Membranas semipermeables: características, transporte, funciones
Las membranas semipermeables, también denominadas “selectivamente permeables”, son membranas que permiten el paso de algunas sustancias, pero impiden el paso de otras a través de ellas. Estas membranas pueden ser naturales o sintéticas.
Las membranas naturales son las membranas de todas las células vivas, mientras que las sintéticas, que pueden ser de origen natural (celulosa) o no, son las que se sintetizan para diferentes usos.
Un ejemplo de la utilidad de las membranas semipermeables artificiales o sintéticas son las que se emplean para los aparatos de diálisis renal, o las que se utilizan para filtrar mezclas en la industria o en diferentes procesos químicos.
El paso de sustancias a través de una membrana semipermeable ocurre por diversos mecanismos. En las membranas celulares y en las sintéticas esto puede ocurrir por difusión a través de poros de diferentes diámetros, que “seleccionan” por tamaño las sustancias que atraviesan la membrana. También puede suceder que las sustancias ingresen por difusión disolviéndose en la membrana.
En las células vivas, el paso de sustancias por las membranas puede ocurrir por medio de transportadores que actúan a favor o en contra de los gradientes de concentración de las sustancias. Un gradiente, en este caso, es la diferencia de concentración existente para una sustancia a ambos lados de una membrana.
Todas las células de la tierra tienen membranas, estas protegen y separan sus componentes internos del medio externo. Sin membranas no hay células y sin células no hay vida.
Ya que estas membranas son el ejemplo más común de membranas semipermeables, de aquí en adelante se hará especial énfasis en estas.
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Los primeros estudios para dilucidar los componentes de las membranas biológicas se hicieron utilizando glóbulos rojos. En estos estudios se demostró la presencia de una doble capa formando las membranas y luego se descubrió que los componentes de estas capas eran lípidos y proteínas.
Todas las membranas biológicas están formadas por una doble matriz lipídica que posee “incrustados” diferentes tipos de proteínas.
La matriz lipídica de las membranas celulares está formada por ácidos grasos saturados e insaturados; estos últimos le confieren cierta fluidez a la membrana.
Los lípidos están dispuestos de tal manera que forman una bicapa en la que cada lípido, que tiene una cabeza hidrofílica (que tiene afinidad por el agua) y una o dos colas hidrofóbicas (fobia al agua, repelen el agua) hidrocarbonadas, tiene sus colas enfrentadas entre sí en el centro de la estructura.
Los fosfolípidos son los lípidos más abundantes entre los que componen las membranas biológicas. Entre estos están la fosfatidilcolina, el fosfatidilinositol, la fosfatidiletanolamina y la fosfatidilserina.
Entre los lípidos membranales también hay colesterol y glucolípidos, todos ellos con propiedades anfipáticas.
Las proteínas de las membranas semipermeables son de varios tipos (algunas de estas pueden tener actividad enzimática):
(1) las que forman los canales iónicos o poros
(2) las proteínas transportadoras
(3) las proteínas que unen una región celular con otra y permiten formar los tejidos
(4) las proteínas receptoras que se acoplan a cascadas intracelulares y
En una membrana biológica semipermeable el transporte puede ser por difusión simple, difusión facilitada, cotransporte, transporte activo y transporte activo secundario.
En este tipo de transporte la energía que mueve las sustancias a través de la membrana es la diferencia de concentración que existe para esas sustancias a ambos lados de la membrana.
Así pues, las sustancias pasan en sentido más→ menos, es decir, del sitio donde están más concentradas al sitio donde están menos concentradas.
La difusión puede ocurrir porque la sustancia se diluye en la membrana o pasa a través de poros o canales. Los poros o canales son de dos tipos: los que siempre están abiertos y los que se abren y cierran, es decir, que están transitoriamente abiertos.
Los poros que están transitoriamente abiertos a su vez pueden ser (1) voltaje dependientes, es decir, que se abren en respuesta a un determinado voltaje y (2) ligando dependientes, que deben unirse a alguna sustancia química específica para abrirse.
En este caso, un transportador traslada la sustancia que se transportará de un lado a otro de la membrana. Estos transportadores son proteínas membranales que pueden estar en la membrana permanentemente o en vesículas que se funden a esta cuando se necesitan.
Estos transportadores trabajan también en favor de los gradientes de concentración de las sustancias que transportan.
Estos tipos de transporte no requieren el consumo de energía y por ello se denominan transportes pasivos, puesto que ocurren a favor de un gradiente de concentración.
Otro tipo de transporte pasivo a través de las membranas semipermeables es el denominado cotransporte. En este caso se aprovecha el gradiente de concentración de una sustancia para el transporte concomitante de otra en contra de su gradiente.
Este tipo de transporte puede ser de dos formas: el simporte, en donde las dos sustancias se transportan en el mismo sentido, y el antiporte, en el que una sustancia se transporta en un sentido y la otra en sentido contrario.
Estos requieren energía y los que se conocen utilizan ATP, por lo que se llaman ATPasas. Estos transportadores con actividad enzimática hidrolizan ATP para obtener la energía que se requiere para el movimiento de las sustancias en contra de su gradiente de concentración.
Se conocen tres tipos de ATPasas:
Las bombas Na+/K+ y las bombas de calcio (calcio ATPasas). Estas tienen una estructura formada por una subunidad α y otra ß incrustada dentro de la membrana.
La ATPasas V y las ATPasas F, que tienen una forma de tallo característica compuesta por varias subunidades y una cabeza que rota alrededor de las subunidades del tallo.
Las ATPasas V sirven para bombear hidrogeniones en contra de gradiente de concentración, en el estómago y en los lisosomas, por ejemplo. En algunas vesículas como las dopaminérgicas, hay bombas de hidrógeno de este tipo que bombean H+ hacia el interior de las vesículas.
Las ATPasas F aprovechan el gradiente de H+ para que estos recorran su estructura y toman el ADP y el P y forman ATP, es decir, que en vez de hidrolizar ATP lo sintetizan. Estas se encuentran en las membranas de las mitocondrias.
Es aquel transporte que, haciendo uso del gradiente electroquímico generado por una ATPasa, arrastra en contra de gradiente a otra sustancia. Es decir, el transporte de la segunda sustancia en contra de su gradiente de concentración no está directamente acoplado al uso de ATP por la molécula transportadora.
En las células vivas, la presencia de membranas semipermeables permite mantener en su interior concentraciones de sustancias completamente diferentes a las concentraciones de las mismas sustancias en el medio extracelular.
Sin embargo, a pesar de estas diferencias de concentración y de que para ciertas sustancias existan canales o poros abiertos, estas moléculas no se escapan ni entran, a menos que se necesiten o cambien ciertas condiciones.
La razón de este fenómeno radica en que existe un equilibrio electroquímico que hace que las diferencias de concentración a través de las membranas se compensen con el gradiente eléctrico generado por los iones difusibles y esto ocurre debido a que dentro de las células algunas sustancias no pueden salir.
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