Membrana plasmática: transporte activo

La membrana celular o membrana plasmática es una delgada capa semipermeable que rodea el citoplasma celular. Su función es proteger la integridad del interior de la célula y regular el paso de las sustancias.

¿Qué es el transporte celular?

Se define como transporte celular al movimiento a través del cual las sustancias entran o salen de las células, este movimiento es regulado por la membrana plasmática. Al ser la membrana una estructura semipermeable, tiene un control sobre todo aquello que puede entrar o salir de las células.

La membrana plasmática es una estructura semipermeable.

La membrana plasmática de cualquier célula contiene una variedad de estructuras que le ayudan a mantener el equilibrio interno de las mismas, estas estructuras participan en alguno de los dos tipos de transporte celular, sean el pasivo o el activo.

El transporte celular es un mecanismo sumamente importante para la célula porque le permite expulsar de su interior todas las sustancias de desecho provenientes del metabolismo o incorporar aquellas que sean necesarias para la nutrición.

¿Cuáles son los tipos de transporte celular?

Son dos los mecanismos principales que le permiten a la célula mover sustancias a través de la membrana plasmática: el transporte pasivo y el transporte activo. La diferencia principal entre ambos procesos radica en el gasto de energía, mientras que en uno es necesario el gasto de moléculas de ATP, en el otro no hacen falta.

En el transporte activo es necesario el gasto de moléculas de ATP.

¿Qué es el transporte activo?

Definimos el transporte activo como aquel proceso de intercambio de sustancias a través de la membrana celular en el que es necesario el uso de energía en forma de adenosin trifosfato (ATP). El gasto de energía es necesario ya que, a diferencia del transporte pasivo, este se realiza en contra de un gradiente de concentración, es decir, la concentración de la sustancia dentro de la célula es mayor que en el medio extracelular o viceversa.

¿Sabías qué...?
Cuando las moléculas son muy grandes y de alto peso molecular, las células crean vesículas membranosas que les permiten englobar las sustancias nutritivas o de desecho, para incluirlas o eliminarlas, este mecanismo también requiere el uso de energía y se divide en dos: endocitosis y exocitosis.

A través de la membrana y en contra del gradiente de concentración, se pueden mover desde pequeños iones y moléculas, hasta grandes sustancias de desecho que necesitan ser eliminadas. Algunas células son incluso capaces de engullir microorganismos unicelulares enteros.

¿Qué es un gradiente electroquímico?

Un gradiente electroquímico es una diferencia eléctrica entre el medio intracelular y extracelular. Se produce a causa de que las células contienen proteínas, en su mayoría cargadas negativamente e iones que entran y salen, lo que provoca que haya una diferencia de carga entre ambas zonas.

Movimiento a través de un gradiente: tipos de transporte activo

Para mover sustancias en contra de un gradiente electroquímico, la célula debe usar energía en forma de ATP y complejos enzimáticos encargados de realizar dichos procesos, dentro de ellos se encuentran las bombas sodio potasio y las proteínas transportadoras.

El transporte activo mantiene equilibrada las concentraciones de iones y otras sustancias necesarias para la supervivencia de las células.

Transporte activo primario

  • Bomba Na+/K+: es un conjunto de proteínas situadas en la membrana que se encargan de transportar iones en contra de un gradiente de concentración. En el interior de las células la concentración de sodio (Na+) es baja en comparación con el medio extracelular, y la concentración de potasio (K+) es más alta que en el medio extracelular.

Lo que hace la bomba de Na+/K+ es regular estos iones y permite el intercambio entre el medio extracelular e intracelular, es decir, bombea Na+ al medio extracelular y K+ al medio intracelular, el número de iones que bombea es tres iones de sodio por cada dos de potasio.

Bomba sodio potasio en acción.
  • Bomba Ca+: es un conjunto de proteínas que se encarga de transportar los iones de Ca2+ hacia el exterior de la célula con el fin de mantener el medio intracelular con una concentración baja.

Transporte activo secundario

Se conoce también como cotransporte, para llevar a cabo el transporte las proteínas utilizan la energía proveniente del potencial electroquímico creado por las bombas de iones con el fin de intercambiar una molécula de un lado a otro, es decir, una molécula entra y arrastra consigo una molécula hacia afuera. Los cotransportadores son:

  • Antiporte: es una proteína de membrana integral que se encarga de mover un ión o molécula en una dirección mientras mueve otra en dirección contraria. El “anti” en antiporte significa “en contra”, y de manera práctica sería como una puerta de admisión que sólo permite entrar a unos pocos si algunos salen al mismo tiempo.
Transporte activo de tipo antiporte.
  • Simporte: Es una proteína de membrana integral que mueve dos iones en la misma dirección. “Sim” de simporte significa “lo mismo”, es decir, dos sustancias que se mueven en la misma dirección. En sentido práctico, sería como una puerta de admisión que permite la entrada de dos al mismo tiempo.
Transporte activo de tipo simporte.
ATPasa

Son un complejo multienzimático que se localiza en la membrana plasmática y que tiene como función principal la formación del ATP. Pueden ser muy diversas y se clasifican según su función, sea catabólica, anabólica o de ósmosis, un ejemplo común de estas enzimas es la bomba Na+/ K+.

Ciclo de Krebs: respiración celular

Después de la glucólisis, sigue otro mecanismo de la respiración celular que consta de múltiples etapas: el ciclo de Krebs, también conocido como el ciclo del ácido cítrico o el ciclo de ácido tricarboxílico.

¿Qué es el ciclo de Krebs?

Ciclo de ácido tricarboxílico, también conocido como ciclo de Krebs o ciclo de ácido cítrico, es la segunda etapa del proceso de respiración celular, mecanismo mediante el cual las células vivas descomponen moléculas de combustible orgánico en presencia de oxígeno para recoger la energía que necesitan para crecer y dividirse.

