Membrana semipermeable
Definición de membrana semipermeable
Una membrana semipermeable es una capa por la que solo pueden pasar determinadas moléculas. Las membranas semipermeables pueden ser tanto biológicas como artificiales.Incluyen una variedad de materiales diseñados para fines de filtración, como los que se usan en la ósmosis inversa, que solo permiten el paso del agua. Las membranas biológicas de las células son creadas por dos láminas de fosfolípidos, que contienen una cola de lípidos adherida a una cabeza polar. Las regiones de la cola de cada hoja se agrupan, mientras que las cabezas de las moléculas apuntan hacia afuera. Las cabezas polares apuntan tanto hacia afuera, hacia el entorno de la célula, como hacia adentro, hacia el citosol. De esta forma, una región hidrófoba de colas lipídicas separa los dos cuerpos de solución. Esto se puede ver en la imagen de abajo.
Mientras que el agua y otras moléculas pequeñas pueden deslizarse a través de los espacios entre las moléculas de fosfolípidos, otras moléculas como los iones y los nutrientes grandes no pueden entrar o salir de la célula. Esto hace que la bicapa de fosfolípidos sea una excelente membrana semipermeable que permite a las células mantener su contenido separado del medio ambiente y de otras células. La concentración de la solución unida por una membrana semipermeable puede describirse por su tonicidad en comparación con el medio ambiente u otras células. Debido a que las membranas biológicas son permeables al agua pero no a los solutos, el agua tiende a moverse hacia las células que son hipertónicas a su entorno, mientras que el agua sale de las células que son hipotónicas.
Las membranas de la mayoría de las células también contienen una variedad de proteínas de transporte, que facilitan el movimiento de grandes moléculas e iones a través de la membrana celular. Algunas de estas proteínas requieren energía para moverse a través de la membrana, una forma de transporte activo, mientras que otras fluyen libremente una vez que se abre un poro de proteína a través de la membrana. A esto se le llama transporte pasivo. Con estas proteínas especializadas, la membrana celular se convierte en una membrana selectivamente permeable, ya que la genéticade la célula decide qué moléculas pueden atravesar la membrana. Las membranas semipermeables evolucionaron de esta manera a lo largo del tiempo para permitir y restringir una amplia variedad de moléculas, que en un sentido amplio explica las diversas funciones de las células en diferentes organismos y tejidos.
Ejemplos de membrana semipermeable
Tonicidad y membranas artificiales
Se han utilizado membranas artificiales en el laboratorio para mostrar los conceptos básicos de los efectos de la osmolaridad en las células. Al igual que las membranas celulares, una membrana semipermeable creada artificialmente solo dejará pasar el agua, mientras restringe los solutos disueltos en la solución. Si dos soluciones están conectadas a través de una membrana semipermeable, el agua fluirá entre ellas, pero los solutos estarán restringidos al lado de la membrana en el que comenzaron. Esto se puede ver en la siguiente ilustración de este experimento.
El lado izquierdo de la imagen muestra la configuración inicial. La membrana semipermeable está marcada y separa dos soluciones colocadas en un tubo en forma de U. El lado derecho del tubo contiene menos solutos que el lado derecho y se considera hipotónico al derecho hipertónico. A medida que avanza el experimento, la membrana semipermeable permitirá que el agua, pero no los solutos, pasen a través de la membrana. En cierto sentido, el agua entre las dos soluciones está conectada y prefiere que los solutos se distribuyan por igual. Normalmente, los solutos se difundirían uniformemente por todo el agua, pero la membrana semipermeable lo impide.
En cambio, el agua debe ser la moléculamoverse a través de la membrana. Para equilibrar las concentraciones de las dos soluciones, el agua sale del lado derecho del tubo hacia el lado izquierdo. Este cambio de volumen se puede ver en el lado derecho de la imagen. Aunque los volúmenes de las soluciones han cambiado, la membrana semipermeable todavía ha permitido la igualación de las concentraciones. Las soluciones ahora son isotónicas.
La membrana celular
Al igual que el ejemplo artificial descrito anteriormente, las membranas celulares de todos los organismos se comportan como una simple membrana semipermeable, lo que permite el paso del agua y excluye los solutos. Sin embargo, las células existen en una amplia variedad de entornos. En el océano, el agua está altamente concentrada en sales, creando un ambiente hipertónico. En ambientes de agua dulce, existe la condición opuesta y el agua tiende a intentar inundar las células.
Los organismos terrestres se enfrentan a un problema completamente nuevo, una falta total de agua. Si bien la bicapa de fosfolípidos básica sirve para separar las células del medio ambiente; por sí sola difícilmente sería suficiente para compensar esta amplia variedad de condiciones. Las células de los organismos que viven en estos diferentes entornos han desarrollado proteínas que funcionan permitiendo que los solutos atraviesen la membrana. Si bien las células tienen que gastar energía para hacer esto, también les permite mantener las condiciones dentro del citosol y completar la función de la vida. Esta batalla constante para mantener las condiciones dentro de las células se conoce comohomeostasis.
Términos de biología relacionados
- Membrana selectivamente permeable: una membrana que permite el paso de sustancias de una manera que crea homeostasis.
- Homeostasis: condición de equilibrio en la que se puede llevar a cabo el proceso de la vida ( replicación del ADN, etc.).
- Bicapa de fosfolípidos: una membrana semipermeable creada por todos los organismos biológicos.
- Membrana celular: una bicapa de fosfolípidos incrustada con cientos de proteínas de transporte diferentes; que regulan el flujo de solutos y crean una condición de homeostasis.
