Proteína de transporte

Definición de proteína de transporte

Una proteína de transporte o transportadoras son proteínas que transportan sustancias a través de membranas biológicas. Las proteínas de transporte se encuentran dentro de la propia membrana, donde forman un canal, o un mecanismo de transporte, para permitir que su sustrato pase de un lado a otro.

Las sustancias transportadas por estas proteínas pueden incluir iones como sodio y potasio; azúcares como la glucosa; proteínas y moléculas mensajeras; y muchos más.

Las proteínas de transporte generalmente realizan dos tipos de transporte: ” difusión facilitada ” , donde una proteína de transporte simplemente crea una abertura para que una sustancia se difunda en su gradiente de concentración ; y ” transporte activo ” , donde la célula gasta energía para mover una sustancia contra su gradiente de concentración.

Función de la proteína de transporte

La vida tal como la conocemos depende de la capacidad de las células para mover sustancias selectivamente cuando lo necesitan. Ciertas moléculas importantes, como el ADN, deben mantenerse dentro de la célula en todo momento; pero es posible que otras moléculas, como iones, azúcares y proteínas, necesiten entrar y salir para que la célula funcione correctamente.

Cada proteína de transporte está diseñada para transportar una sustancia específica según sea necesario. Algunas proteínas de canal, por ejemplo, se abren solo cuando reciben la señal correcta, lo que permite que las sustancias que transportan fluyan a demanda. Asimismo, los transportadores activos a menudo pueden ser “activados y desactivados” por moléculas mensajeras.

Al mover sustancias a través de las membranas, las proteínas de transporte hacen posible todo, desde los impulsos nerviosos hasta el metabolismo celular.

Sin proteínas de transporte, por ejemplo, el gradiente de sodio-potasio que permite que nuestros nervios se activen no existiría.

Tipos de proteínas de transporte

Canales / Poros

Como sugiere su nombre, las proteínas de “canal” o “poro” abren agujeros en la membrana de una célula.

Estas proteínas se caracterizan por estar abiertas tanto al espacio intracelular como al extracelular al mismo tiempo. Por el contrario, las proteínas transportadoras solo están abiertas al interior o al exterior de una célula en un momento dado.

Los canales o poros se diseñan típicamente de modo que solo pueda pasar una sustancia específica.

Por ejemplo, los canales iónicos activados por voltaje a menudo usan aminoácidos cargados , espaciados a distancias precisas, para atraer su ión deseado mientras repelen a todos los demás. El ion deseado puede fluir a través del canal mientras que otras sustancias no pueden.

Los canales iónicos activados por voltaje son buenos ejemplos de proteínas de transporte que actúan según sea necesario. A menudo se encuentran en las neuronas, los canales iónicos activados por voltaje se abren en respuesta a cambios en el potencial electroquímico de una membrana.

Cuando está cerrado, el canal dependiente de voltaje no permite que los iones pasen a través de la membrana celular . Pero cuando está abierto, permite que grandes cantidades de iones pasen muy rápidamente, lo que permite que la célula cambie su potencial de membrana rápidamente y dispare un impulso nervioso.

Proteínas portadoras

Las proteínas portadoras son proteínas de transporte que solo están abiertas a un lado de la membrana a la vez.

A menudo se diseñan de esta manera porque transportan sustancias en contra de su gradiente de concentración. Estar abierto a ambos lados de la membrana simultáneamente podría permitir que estas sustancias simplemente fluyan de regreso a lo largo de su gradiente de concentración, cancelando el trabajo de la proteína transportadora .

Para realizar su trabajo, las proteínas transportadoras suelen utilizar energía para cambiar de forma.

La bomba de sodio-potasio, por ejemplo, utiliza la energía del ATP para cambiar su forma de estar abierta a la solución intracelular a estar abierta a la solución extracelular. Esto le permite recolectar iones dentro de la célula y liberarlos fuera de ella, y luego viceversa.

Otras proteínas transportadoras pueden utilizar otras fuentes de energía, como los gradientes de concentración existentes, para lograr un “transporte activo secundario”. Esto significa que su transporte es posible gracias a que la célula gasta energía, pero la proteína en sí no usa ATP directamente.

¿Cómo es esto posible? Estas proteínas transportadoras a menudo utilizan la energía de una sustancia que “quiere” descender por su gradiente de concentración para cambiar su forma. El mismo cambio de forma le permite transportar una sustancia que “no quiere” moverse al mismo tiempo.

Un buen ejemplo es la proteína transportadora de sodio-glucosa que utiliza el gradiente de concentración de sodio, creado originalmente por la bomba de sodio-potasio, para mover la glucosa en contra de su gradiente de concentración.

