Transporte activo
El transporte activo es el proceso de transferir sustancias dentro, fuera y entre las células, utilizando energía. En algunos casos, el movimiento de sustancias se puede realizar mediante transporte pasivo, que no consume energía. Sin embargo, la célula a menudo necesita transportar materiales en contra de su gradiente de concentración. En estos casos, se requiere transporte activo.
Proceso de transporte activo
El transporte activo requiere energía para mover sustancias desde una baja concentración de esa sustancia a una alta concentración de esa sustancia, en contraste con el proceso de ósmosis. El transporte activo se logra más comúnmente mediante una proteína de transporte que sufre un cambio de forma cuando se une al «combustible» de la célula, una molécula llamada trifosfato de adenosina (ATP).
Por ejemplo, un tipo de canal de transporte activo en la membrana celular se unirá a la molécula que se supone que transporta, como un ion sodio, y se mantendrá en él hasta que aparezca una molécula de ATP y se una a la proteína. La energía almacenada en ATP permite que el canal cambie de forma, escupiendo el ion sodio en el lado opuesto de la membrana celular. Este tipo de transporte activo utiliza ATP directamente y se denomina transporte activo «primario».
Otro tipo de transporte activo es el transporte activo «secundario». En este tipo de transporte activo, la bomba de proteínas no utiliza ATP en sí, pero la célula debe utilizar ATP para mantener su funcionamiento. Esto se explicará con más profundidad en la sección sobre bombas Symport a continuación.
Por último, el transporte activo se puede realizar mediante procesos denominados endocitosis y exocitosis. En la exocitosis, una célula mueve algo fuera de sí misma en grandes cantidades envolviéndola en una membrana llamada vesícula y “escupiendo” la vesícula. En la endocitosis, una célula «come» algo envolviendo y reformando su membrana alrededor de la sustancia o elemento.
Cada tipo de transporte activo se explica con más detalle a continuación.
Tipos de transporte activo
Bombas Antiporte
Las bombas anti-porte son un tipo de proteína cotransportadora transmembrana. Bombean una sustancia en una dirección, mientras transportan otra sustancia en la dirección opuesta. Estas bombas son extremadamente eficientes porque muchas de ellas pueden usar una molécula de ATP para alimentar estas dos tareas diferentes.
Un tipo importante de bomba anti-porte es la bomba de sodio-potasio, que se analiza con más detalle en «Ejemplos de transporte activo».
Bombas Simporte
Las bombas simporte aprovechan los gradientes de difusión para mover sustancias. Los gradientes de difusión son diferencias en la concentración que hacen que las sustancias se muevan naturalmente de áreas de alta a baja concentración.
En el caso de una bomba simportadora, una sustancia que “quiere” moverse de un área de alta concentración a una baja concentración por su gradiente de concentración se utiliza para “transportar” otra sustancia contra su gradiente de concentración.
Un ejemplo de una bomba de transporte simultáneo, la de la proteína transportadora de sodio-glucosa, se analiza a continuación en «Ejemplos de transporte activo».
Endocitosis
En el tercer tipo de transporte activo, se pueden introducir grandes elementos o grandes cantidades de líquido extracelular en una célula a través del proceso de endocitosis.
En la endocitosis, la célula usa proteínas en su membrana para doblar la membrana en forma de bolsillo. Este bolsillo se forma alrededor del contenido que se va a llevar a la celda. El bolsillo crece hasta que se pellizca, volviendo a formar la membrana celular a su alrededor y atrapando el bolsillo y su contenido dentro de la célula. Estas bolsas de membrana, que transportan materiales dentro o entre las células, se denominan «vesículas».
El plegamiento de la membrana celular se logra mediante un mecanismo similar al transporte anti-porte de iones de potasio y sodio. Las moléculas de ATP se unen a las proteínas de la membrana celular, lo que hace que cambien de forma. Los cambios conformacionales de muchas proteínas juntos cambian la forma de la membrana celular hasta que se crea una vesícula.
En la endocitosis mediada por receptores, el receptor de una célula puede reconocer una molécula específica que la célula «quiere» absorber y formar una vesícula alrededor del área donde reconoce la molécula. En otros tipos de endocitosis, la célula depende de otras señales para reconocer y engullir una molécula en particular.
