LOS PRINCIPALES TIPOS DE TRANSPORTE CELULAR Autores: Autores

LOS PRINCIPALES TIPOS DE TRANSPORTE CELULAR

Autores: Autores: Paola Estefanía Anzola Sánchez1 & Michel Anderson Maldonado Buitrago2

1 Estudiante de Ingeniería Ambiental, Universidad Central 2 Estudiante de Ingeniería Mecánica, Universidad Central

Resumen

Se identificaran los principales tipos de transporte atreves de las membranas biológicas cuya

función es el intercambio de materiales entre las célula y el medio acuoso externo. Este estudio

tiene como objetivo identificar la composición química y función de las membranas celulares,

comprobar el proceso de osmosis en un osmómetro, observar el efecto de la concentración del

medio sobre las células. Se utilizaron tubos de ensayo, plancha de calentamiento, gradilla, papel

celofán, hilo, dos beakers de 500 ml, coteros, láminas y laminillas, con estos materiales se

identificaron las diferentes reacciones químicas con las soluciones y reactivos. Se pudo determinar

que los organismos tienen diferentes comportamientos de acuerdo a tipo de solución y reactivos

con el que se les mezcle.

Materiales y Métodos

Mediante la difusión simple se utilizaron dos tubos de ensayo que contenían uno agua caliente y

otra agua fría, a estos se les agrego permanganato de potasio (KMnO4)

Mediante la difusión a través de una membrana artificial, se utilizó papel celofán formando bolsas

pequeñas, se pusieron en agua caliente para que se volvieran más finas, cada bolsa se llenó con

dos milímetros de solución de glucosa y dos ml de solución de almidón y dos de solución NaCl, se

cerraron con el hilo, unas bolsas se sumergieron en agua caliente por 30 minutos y las otras en

agua fría, se tomó muestra en los tubos de ensayo, tubo 1 agua de la llave + Fehling A y B, tubo2

glucosa 2% + Fehling A y B, tubo 3 muestra del recipiente que tenía el agua caliente + Fehling A y B

y tubo 4 muestra del recipiente que tenía el agua fría + Fehling A y B, todos los 4 tubos se

sumergieron en agua caliente.

Se realizó la actividad anterior y a cada tubo se le agrego 3 gotas de Lugol y en el tubo2 contenía

almidón 2%. En esta actividad el tubo2 contenía 10% de NaCl, y cada tubo se le agrego Nitrato de

plata.

Mediante la osmosis, se utilizó la gota de sangre con solución salina en cada una de las láminas y

en diferente tipo de visión (0.4%, 0.9%, 2.0 % y control sin solución salina).

Mediante la plasmólisis, en un caja de Petri se colocaron las elodea con el agua en donde estaban,

en otro caja de Petri se mezclaron las elodea con agua destilada y el tercer caja de Petri se mezcló

con solución de salina con las elodea.

Resultados

Con la difusión simple se observó que en el agua caliente la solución se disolvió más rápido que en

el agua fría (ver figura 1); mediante la difusión a través de una membrana artificial obtuvo los

siguientes resultados, tubo1 y 3 con un color azul, tubo2 color naranja y tubo4 tenía partículas de

color verde (glucosa). Con la actividad en donde a cada tubo se le agrego 3 gotas de Lugol y en el

tubo2 contenía almidón 2% no genero ninguna reacción. En la actividad el tubo2 que contenía 10%

de NaCl, y Nitrato de plata todos los tubos tornaron una apariencia de color lechoso. Mediante la

osmosis, se obtuvo una imagen más y más definida hasta identificar sus diferentes organismos de

acuerdo al nivel de intensidad. Con la plasmólisis se observó que la apariencia celular estaba

distribuida normalmente, al utilizar el agua destilada estos se dispersaron, y al mezclar NaCl

nuevamente se agruparon.

Figura 1. La imagen muestra la diferencia entre la difusión en agua caliente (izquierda) y la difusión

en agua fría (derecha).

Figura 2. Hoja de Elodea en agua normal

Figura 3. Hoja de Elodea en agua destilada

Figura 4. Hoja de Elodea en solución salina

Figura 5. Sangre con una concentración de sal de 0,4

Figura 6. Sangre con una concentración de sal de 0,8

Figura 7. Sangre con una concentración de sal de 0,9

Figura 8. Sangre con una concentración de sal de 2,0

Análisis

La actividad desarrollada es de gran importancia respecto al comportamiento de las células y estas

a su vez se reflejan en el desarrollo del organismo de los seres vivos generando diferentes tipos de

comportamiento, así mismo esto nos permite analizar que una partícula tan pequeña como lo es

la célula puede causar grandes afectaciones en nuestro cuerpo, si todo ello no funciona en una

completa armonía, muchas de las personas no se preocupan por un estudio o conocimiento básico

sobre las células y que cada función que cumple nuestros órganos en los diferentes sistemas

tienen un objetivo. Bajo el mismo enfoque consultamos otro material en el canal de you tu be el

cual cito en la parte final en el que se resalta la importancia de este tema y la capacidad que debe

tener el estudiante en analizar y discutir los aspectos que realmente son relevantes.

