Transporte Activo Primario

Definición del transporte activo primario

El TransporteActivo requiere energía porque las moléculas deben ir en contra de su gradiente de concentración. Cuando una molécula va en contra de su gradiente de concentración, pasa de una concentración baja a una alta. Esto significa que si, digamos, las moléculas de cloruro son más altas dentro que fuera de la célula, el cloruro tiene que entrar en la célula para ir en contra de su gradiente de concentración.

El transporte activo necesita energía porque las moléculas quieren ir con su gradiente de concentración, no contra él.

Las moléculas que van con su gradiente de concentración participan en el transporte pasivo. Algunos tipos comunes de transporte pasivo son la difusión simple, la difusión facilitada, la ósmosis y la filtración. La difusión simple es la difusión pasiva que no requiere la ayuda de Proteínas transportadoras.

Las Proteínas transportadoras son un tipo de proteína de transporte que ayuda al movimiento de las moléculas dentro y fuera de las células.

Las proteínas decanal son proteínas de transporte que hacen lo mismo que las proteínas transportadoras, salvo que difunden las moléculas más rápidamente porque no tienen que cambiar de forma.

Las proteínas son compuestos orgánicos que tienen diversas funciones, como actuar como enzimas, anticuerpos y componentes estructurales de nuestras células. Las enzimas aceleran nuestras reacciones químicas, mientras que los anticuerpos defienden nuestro organismo contra materiales extraños o antígenos.

Las moléculas que necesitan ayuda de las proteínas transportadoras lo hacen porque son polares o cargadas, demasiado grandes para difundirse a través de la célula o ambas cosas. Esto ocurre debido a la disposición de la membrana celular.

La membrana celular es una estructura que actúa como barrera, permitiendo que determinadas cosas entren y salgan de la célula. Las proteínas transportadoras suelen estar incrustadas en la membrana celular para ayudar a las moléculas que necesitan entrar en la célula, pero que no pueden difundirse en ella directamente.

La membrana celular está formada por fosfolípidos que tienen una cabeza hidrófila y una cola hidrófoba. Hidrófilo significa amante del agua e hidrófobo significa que odia el agua. Las moléculas amantes del agua son polares, mientras que las moléculas que la odian son apolares. Las cabezas de los fosfolípidos miran hacia el exterior, mientras que las colas miran hacia el interior de la célula, por lo que las moléculas hidrófilas no pueden entrar sin ayuda de las proteínas. En la Figura 1 se muestra una imagen detallada de la estructura de la membrana celular.

Figura 1: Estructura de la membrana celular. Wikimedia, LadyofHats.

Ladifusión facilitada es un transporte pasivo que requiere la ayuda de proteínas transportadoras, como transportadores o canales.

La ósmosis es el transporte pasivo de líquidos, como el agua, a través de la membrana selectivamente permeable de la célula.

Lafiltración implica una presión física que fuerza al líquido a atravesar una membrana selectivamente permeable como las que tienen nuestras células. La filtración suele referirse al empuje de la sangre a través de las paredes de los capilares.

Ejemplo de transporte activo primario

El transporte activoprimario es un tipo de transporte activo en el que interviene directamente el ATP. La bomba de sodio-potasio (Fig. 2) es uno de los ejemplos más famosos de transporte activo primario.

La bomba de sodio-potasio (Na⁺/K⁺ ) forma parte integral de nuestro cuerpo, ya que impulsa los impulsos nerviosos. Los impulsos nerviosos envían mensajes de las distintas partes del cuerpo a la médula espinal y al cerebro. Permiten que tu cuerpo se comunique con tu cerebro dándole información útil sobre tu entorno. Por ejemplo, si tocas una estufa caliente, sentirás una sensación de dolor, que te permitirá retirar la mano antes de que te la dañes más.

La bomba de sodio-potasio funciona como sigue:

1. A una proteína transportadora se le unen tres iones de sodio.

2. La hidrólisis de ATP da lugar a ADP debido a la liberación de un grupo fosfato. Este grupo fosfato se une a la bomba de sodio-potasio y suministra la energía, provocando un cambio conformacional en la proteína portadora.

3. La bomba o proteína transportadora experimenta un cambio conformacional que permite a los iones sodio \((Na^+)\) atravesar la membrana y salir de la célula.

4. La forma conformacional de la proteína transportadora permite que dos iones potasio ((K^+)\) se unan a ella.

5. El grupo fosfato se libera de la bomba, con lo que la proteína portadora recupera su forma original.

6. Este cambio de forma permite que dos potasios ((K^+)\) atraviesen la membrana y entren en la célula.

Figura 2: Ilustración de la bomba de sodio-potasio. Wikimedia, LadyofHats.

Transporte activo primario frente a secundario

La bomba de sodio-potasio es un ejemplo de transporte activo primario porque el ATP se une directamente a la bomba. El transporte activo secundario es otro tipo de transporte activo. A diferencia del transporte activo primario, el transporte activo secundario no utiliza ATP directamente.

En lugar de ello, el transporte activo secundario acopla o empareja las proteínas de transporte al movimiento de iones o moléculas cargadas que descienden por su gradiente de concentración o electroquímico hacia otra molécula que se mueve contra su gradiente de concentración o electroquímico.

