaremos los diferentes mecanismos de transporte de sustancias a través la membrana plasmática.
- En seguida, veremos qué es la transcitosis y su papel en algunos procesos celulares esenciales.
- A continuación repasaremos qué es la endocitosis, cuál es su importancia y qué tipos de endocitosis hay.
- Finalmente, revisaremos el proceso de exocitosis, su importancia y los diferentes tipos de exocitosis que existen.
Permeabilidad selectiva de la membrana plasmática
La permeabilidad selectiva de la membrana plasmática se refiere a la capacidad de una membrana de permitir el paso de algunas sustancias y bloquear el paso de otras. La permeabilidad selectiva es una característica dada por la composición y la estructura de la membrana.
La membrana plasmática está formada por una doble capa de fosfolípidos, llamada bicapa lipídica. La bicapa de fosfolípidos actúa como una barrera estable entre dos medios acuosos (el medio intracelular y extracelular). Las colas hidrofóbicas de los fosfolípidos se adhieren y agrupan en el interior de la membrana, mientras que las cabezas hidrofílicas están orientadas hacia el exterior de la membrana y expuestas a los medios acuosos.
La membrana plasmática es una estructura semipermeable que rodea la célula y separa su contenido externo del entorno exterior, regulando el intercambio de sustancias entre ambos compartimientos.
Fig.1: La estructura plasmática de la membrana causa la permeabilidad selectiva
Esta configuración permite que:
- Las moléculas pequeñas y no polares —como el oxígeno y el dióxido de carbono— puedan atravesar la bicapa de fosfolípidos por difusión simple, porque las colas que forman el interior son apolares también.
- Las moléculas más grandes y polares —como la glucosa, los electrolitos y los aminoácidos— no puedan atravesar la membrana, ya que son repelidas por las colas hidrofóbicas no polares en el interior de la membrana. Por esta razón, necesitan ser transportadas por proteínas de membrana, como las proteínas transportadoras o proteínas de canal. Este proceso se conoce como difusión facilitada.
Si quieres saber más acerca de la difusión simple y facilitada, échale un vistazo a nuestro artículo sobre Difusión celular
Transporte de sustancias a través la membrana plasmática
Las moléculas pueden transportarse a través de la membrana de forma pasiva o activa. Los mecanismos de transporte pasivo no requieren aporte de energía; es decir, se realizan de manera espontánea. Esto se debe a que las moléculas se mueven a favor de un gradiente electroquímico. Dependiendo de la naturaleza de las moléculas transportadas, las dos formas de transporte pasivo son:
- La difusión simple
- La difusión facilitada
El gradiente electroquímico hace referencia a la diferencia en el potencial eléctrico y la concentración a ambos lados de la membrana.
Una sustancia se mueve a favor del gradiente electroquímico cuando se desplaza desde un medio con mayor concentración a un medio con menor concentración y hacia un medio con carga opuesta, a través de una membrana. El gradiente electroquímico genera una fuerza neta que permite a las moléculas viajar a favor de gradiente sin gasto de energía; es decir, de forma pasiva.
Los mecanismos de transporte activo requieren aporte o consumo de energía. Esto se debe a que las moléculas se mueven en contra de un gradiente electroquímico. El transporte activo se realiza con la ayuda de un grupo de proteínas transportadoras de membrana, que se conocen como bombas.
Pero ¿Qué ocurre cuando la célula quiere transportar partículas que, por su gran tamaño, no pueden atravesar la membrana plasmática usando los mecanismos anteriores? En ese caso, la célula utiliza diferentes tipos de transporte activo (que requieren energía) en los que partes de la membrana plasmática se utilizan para crear vesículas de membrana capaces de transportar este tipo de partículas. Estas vesículas son capaces de fusionarse con la membrana plasmática para permitir la entrada y la salida de moléculas, procesos que en su conjunto se conocen como transcitosis.
Dentro del proceso de transcitosis se distinguen dos mecanismos.
- Endocitosis: transporte al interior de la célula.
- Exocitosis: transporte al exterior de la célula.
