La membrana plasmática separa el contenido interno de una célula del espacio extracelular. Algunas moléculas pueden atravesar esta membrana, mientras que otras no. ¿Qué permite a la membrana plasmática regular el movimiento de moléculas? En este artículo hablaremos de la permeabilidad selectiva: su definición, causas y funciones. También la distinguiremos de un concepto relacionado: la semipermeabilidad.
¿Qué es la permeabilidad selectiva?
Piensa en la célula como un sitio exclusivo: algunos son invitados a entrar, mientras que otros se quedan fuera. Esto se debe a que la célula necesita tomar las sustancias necesarias para sobrevivir y protegerse de las sustancias nocivas de su entorno. La célula es capaz de regular la entrada de sustancias gracias a la permeabilidad selectiva de su membrana plasmática.
La permeabilidad selectiva se refiere a la capacidad de una membrana de permitir el paso de algunas sustancias y bloquear otras.
Las sustancias que atraviesan la membrana pueden hacerlo de forma pasiva (sin uso de energía) o de forma activa (con uso de energía).
Volviendo a nuestro escenario, la membrana plasmática puede considerarse como la puerta de entrada a un sitio exclusivo. Algunos asistentes al evento pueden pasar por la puerta porque tienen entradas para el evento, mientras que otros no. De entre los invitados con entrada, habrá algunos que puedan simplemente entrar, mientras que otros tendrán que ser acompañados, dependiendo del protocolo. De la misma manera, las sustancias pueden pasar a través de la membrana plasmática cuando se ajustan a ciertos criterios:
Las moléculas pequeñas no polares —como el oxígeno y el dióxido de carbono— pueden pasar fácilmente, mientras que las moléculas grandes polares —como la glucosa— deben ser transportadas (acompañadas).
Causas de la permeabilidad selectiva
La membrana plasmática tiene una permeabilidad selectiva, debido a la composición y estructura de los fosfolípidos que la forman.
Un fosfolípido es una molécula lipídica formada por la unión de una molécula de glicerina, dos cadenas de ácidos grasos y un grupo fosfato. El grupo fosfato constituye las denominadas cabezas hidrofílicas (atraen al agua) de un fosfolípido y las cadenas de ácidos grasos constituyen las denominadas colas hidrofóbicas (repelen el agua).
La membrana plasmática está formada por una doble capa de fosfolípidos, llamada bicapa de fosfolípidos (o lipídica). Los fosfolípidos están dispuestos con las colas hidrofóbicas hacia dentro de la membrana y las cabezas hidrofílicas hacia fuera. Esta estructura se ilustra en la figura 1.
La bicapa de fosfolípidos actúa como una barrera estable entre dos medios acuosos: las colas hidrofóbicas se adhieren y agrupan en el interior de la membrana, mientras que Las cabezas hidrofílicas están orientadas hacia el exterior, expuestas a los medios acuosos del interior y el exterior de la célula.
Algunas moléculas pequeñas y no polares —como el oxígeno y el dióxido de carbono— pueden atravesar la bicapa de fosfolípidos, porque las colas que forman el interior son no polares. Pero, otras moléculas más grandes y polares —como la glucosa, los electrolitos y los aminoácidos— no pueden atravesar la membrana, porque son repelidas por las colas hidrofóbicas no polares.
Tipos de transporte de la membrana plasmática - Permeabilidad selectiva
Como hemos mencionado anteriormente, el movimiento o transporte de sustancias a través de una membrana de permeabilidad selectiva puede producirse de forma activa o pasiva.
Transporte pasivo - Permeabilidad selectiva
Algunas moléculas no requieren el uso de energía (transporte pasivo) para atravesar una membrana.
Por ejemplo, el dióxido de carbono, producido como subproducto de la respiración, puede salir libremente de una célula por difusión.
La difusión es un fenómeno físico en el que moléculas en disolución se desplazan a favor de un gradiente de concentración. La difusión permite el movimiento de moléculas de zonas de mayor concentración a zonas de menor concentración, sin gasto de energía.
Se crea un gradiente de concentración cuando hay una diferencia en las cantidades de una sustancia a ambos lados de una membrana: un lado tendrá una mayor concentración de esta sustancia que el otro.
Otro tipo de transporte pasivo se llama difusión facilitada. Como hemos mencionado anteriormente, debido a su estructura, la membrana celular es impermeable a las moléculas polares (como los glúcidos) o cargadas (como los iones). Por tanto, se necesitan proteínas de membrana que permitan el transporte de estas moléculas cargadas.
La difusión facilitada es el mecanismo por el cual las proteínas de membrana transportan moléculas, a través de la bicapa de fosfolípidos, a favor de un gradiente de concentración, sin ningún gasto de energía.
Existen dos tipos de proteínas de membrana que participan en el proceso de difusión facilitada: las proteínas de canal y las proteínas transportadoras.
Transporte activo - Permeabilidad selectiva
Hay veces que se necesita energía (transporte activo) para transportar moléculas a través de la membrana. Esto suele implicar el paso de moléculas muy grandes o el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentración. En estos casos, las sustancias se transportan a través de una membrana utilizando la energía almacenada en forma de adenosín trifosfato (ATP).