Exocitosis
La exocitosis es lo opuesto a la endocitosis. En la exocitosis, la célula crea una vesícula para encerrar algo dentro de la célula, con el propósito de moverlo fuera de la célula, a través de la membrana. Esto ocurre más comúnmente cuando una célula quiere «exportar» un producto importante, como las células que sintetizan y exportan enzimas y hormonas que se necesitan en todo el cuerpo.
En las células eucariotas, los productos proteicos se fabrican en el retículo endoplásmico. A menudo, el retículo endoplásmico las empaqueta en vesículas y las envía al aparato de Golgi.
El aparato de Golgi se puede considerar como una «oficina de correos» celular. Recibe paquetes del retículo endoplásmico, los procesa y los «dirige» agregando moléculas que serán reconocidas por receptores en la membrana de la célula destinada a recibir el producto.
El aparato de Golgi luego empaqueta los productos terminados «direccionados» en vesículas propias. Estas vesículas se mueven hacia la membrana celular, se acoplan y se fusionan con ella, permitiendo que la membrana de la vesícula se convierta en parte de la membrana celular. El contenido de la vesícula luego se vierte en el espacio extracelular.
Ejemplos de transporte activo
Bomba de sodio y potasio
Una de las proteínas de transporte activo más importantes en los animales es la bomba de sodio-potasio. Como animales, nuestro sistema nervioso funciona manteniendo una diferencia en las concentraciones de iones entre el interior y el exterior de las células nerviosas.
Es este gradiente el que permite que nuestras células nerviosas se activen, creando contracciones musculares, sensaciones e incluso pensamientos. ¡Incluso nuestro músculo cardíaco depende de estos gradientes de iones para contraerse!
¡La capacidad de la bomba de sodio-potasio para transportar potasio a las células mientras transporta el sodio fuera de las células es tan importante que algunas estimaciones sugieren que gastamos un total de 20-25% de toda la energía que obtenemos de los alimentos simplemente realizando esta tarea! En las neuronas, la mayor parte de la energía de las células se utiliza para impulsar bombas de sodio y potasio.
Esto puede parecer mucha energía, pero es una tarea importante y monumental; es esta bomba la que nos permite movernos, pensar, bombear sangre por todo nuestro cuerpo y percibir el mundo que nos rodea.
Proteína de transporte de sodio y glucosa
Un ejemplo famoso de bomba de transporte simbólico es el de la proteína transportadora de sodio-glucosa. Esta proteína se une a dos iones de sodio, que «quieren» moverse hacia la célula, y una molécula de glucosa, que «quiere» permanecer fuera de la célula. Representa un método importante de transporte de azúcar en el cuerpo, necesario para proporcionar energía para la respiración celular.
La difusión natural de iones de sodio dentro de la célula facilita el movimiento de glucosa hacia el interior de la célula. La glucosa se puede transportar a la célula con el sodio sin que la proteína de transporte gaste ATP. Sin embargo, la bomba de sodio-potasio debe utilizar ATP en otra parte de la célula para mantener el gradiente de sodio en su lugar. Sin el gradiente de sodio, el transporte de sodio-glucosa no podría funcionar.
Glóbulos blancos que destruyen patógenos
Un ejemplo importante de endocitosis es el proceso por el cual los glóbulos blancos «comen» patógenos. Cuando los glóbulos blancos reconocen un objeto extraño dentro del cuerpo, como una bacteria, doblan su membrana celular a su alrededor para llevarlo a su citoplasma.
Luego fusionan la vesícula que contiene al invasor con un lisosoma, una vesícula que contiene sustancias químicas fuertes y enzimas que pueden descomponer y digerir la materia orgánica. Básicamente, ¡acaban de crear un «estómago» celular para «digerir» al invasor!
¿Cuál es la diferencia entre transporte activo y transporte pasivo?
El transporte activo mueve sustancias de una región de menor concentración a una mayor concentración, es decir, contra el gradiente de concentración. Existe un requerimiento de energía para este proceso, ya que no ocurre naturalmente en ausencia de fuerzas activas.
Por el contrario, el transporte pasivo se produce de forma natural, ya que las sustancias descienden por un gradiente de concentración en ausencia de energía. Por lo tanto, la principal diferencia entre el transporte activo y el pasivo es el requerimiento de energía.
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