Sobre este mismo tema nos inquieta la estructura, el grosor y el papel de la membrana:

“La estructura de la membrana

A principio del siglo XX ya se sospechaba la naturaleza lipídica de la membrana, principalmente sobre la base de los estudios iniciales sobre permeabilidad y las estructuras consideradas como posibles se basaban principalmente en dos hipótesis: 1) la membrana está formada por lípidos arreglados esencialmente en una capa homogénea, o en una emulsión capaz de cambiar de aceite en agua a un sistema de agua en aceite según las circunstancias (Clowes, 1916), y; 2) la membrana era de naturaleza principalmente proteica, ya que se podía hacer que aquellas derivadas de proteinas tuvieran una selectividad basada en el tamaño molecular (efecto de coladera), que parecía predominar en algunas células, como las bacterias Beggiotoa mirabilis (Pfeffer, 1890). Más aún, las membranas en mosaico, con regiones de lípidos y de proteinas espacialmente separadas, permitirían explicar los efectos de solubilidad lipídica así como los de coladera, pero era necesario conocer el grosor de la membrana.

Varios estudios en plantas mostraban una correlación bastante aceptable entre la plasmólisis y la velocidad de penetración, con los coeficientes de distribución aceite-agua. Se sabía que generalmente las moléculas pequeñas no penetraban más rápidamente que las grandes, que las

moléculas polares eran más lentas que las moléculas neutras del mismo tamaño y que los iones eran aún más lentos.

El grosor de la membrana

La membrana no se podía resolver con el microscopio de luz, lo que significaba que no podía ser mucho más gruesa de 120 nm, pero entre este valor y la longitud de una sola molécula deACIDO GRASO (~3 nm) había mucho espacio para especulaciones. Así, cuando Fricke (1923) no solamente confirmó que la capacidad de la membrana del eritrocito era de aproximadamente 1 uF/cm2, sino que suponiendo que estaba compuesta por aceite con una constante dieléctrica de 3 calculó que esa capacidad correspondería a un grosor de 3.3 nm, obtuvo la primera indicación de que la membrana era de dimensiones moleculares. Sin embargo, la contribución clásica a la solución del problema del grosor de la membrana fue la de Gorter y Grendel (1925). Ellos extrajeron los lípidos de eritrocitos por medio de acetona y después disolvieron el residuo evaporado en un poco de benzeno, esparciendo el lípido sobre la superficie de un surco de Langmuir. El área de la película cubierta por los lípidos fue reducida lentamente empujando con una barra de vidrio sobre la superficie del agua y forzando los lípidos contra la barrera opuesta, y tan pronto como la película empezó a ejercer una resistencia detectable a la compresión, midieron el área ocupada. Supusieron que en esa área las moléculas de lípidos estarían bien empacadas, lo que daría una película coherente en la que las terminales polares, insolubles en agua, se proyectarían hacia el aire. Esa medición proporcionó el área total que los lípidos eran capaces de cubrir. Después, Gorter y Grendel midieron las dimensiones de los eritrocitos aplicando la fórmula de Knoll y concluyeron que la membrana era una capa bimolecular. Posteriormente Grendel (1934) analizó el total de lípidos extraidos y partiendo de las superficies ocupadas por las moléculas de los diferentes constituyentes, concluyó que las contribuciones relativas, en términos de áreas de dispersión, eran, colesterol 36%, cefalina y lectina 50% y esfingomielina 13%. Además, calculó que la doble capa de lípidos tendría un grosor promedio de 3.1 nm (mediciones por medio de rayos-X han proporcionado valores de 6.3 nm; Finean, 1961). El papel de la membrana El papel de la membrana celular en la génesis del fenómeno bioeléctrico fue postulado

inicialmente por Ostwald (1890) cuando, basado en experimentos con membranas sedimentadas,

concluyó que, "las membranas semipermeables son el lugar donde se inicia un cambio brusco de

potencial... no solamente las corrientes en músculos y nervios, sino también los efectos extraños

de los peces eléctricos pueden ser explicados por... las propiedades de las membranas

semipermeables."