 

Se lleva a cabo en las mitocondrias, específicamente en la matriz, a excepción de las bacterias.

El ciclo de Krebs desempeña un papel central en la descomposición o catabolismo de moléculas de combustible orgánico, es decir, la glucosa, los ácidos grasos y algunos aminoácidos. Antes de que estas moléculas puedan entrar en el ciclo, deben ser degradadas en un compuesto de dos carbonos llamado acetil coenzima A (acetil CoA).

El ciclo de Krebs se produce en la mayoría de los organismos, tanto animales como vegetales.

¿Qué es el acetil CoA?

Es una molécula sintetizada a partir del piruvato e imprescindible para la síntesis de sustancias como: ácidos grasos, colesterol acetilcolina. Está formado por un grupo acetil unido a la coenzima A, el cual finalmente es degradado en CO2 H2O a través del ciclo de Krebs, la síntesis de ácidos grados o la fosforilación oxidativa.

El acetil CoA, es una molécula sumamente energética.

Etapas del ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs consiste en ocho etapas catalizadas por ocho enzimas diferentes. Se inicia cuando el acetil CoA reacciona con un compuesto denominado oxaloacetato para formar citrato y liberar coenzima A (CoA-SH).

¿Sabías qué...?
El ciclo de Krebs en total forma 1 molécula de GTP, NADH y FADH2, las cuales en su paso por la cadena transportadora de electrones, realizada en la mitocondria, serán transformadas por ATP sumamente energética. 

Luego, el citrato se reordena para formar isocitrato; el cual posteriormente pierde una molécula de dióxido de carbono y sufre oxidación para formar alfa-cetoglutarato; seguidamente éste pierde una molécula de dióxido de carbono y se oxida para formar succinil CoA; el succinil-CoA se convierte en succinato y se oxida a fumarato, el cual se hidrata para producir malato, finalmente el malato se oxida a oxaloacetato.

Reacciones del ciclo de Krebs.

Reacción 1: citrato sintasa

La primera reacción del ciclo de Krebs es catalizada por la enzima citrato sintasa, durante esta etapa, el oxaloacetato, un intermediario metabólico, se une con el acetil-CoA para formar ácido cítrico. Una vez unidas las dos moléculas, una de agua ataca al acetilo para provocar la liberación de la coenzima A.

Reacción 2: acontinasa

La siguiente reacción del ciclo del ácido cítrico es catalizada por la enzima acontinasa. En esta reacción, una molécula de agua se retira del ácido cítrico y se coloca en otra ubicación. El efecto de esta conversión es que el grupo -OH se mueve de la posición 3′ a la posición 4′ sobre la molécula, esto trae como consecuencia la transformación de citrato a isocitrato.

Reacción 3: Isocitrato deshidrogenasa

En esta etapa ocurren dos eventos dependientes de la enzima isocitrato deshidrogenasa, localizada en la mitocondria. En la primera fase dicha enzima cataliza la oxidación del isocitrato, el cual se transforma en oxalsuccinato (un intermediario), lo que libera una molécula de NADH formada a partir de NAD.

Seguidamente, se produce la descarboxilación (liberación del CO2) del oxalsuccinato, lo que conlleva a la formación de alfa-cetoglutarato, una molécula compuesta por dos grupos carboxilos en los extremos y una cetona en posición alfa a uno de los carboxilos.

Reacción 4: alfa-cetoglutarato deshidrogenasa

Durante esta reacción se produce otra descarboxilación, el alfa-cetoglutarato es quien pierde la molécula de dióxido de carbono y en su lugar se añade la coenzima A. Esta descarboxilación se produce con la ayuda de NAD, quien es transformado durante el proceso en NADH.

La enzima catalizadora de esta reacción es la alfa-cetoglutarato deshidrogenasa u oxoglutarato deshidrogenasa, como resultado de esta etapa se forma la molécula succinil CoA.

Reacción 5: succinil CoA sintetasa

La enzima succinil-CoA sintetasa es la protagonista de esta reacción y se encarga de catalizar la síntesis de trifosfato de guanosina o GTP. El GTP es una molécula muy similar en estructura y propiedades energéticas al ATP, por lo que puede ser utilizado por las células de la misma manera.

El GTP es formado por la adición de un grupo fosfato libre a una molécula de GDP. En esta reacción, el grupo fosfato libre ataca primero a la molécula de succinil-CoA lo que provoca la liberación de la coenzima A. Después de que el fosfato se une a la molécula, se transfiere al GDP para formar GTP, el producto final es una molécula denominada succinato.

Reacción 6: succinato deshidrogenasa

La enzima succinato deshidrogenasa cataliza la eliminación de dos hidrógenos del succinato en la sexta reacción del ciclo del ácido cítrico. En esta etapa, una molécula de FAD, se reduce a FADH2 debido a que recibe los hidrógenos provenientes del succinato, de esta reacción se genera el fumarato.

Reacción 7: fumarasa

Esta reacción se produce gracias a la catálisis de la enzima fumarasa, la cual genera la adición de una molécula de agua en forma de OH al fumarato para dar lugar a la molécula L-malato.

Reacción 8: malato deshidrogenasa

Es la reacción final del ciclo, en ella es regenerado el oxaloacetato mediante la oxidación del L-malato, se utiliza otra molécula de NAD como aceptor de hidrógeno y se forma un NADH.

Energía en los alimentos

La mayor parte de nuestra energía la obtenemos de nuestros alimentos, los cuales por varias reacciones metabólicas nos permiten obtener moléculas energéticas como el ATP, FADH2 y el NADH, por ejemplo, el ciclo de Krebs logra aprovechas el 62 % de la energía contenida en la glucosa.