Discutimos la bomba de sodio-potasio y la proteína de transporte de sodio-glucosa en detalle a continuación.

Ejemplos de proteínas de transporte

La bomba de sodio y potasio

El ejemplo más famoso de una proteína transportadora activa primaria es la bomba de sodio-potasio. Es esta bomba la que crea el gradiente de iones que permite que las neuronas se activen.

La bomba de sodio-potasio comienza con sus sitios de unión al sodio hacia el interior de la célula. Estos sitios atraen los iones de sodio y los retienen.

Cuando cada uno de sus tres sitios de unión de sodio se ha unido a un ión de sodio, la proteína se une a una molécula de ATP y la divide en ADP + un grupo fosfato . La proteína usa la energía liberada en ese proceso para cambiar de forma.

Ahora, los sitios de unión al sodio están frente a la solución extracelular. Liberan los tres iones de sodio fuera de la célula, mientras que los sitios de unión de potasio de la proteína se unen a dos iones de potasio.

Cuando ambos sitios de unión al potasio están llenos, la proteína vuelve a su forma original. Ahora los iones de potasio se liberan dentro de la célula y los sitios de unión de sodio vacíos pueden unir más iones de sodio.

Esquema bomba de sodio-potasio
Esquema bomba de sodio-potasio

Por cada ATP que utiliza esta bomba, transporta tres iones cargados positivamente fuera de la celda, mientras que transporta solo dos de regreso a ella. Esto crea un gradiente electroquímico, con el interior de la celda cargado negativamente en relación con la solución exterior. También crea un fuerte gradiente de concentración, con mucho más potasio dentro de la célula y mucho más sodio fuera de ella.

Cuando llega el momento de que se active una célula nerviosa , los fuertes gradientes eléctricos y químicos permiten que la célula produzca un cambio enorme e instantáneo al abrir sus canales iónicos activados por voltaje.

Proteínas de transporte de sodio-glucosa

La proteína transportadora de sodio-glucosa utiliza un transporte activo secundario para mover la glucosa al interior de las células. Son activos en las células intestinales y las células renales , las cuales necesitan mover la glucosa hacia los sistemas del cuerpo contra su gradiente de concentración.

Esta operación requiere energía, porque las células en cuestión tienen una mayor concentración de glucosa que el líquido extracelular . Por lo tanto, sería imposible que la glucosa se difunda en las células por sí sola; se debe aplicar energía.

En este caso, la energía proviene del gradiente de concentración de sodio. Gracias a la acción de la bomba de sodio-potasio, hay mucho más sodio fuera de la célula que dentro de ella. Hay un fuerte gradiente de concentración, entonces, que favorece el movimiento del sodio hacia la célula.

Este gradiente de concentración se puede considerar como un tipo de “energía almacenada”. La bomba de sodio-potasio toma energía del ATP y la convierte en este gradiente de concentración, que luego puede usarse para otros fines, como la proteína transportadora de sodio-glucosa.

Canales de iones cerrados en la cóclea

Los canales iónicos controlados son proteínas de transporte pasivo que se abren en respuesta a estímulos específicos. Es posible que esté familiarizado con los canales iónicos activados por voltaje, como los que hacen que nuestras neuronas se activen en respuesta a la entrada de otras neuronas.

Menos conocidos son los canales iónicos cerrados de la cóclea, que se abren mediante presión mecánica en lugar de cambios de voltaje. Estos notables canales de iones permiten que los nervios de nuestro oído interno se activen en respuesta a las vibraciones del sonido. Así es como escuchamos.

En la cóclea, unas células especiales llamadas “células ciliadas” son responsables de nuestra audición. Las “células ciliadas externas” se balancean en respuesta a las ondas sonoras, amplificando sus vibraciones.

Las células ciliadas internas, por otro lado, tienen un trabajo muy especial. En respuesta a estas vibraciones, abren canales iónicos en sus membranas celulares y liberan neurotransmisores, tal como lo haría una neurona .

Esos neurotransmisores provocan la activación de los nervios adyacentes. ¡Y así es como el sonido se convierte en impulsos neuronales!

  • Transporte activo: transporte de sustancias a través de membranas biológicas, lo que requiere que la célula gaste energía.
  • Canal de iones con compuerta: una proteína que permite que los iones pasen cuando están abiertos, que se abre en respuesta a un estímulo específico.
  • Transporte pasivo: transporte de sustancias a través de membranas biológicas que ocurre de forma natural, sin necesidad de gastar energía.

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