Posteriormente Hamburger (1902) aplicó los mismos principios sobre coeficientes osmóticos y

plasmólisis obtenidos de células vegetales y demostró inequívocamente que el eritrocito, aunque

'efectivamente' impermeable al NaCl y KCl era, sin embargo, permeable a aniones como el cloruro

y nitrato. Este concepto de las permeabilidades específicas a los iones ya había sido previsto por

Ostwald (1890).

Sin embargo, la especulación básica más conocida es la de Bernstein (1902), quien dijo que como

las células vivas estaban rodeadas por una membrana con una permeabilidad baja para los iones,

esto permitiría predecir que al aplicar una corriente eléctrica los iones pasarían principalmente

alrededor de las células. Ya en 1899 Stewart había demostrado que la conductividad de la sangre

disminuía cuando la concentración de eritrocitos en un recipiente aumentaba. Por lo tanto, la

siguiente pregunta era, que parte de los eritrocitos contribuía a la resistencia alta; esto es, si el

interior estaba lleno con un electrolito buen conductor de la electricidad, entonces solamente la

hasta entonces hipotética membrana contribuiría con la resistencia.”

Conclusiones

Al plantear los objetivos de identificar la composición química y función de las membranas

celulares, comprobar el proceso de osmosis en un osmómetro, observar el efecto de la

concentración del medio sobre las células en este artículo y con el desarrollo de la guía se

generaron los resultados de una manera satisfactoria y con un gran aprendizaje para el

estudiantado.

Cuestionario

1. Como veremos más adelante, el funcionamiento de los músculos del cuerpo requiere del

bombeo de iones de Calcio a un compartimento subcelular en contra del gradiente de

concentración de este elemento. ¿Qué tipo de moléculas se requieren para que este tipo

de transporte sea posible? Busque un ejemplo y explíquelo claramente.

El funcionamiento de la contracción se debe a un estímulo de una fibra nerviosa, se

libera acetilcolina (ACh), la cual, va a posarse sobre los receptores nicotínicos haciendo que estos

se abran para permitir el paso de iones sodio a nivel intracelular, estos viajan por los túbulos T

hasta llegar a activar a los DHP –receptores de dihidropiridina– que son sensibles al voltaje, estos

van a ser los que se abran, provocando a la vez la apertura de los canales de rianodina que van a

liberar calcio.

El calcio que sale de éste retículo sarcoplasmático va directo al complejo de actina,

específicamente a la troponina C. La troponina cuenta con tres complejos; este calcio unido a la

troponina C hace que produzca un cambio conformacional a la troponina T, permitiendo que las

cabezas de miosina se puedan pegar y así producir la contracción. Este paso del acoplamiento de

la cabeza de miosina con la actina se debe a un catalizador en la cabeza de miosina, el magnesio, a

la vez hay un gasto de energía, donde el ATP pasa a ser dividido en ADP y fósforo inorgánico.

El calcio que se unió a la troponina C, vuelve al retículo por medio de la bomba de calcio, donde

gran parte del calcio se une a la calcicuestrina

La contracción muscular es el proceso fisiológico en el que los músculos desarrollan tensión y

se acortan o estiran (o bien pueden permanecer de la misma longitud) por razón de un previo

estímulo de extensión. Estas contracciones producen la fuerza motora de casi todos los músculos

superiores, por ejemplo, para desplazar el contenido de la cavidad a la que recubren (músculo liso)

o mueven el organismo a través del medio o para mover otros objetos (músculo estriado).

Las contracciones involuntarias son controladas por el sistema nervioso central, mientras que

el cerebro controla las contracciones voluntarias, y la médula espinal controla

los reflejos involuntarios.

2. Los organismos que viven en el agua (acuáticos) generalmente están hipertónicos con

respecto a su ambiente. a) ¿Cuáles son las ventajas de esta estrategia? b) ¿En qué sentido

o situación, esto podría ser un serio problema?

Seres vivos unicelulares Los más primitivos, los procariotas, presentan una pared celular que los protege y evita que

estallen cuando el medio exterior es hipotónico; los protozoos carecen de envolturas rígidas.

Los que viven en agua dulce (medio hipotónico con respecto a su medio interno) ingresan

grandes cantidades de agua. El estallido celular lo evitan mediante vacuolas pulsátiles que

continuamente vierten hacia el exterior el exceso de agua acumulado en el interior de la

célula

El problema podría radicar en el caso de que las vacuolas pulsátiles no puedan funcionar

correctamente por algún motivo, en ese caso habría un estallido celular.