La bomba de sodio-glucosa es un ejemplo de transporte activo secundario:

• A las células les gusta mantener una mayor concentración de sodio en el exterior y una mayor concentración de potasio en el interior de la célula. La bomba de sodio-glucosa funciona mediante una proteína transportadora que se une a la glucosa y a dos iones de sodio simultáneamente. Esto se debe a que ni la glucosa ni el sodio quieren ir en contra de su gradiente, por lo que el sodio desea entrar en la célula mientras que la glucosa no.

• La diferencia en el gradiente de energía resultante de que el sodio quiera entrar en la célula impulsa a la glucosa a entrar en la célula con él. La célula tiene que utilizar la bomba de sodio-potasio mencionada anteriormente para volver a expulsar los iones de sodio.

• La bomba de sodio-glucosa es un transporte activo secundario porque acopla el movimiento del sodio por su gradiente de concentración con el movimiento de la glucosa, que, a diferencia del sodio, va en contra de su gradiente de concentración. Esto se muestra gráficamente en la Figura 3.

Figura 3: Ilustración de la bomba de sodio-glucosa. Wikimedia, LadyofHats.

Diagrama del transporte activo primario

Los transportes activos pueden clasificarse en función de la dirección en la que viajan las moléculas y de cuántas hay. Los tipos de transport adores son antiportadores, uniportadores y simportadores, como se muestra en la Figura 4.

• Losuniportadores son transportadores que sólo mueven un tipo de molécula.

• Lossimportadores transportan dos tipos de moléculas en la misma dirección. Un ejemplo de simportador es la bomba de sodio-glucosa.

• Losantiportadores transportan dos tipos de moléculas pero en direcciones opuestas. Un ejemplo de antiportador es la bomba de sodio-potasio.

Figura 4: Ilustración de los tipos de transportadores. Wikimedia, Lupask.

El gradiente electroquímico es un gradiente que consta de un aspecto químico y otro eléctrico, de ahí su nombre. El gradiente químico se crea por la diferencia de concentración de moléculas dentro y fuera de la membrana. En cambio, el gradiente eléctrico se crea por la diferencia de carga dentro y fuera de la membrana. Como el gradiente electroquímico tiene que ver con las cargas, se produce cuando intervienen iones o moléculas polares.

Los gradientes electroquímicos son esenciales en procesos como la Fotosíntesis y la Respiración celular. Esto se debe a que ambos Procesos Biológicos necesitan generar ATP. En la Fotosíntesis, el ATP se genera mediante reacciones dependientes de la luz en los cloroplastos. Mientras que en la Respiración celular, se produce en el paso final llamado cadena de transporte de electrones (ETC). El proceso de la ETC se ilustra en la Figura 5 y se trata de complejos proteicos que crean un gradiente electroquímico para alimentar la ATP sintasa y crear ATP.

Otros usos de los gradientes electroquímicos son los Impulsos Nerviosos a través de la bomba de sodio-potasio, la secreción hormonal e incluso la Contracción Muscular. La bomba de sodio-potasio utiliza un gradiente electroquímico porque la concentración de iones difiere dentro y fuera de la célula. Como la bomba de sodio-potasio trabaja con iones, las cargas también son diferentes.

Figura 5: Ilustración de la cadena de transporte de electrones. Wikimedia, LadyofHats.

Tipos primarios de transporte activo

Los tipos de transportes activos primarios son

• ATPasas de tipo P

  • Son bombas de iones y lípidos que se encuentran en eucariotas y procariotas. Ejemplos de este tipo de transportadores son la bomba de sodio-potasio.

  • Los organismosprocariotas son organismos unicelulares sin orgánulos unidos a membranas, como las Archaea y las Bacterias.

  • Loseucariotas son organismos multicelulares o unicelulares que tienen orgánulos unidos a membranas. Están formados por Animales, Plantas, Hongos y Protistas.

  • El tipo P significa que estos transportadores pueden autofosforilarse. La autofosforilación consiste en que la quinasa se añade a sí misma un grupo fosfato. En la bomba de sodio-potasio, la proteína transportadora cambia de forma tras su fosforilación.

  • En el ser humano, estas ATPasas controlan los impulsos nerviosos, la relajación muscular y otros Procesos Biológicos.

• F-ATPasa

  • Este tipo de transportadores se encuentran en las Mitocondrias y los Cloroplastos.

  • Producen ATPs permitiendo que los protones desciendan por su gradiente electroquímico.

• Transportador ABC

  • ABC significa casete de unión a ATP. Este tipo de transportador acopla los grupos fosfato o la energía que obtenemos mediante la hidrólisis de ATP con los movimientos de las moléculas a través de las membranas.

  • Los transportadores ABC se encuentran tanto en organismos procariotas como eucariotas.

  • Los transportadores ABC intervienen en la transducción de señales, la secreción de proteínas, la resistencia a los antibióticos, etc.

  • Estos transportadores pueden estar implicados en enfermedades como la fibrosis quística. La fibrosis quística es una enfermedad genética que provoca muchas infecciones pulmonares que dificultan la respiración de los afectados.

• V-ATPasa

  • V-ATPasa significa ATPasas vacuolares transportadoras de protones y se encuentra en organismos eucariotas.

  • Estos transportadores se encuentran en muchas células, como los espermatozoides y los riñones. Las V-ATPasas ayudan al transporte acoplado y a mantener estable el pH. Por ejemplo, acidifican el esperma para ayudarle a atravesar la membrana celular del óvulo.