¡Conozcamos en más detalle la transcitosis, la endocitosis y la exocitosis!
¿Qué es la transcitosis?
La transcitosis es un proceso de transporte celular en el que una sustancia, como una proteína, un lípido o una molécula de señalización, es transportada a través de una célula desde un lado de la membrana celular hasta el otro, utilizando vesículas de transporte.
La transcitosis combina la endocitosis y la exocitosis para permitir que sustancias o partículas de elevado peso molecular atraviesen el citoplasma celular, de polo a polo, sin ser modificadas.
Fig. 3: Las células capturan moléculas grandes del medio extracelular, las incorporan en vesículas, las transportan a través de la célula y las liberan en el lado opuesto de la membrana plasmática.
Veamos algunos ejemplos de procesos biológicos en los que se produce la transcitosis:
Absorción de nutrientes en el intestino delgado: La transcitosis permite la absorción de proteínas y lípidos grandes en el intestino delgado, que de otra manera no podrían atravesar la barrera intestinal.
Transferencia de inmunoglobulinas a través de la placenta: Durante el embarazo, la transcitosis permite la transferencia de anticuerpos maternos de la madre al feto a través de la placenta, lo que ayuda a protegerlo de infecciones.
Defensa inmunitaria: La transcitosis permite el transporte de los anticuerpos a través de las células para combatir las infecciones.
¿Qué es la endocitosis?
La endocitosis es un tipo de transporte activo por el que una célula engulle sustancias o partículas de elevado peso molecular procedentes del medio extracelular.
La membrana plasmática de la célula se deforma hacia el interior (invaginación), plegándose sobre la sustancia o partícula, hasta que esta queda totalmente rodeada por la membrana. Entonces, se produce la estrangulación de la invaginación, lo que origina una vesícula de membrana que se separa de la membrana plasmática y transporta las sustancias o partículas al interior de la célula.
¿Cuál es la importancia de la endocitosis?
La endocitosis desempeña un papel importante en:
La absorción de nutrientes necesarios para el crecimiento y la reparación celular (por ejemplo, la absorción de nutrientes a través de las vellosidades intestinales del intestino delgado).
La eliminación de patógenos extraños que puedan ocasionar infecciones.
La eliminación las células viejas y apoptóticas (células que sufren una muerte programada).
Tipos de endocitosis
Existen tres tipos de endocitosis:
Fagocitosis
La fagocitosis es un tipo de endocitosis en la que la célula engulle partículas sólidas de gran tamaño procedentes del exterior celular.
Los microorganismos, las células apoptóticas y otras moléculas de más de 0,5 µm de diámetro se captan mediante la fagocitosis.
Por ejemplo, los fagocitos del sistema inmune utilizan este proceso para engullir bacterias y destruirlas. También, ciertos organismos unicelulares, como las amebas, utilizan la fagocitosis para captar nutrientes.
Durante la fagocitosis, se producen unas prolongaciones de la membrana llamadas pseudópodos, que rodean y atrapan a las partículas dentro de una vesícula de membrana revestida llamada fagosoma. Tras engullir la partícula, la vesícula se desprende de la membrana celular. Luego, los materiales fagocitados se transportan a los lisosomas, unos orgánulos de la célula que digieren o descomponen las partículas engullidas.
Pinocitosis
La pinocitosis es un tipo de endocitosis en la que la célula capta líquidos y partículas o sustancias disueltas.
Esto incluye enzimas, hormonas, iones y nutrientes. Las vesículas de membrana que se forman, conocidas como pinosomas, están revestidas de la proteína clatrina y son más pequeñas que los fagosomas. Al igual que en la fagocitosis, las vesículas que contienen el material endocitado se fusionan con los lisosomas celulares para su degradación o utilización.
Endocitosis mediada por receptores
La endocitosis mediada por receptores es un proceso endocitosis en el cual las células ingieren selectivamente moléculas específicas del ambiente extracelular mediante la interacción de estas con receptores de la superficie celular.