Hay varias formas en las que puede tener lugar el transporte activo. Una de las formas de transporte activo es mediante el uso de proteínas alimentadas por ATP, denominadas bombas, que pueden transportar moléculas en contra de un gradiente de concentración.
Por ejemplo, la bomba de sodio-potasio transporta el sodio hacia el exterior de la célula y el potasio hacia el interior —que son direcciones en contra de gradiente—. La bomba de sodio-potasio es importante para mantener los gradientes iónicos en las neuronas. Este proceso se ilustra en la figura 2.
Otra forma de transporte activo se produce a través de vesículas de transporte formadas por bicapas lipídicas. Estas vesículas transportan moléculas en su interior y son capaces de fusionarse con la membrana plasmática para permitir la entrada o la salida de moléculas.
- Cuando se permite la entrada de una molécula en la célula, a través de una vesícula, el proceso se denomina endocitosis.
- Cuando una molécula es expulsada de la célula, a través de una vesícula, el proceso se denomina exocitosis.
Existen diferentes tipos de endocitosis y exocitosis. Algunos de estos procesos se ilustran en las figuras 3 y 4.
Si quieres saber más sobre la endocitosis, la exocitosis y sus diferentes tipos, échale un vistazo al artículo correspondiente.
Importancia de la permeabilidad selectiva de la membrana plasmática
La membrana plasmática es una membrana de permeabilidad selectiva que separa el contenido interno de la célula de su entorno exterior y controla el movimiento de las sustancias que entran y salen de la célula.
La importancia de la permeabilidad selectiva de la membrana plasmática recae en la habilidad de controlar el transporte de sustancias, al bloquearlo o permitirlo en cantidades específicas hacia el interior o exterior celular. De esta manera, los nutrientes, las moléculas orgánicas, los iones, el agua y el oxígeno entran en la célula; mientras que los desechos y las sustancias nocivas son bloqueados o expulsados fuera de la célula.
La permeabilidad selectiva de la membrana plasmática es esencial para mantener la homeostasis.
La homeostasis se refiere al equilibrio del estado interno de los organismos vivos que les permiten sobrevivir. Esto significa que variables como la temperatura corporal y los niveles de glucosa se mantienen dentro de ciertos límites.
Función de la permeabilidad selectiva de las membranas y ejemplos
Además de separar el contenido interno de la célula de su entorno —como en el caso de la membrana plasmática—, otra función de la permeabilidad selectiva de las membranas es la de mantener la integridad de los orgánulos dentro de las células eucariotas. Los orgánulos con membrana incluyen el núcleo, el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi, las mitocondrias y las vacuolas. Cada uno de estos orgánulos tiene funciones muy especializadas, por lo que las membranas de permeabilidad selectiva desempeñan un papel fundamental para mantenerlos compartimentados y en condiciones óptimas.
Por ejemplo, el núcleo está rodeado por una estructura de doble membrana, llamada envoltura nuclear. Que se trate de una doble membrana significa que hay una membrana interna y otra externa, ambas compuestas por bicapas de fosfolípidos. La envoltura nuclear controla el paso de iones, moléculas y ARN entre el nucleoplasma y el citoplasma.
La mitocondria es otro orgánulo con membrana y es responsable de la respiración celular. Para que la respiración celular se lleve a cabo con eficacia, las proteínas deben importarse selectivamente a la mitocondria. De esta manera, se mantiene la homeostasis interna de la mitocondria y se evita que se vea afectada por otros procesos que tienen lugar en el citoplasma.
¿Cuál es la diferencia entre una membrana semipermeable y una membrana de permeabilidad selectiva?
Tanto las membranas semipermeables como las de permeabilidad selectiva gestionan el movimiento de sustancias, permitiendo el paso de algunas sustancias y bloqueando otras. Estos términos suelen utilizarse indistintamente, pero tienen sutiles diferencias:
- Una membrana semipermeable permite o impide el paso de moléculas, en función de su tamaño, solubilidad u otras propiedades químicas o físicas. Implica procesos de transporte pasivo como la ósmosis y la difusión.
- En cambio, una membrana de permeabilidad selectiva determina qué moléculas pueden atravesarla, según diferentes criterios específicos (por ejemplo, la estructura molecular y la carga eléctrica). A través de una membrana de permeabilidad selectiva, se produce tanto transporte pasivo como activo.
Permeabilidad Selectiva - Puntos clave
- La permeabilidad selectiva se refiere a la capacidad de una membrana de permitir el paso de algunas sustancias y bloquear el de otras.
- La membrana plasmática tiene permeabilidad selectiva debido a su estructura: la bicapa de fosfolípidos está compuesta por fosfolípidos dispuestos con las colas hidrofóbicas hacia el interior de la membrana y las cabezas hidrofílicas hacia el exterior de la membrana.
- El movimiento de sustancias a través de una membrana de permeabilidad selectiva puede producirse mediante transporte activo (requiere energía) o pasivo (no requiere energía).
- La permeabilidad selectiva de la membrana plasmática es esencial para mantener la homeostasis.
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