Animales pluricelulares Presentan un medio interno que puede considerarse una prolongación del medio externo, con el que sus células han de mantener el equilibrio osmótico. Todos consiguen, mediante diversos mecanismos, mantener en su interior la cantidad de agua suficiente y necesaria para vivir. Peces de agua dulce Los peces de agua dulce viven en medios hipotónicos y absorben gran cantidad de agua,

eliminando una orina muy diluida por la que expulsan el máximo líquido con la mínima

pérdida de sales.

Peces marinos

Los peces marinos, al vivir en un medio hipertónico, deben contrarrestar la constante entrada

de sales minerales; eliminan orina bastante concentrada o hipertónica y, además, expulsan el

exceso de sales por las branquias.

3. El surgimiento de la membrana celular fue aparentemente importante para el origen de las

células. Describa las propiedades de la membrana y relaciónelas con la vida de estas primeras

nuevas células en comparación con aquellas que no la formaron.

¿En qué consiste la membrana celular?

La membrana celular regula el flujo de sustancias hacia el interior y el exterior de la célula. La

membrana celular, denominada citoplásmica, está compuesta de lípidos y proteínas. Los

lípidos de una membrana pertenecen a la clase de los fosfolípidos y de los esfingolípidos, unas

moléculas de lípidos compuestas por una parte polar hidrófila soluble en agua, denominada

"cabeza", y una parte no polar hidrófoba insoluble en agua, denominada "cola". La doble

naturaleza de estos lípidos es muy importante en la estructura de las membranas biológicas:

las "cabezas" polares tienen afinidad por el agua, y se disponen orientándose hacia ella,

mientras que las "colas" hidrófobas la evitan. Se forma de este modo la doble capa de lípidos,

con las cabezas hidrosolubles vueltas hacia el exterior, es decir hacia las fases acuosas

adyacentes a las superficies de la doble capa, y las colas hidrófobas hacia el interior, es decir la

una hacia la otra.

Colas hidrófobas de los fosfolípidos: causantes de la poca permeabilidad de la membrana

Son precisamente las colas hidrófobas de los fosfolípidos las causantes de la poca

permeabilidad de la membrana, puesto que impiden que las sustancias útiles sintetizadas por

la célula salgan y que las sustancias tóxicas entren. Es decir, la membrana citoplasmática

representa una barrera que actúa selectivamente dejando pasar sólo ciertas sustancias: unas

pueden únicamente entrar en la célula, otras solamente pueden salir, mientras que algunas

no pueden atravesarla en ninguna dirección.

Moléculas que atraviesan la membrana citoplasmática

Por último, hay moléculas, como el agua, que pueden atravesar la membrana citoplasmática

en ambas direcciones. Inmersas en la doble capa lipídica es posible distinguir algunas

proteínas que forman parte de la estructura molecular de la membrana celular y que, entre

otras funciones, regulan el intercambio entre el medio intracelular y el extracelular de

sustancias como los iones (Na+, K+, Ca++, Cl-), que no podrían atravesar la membrana sin

ellas. En algunos casos, las membranas pueden transferir pequeñas cantidades de material

dentro o fuera de las células. En el primer caso, la superficie externa de la membrana celular

forma una pequeña depresión en la que se depositan elementos que serán incorporados por

la célula; la depresión en la que se depositan elementos que serán incorporados por la célula;

la depresión se va haciendo más profunda hasta que la membrana se separa y forma una

vesícula dentro de la célula.

Pinocitosis y fagocitosis

Este proceso se denomina pinocitosis si la sustancia captada es líquida, y fagocitosis si el

material es sólido; es utilizado como sistema de alimentación por los eucariotas unicelulares

(por ejemplo, los protozoos) o bien como parte del sistema de defensa (por ejemplo, contra

las bacterias) por algunas células del sistema inmunitario de los mamíferos).

Exocitosis: eliminación de sustancias de la célula

La eliminación de sustancias de la célula se denomina exocitosis. Ésta juega un papel muy

importante en la transmisión del impulso nervioso: las terminaciones de las células nerviosas

contienen muchas vesículas ricas en unas sustancias particulares, denominadas

neurotransmisores. Éstos son liberados al exterior de la célula, donde interactúan con otras

terminaciones transmitiendo de esta forma el impulso de una célula a otra. Mecanismos

similares intervienen en la secreción de las hormonas.

Bibliografía:

https://www.youtube.com/watch?v=AFmzEJ2daFQ

http://www.facmed.unam.mx/historia/Membrana.html

http://www.bvs.sld.cu/revistas/end/vol14_3_03/end08303.htm

http://www.infobiologia.net/p/osmosis.html