La endocitosis mediada por receptores es un tipo de endocitosis selectiva. Las partículas o sustancias (ligandos) deben unirse a receptores específicos que las reconocen, formando el complejo ligando-receptor. Es entonces cuando se forma una vesícula endocítica revestida de clatrina, que transporta las partículas o sustancias al interior celular.
La endocitosis mediada por receptores es utilizada, por ejemplo, por las células humanas para adsorber colesterol o hierro.
En la endocitosis mediada por receptores, las vesículas se forman en zonas específicas de la membrana llamadas fosas recubiertas o depresiones revestidas con clatrina.
¿Qué es la exocitosis?
La exocitosis es un tipo de transporte activo por el que una célula expulsa al exterior celular sustancias o partículas de elevado peso molecular procedentes del interior celular.
Las vesículas del interior de la célula (vesículas citoplasmáticas o secretoras), procedentes del aparato de Golgi, transportan las sustancias hacia la membrana plasmática. Entonces, se fusionan con ella y liberan su contenido al medio extracelular. De esta forma, se devuelven las partes de la membrana plasmática perdidas en los procesos de endocitosis.
¿Cuál es la importancia de la exocitosis?
La exocitosis desempeña un papel importante en:
La eliminación de productos de desecho del interior de la célula, como el dióxido de carbono y el agua, durante la respiración aeróbica.
La liberación de señales para la comunicación celular, como hormonas y neurotransmisores.
El transporte de proteínas y lípidos esenciales para el mantenimiento y reparación de la membrana celular.
Tipos de exocitosis
Existen dos tipos de exocitosis:
Exocitosis constitutiva
La exocitosis constitutiva es un proceso celular continuo y no regulado en el cual las vesículas secretoras liberan su contenido al espacio extracelular.
La exocitosis constitutiva tiene lugar continuamente en todas las células. Por defecto, las sustancias celulares que van a ser secretadas —incluidos los lípidos y proteínas de membrana recién sintetizados en el retículo endoplasmático— se procesan en diferentes etapas en el aparato de Golgi. Estas sustancias se transportan hacia la membrana plasmática en el interior de vesículas de secreción constitutiva, desde el aparato de Golgi. Una vez allí, se fusionan con la membrana celular y expulsan su contenido al medio extracelular.
Exocitosis regulada
La exocitosis regulada es un proceso celular controlado por señales extracelulares que estimulan la liberación de vesículas secretoras cargadas de moléculas específicas al espacio extracelular.
A diferencia de la exocitosis constitutiva, que tiene lugar de forma continua en las células, la secreción regulada se produce solo cuando se cumplen unas condiciones específicas. Este tipo de exocitosis es típico de células secretoras especializadas, que almacenan sus secreciones en vesículas secretoras. Las vesículas de secreción regulada también se originan en el aparato de Golgi; pero, a diferencia de las vesículas de secreción constitutivas, solo se fusionan con la membrana celular cuando la célula recibe una señal específica para iniciar el proceso de exocitosis.
Algunos ejemplos de exocitosis regulada son la liberación de hormonas y neurotransmisores.
Endocitosis y exocitosis - Puntos clave
- La permeabilidad selectiva de la membrana plasmática se refiere a la capacidad de una membrana de permitir el paso de algunas sustancias y bloquear otras.
- La permeabilidad selectiva es una característica derivada de la composición y la estructura de la membrana. La transcitosis es un tipo de transporte activo, que combina endocitosis y exocitosis, para permitir que sustancias o partículas de elevado peso molecular atraviesen el citoplasma celular de polo a polo, sin ser modificadas.
- La endocitosis es un tipo de transporte activo, por el que una célula engulle sustancias o partículas de elevado peso molecular procedentes de medio extracelular.
- Existen tres tipos de endocitosis:
- La fagocitosis.
- La pinocitosis.
- La endocitosis mediada por receptor.
- La exocitosis es un tipo de transporte activo por el que una célula expulsa al exterior celular sustancias o partículas de elevado peso molecular procedentes del interior celular.
- Existen dos tipos de exocitosis:
- La exocitosis constitutiva.
- La exocitosis regulada.
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