Transporte de membrana

TIPOS DE PROTEINAS QUE INTERVIENEN EN LA PERMEABILIDAD DE LA MEMBRANA CELULAR

Podemos encontrar un tipo de proteínas que intervienen en la permeabilidad de la membrana, las proteínas integrales. Las proteínas integrales son aquellas que cruzan la membrana y aparecen a ambos lados de la capa de fosfolípidos. La mayor parte de estas proteínas son glicoproteinas, proteínas que tiene unidos uno varios monosacáridos. La parte de carbohidrato de la molécula está siempre de cara al exterior de la célula

Estas unas proteínas especializadas tanto en el transporte de moléculas necesarias para el metabolismo como en la creación y modificación de los gradientes electroquímicos, podemos agruparlas en tres tipos: bombas, transportadores y canales.

Las bombas son proteínas integrales que transportan iones o moléculas de un lado a otro de la membrana en contra de sus gradientes de concentración, con gasto de energía. Las bombas son creadoras de gradientes puesto que transforman energía química o electromagnética (luz) en gradiente electroquímico. No existe una gran diversidad molecular de bombas por lo que pueden clasificarse en:

a) Usan la luz como fuente energética. Por ejemplo, la bacteriorodosina utiliza a la luz para crear un gradiente de protones en las membranas de algunos procariotas.

b) Utilizan potenciales de óxido-reducción para crear gradientes. Los complejos de las cadenas de transporte de electrones de las mitocondrias aprovechan cambios de óxido-reducción para mover protones desde la matriz al espacio intermembranoso, entre las dos membranas.

c) Usan ATP como fuente de energía. Dentro de este grupo hay varios tipos. Las hay que introducen protones en los orgánulos, como las presentes en las membranas de los lisosomas que producen pH ácidos para permitir la degradación de moléculas. A este grupo también pertenecen las ATPasas de las mitocondrias y de los cloroplastos que realizan el proceso contrario, utilizan un gradiente de protones para sintetizar ATP. Aunque también pueden consumir ATP para producir un gradiente de protones. Otro tipo de bombas que utilizan ATP transportan iones de un lado a otro de la membrana. Una de las más importantes es la ATPasa de Na⁺/K⁺, (figura 1) responsable de la creación de los gradientes iónicos de las membranas plasmáticas que permite la excitabilidad de las neuronas, de las células musculares y la absorción de los alimentos por las células del aparato digestivo. A este grupo pertenecen también las bombas que transportan cationes como el calcio. Por último tenemos los bombas denominadas ABC que usan ATP para mover una gran variedad de moléculas entre ambos lados de la membrana. Aparecen en todas las células conocidas y son capaces de transportar una gran variedad de sustratos que van desde iones, monosacáridos, aminoácidos, hasta poliscáridos y polipéptidos.

Los transportadores son proteínas integrales que usan gradientes electroquímicos para mover moléculas entre ambos lados de la membrana. Este tipo de movimiento se denomina difusión facilitada. Los transportadores son muy numerosos, y aparecen en todas las membranas de la célula. El mecanismo de transporte supone un reconocimiento de la molécula o moléculas a las que van a transportar y un cambio conformacional del transportador que posibilita el trasiego de las moléculas entre ambos lados de la membrana. El transporte puede ser de distintos tipos. El transporte uniporte supone mover una molécula a favor de su gradiente de concentración. El cotransporte permite la translación simultánea de dos moléculas entre ambos lados de la membrana. Si el sentido en el que viaja una moléculas es contrario al de la otra se denomina antiporte y si las dos moléculas viajan en el mismo sentido se denomina simporte (figura 2). En los movimientos de cotransporte uno de las moléculas suele viajar a favor de gradiente de concentración y utiliza esa fuerza para mover a la otra molécula que viaja en contra de su gradiente de concentración. Los transportadores que realizan antiporte suelen intercambiar elementos parecidos: catión por catión, anión por anión, azúcar por azúcar, etc. Sin embargo, en el simporte se pueden transportar moléculas diferentes. Por ejemplo, en las células intestinales se emplea el gradiente de Na⁺ para incorporar D-glucosa.

Los canales son proteínas integrales que crean poros o conductos hidrofílicos que comunican ambos lados de la membrana. Tienen la propiedad de poder abrir o cerrar dicho conducto según ciertas condiciones. Su principal función es regular los gradientes iónicos entre ambos lados de la membrana, por tanto alterar el potencial eléctroquímico de ésta, hecho que se transformará en información para la célula. También son necesarios para la secreción o absorción de sustancias. En cualquier caso es siempre un transporte pasivo puesto que los iones siempre viajan a favor de gradiente de concentración y la selección de los iones por los distintos tipos de canales depende del diámetro del canal hidrofílico. Hay una gran diversidad de canales: canales de sodio, de potásio, de calcio, de cloro, de agua (acuaporinas), etc. La apertura o cierre del canal puede modularse, si cambia con la variación del potencial electroquímico de la membrana se denominan canales dependientes de voltaje (figura 3). También pueden modularse por la unión de ligandos o por modificaciones covalentes, por ejemplo por fosforilación (figura 4).

Los canales realizan funciones trascendentales para el organismo como la excitabilidad neuronal, contracción muscular, prevención de la poliespermia temprana, etc.

Figura 1: Bomba sodio/potasio