Transporte activo: qué es, primario, secundario, ejemplos
¿Qué es el transporte activo?
El transporte activo es el movimiento de sustancias de un lado a otro de las membranas celulares en contra de su gradiente de concentración, es decir, desde donde están menos concentradas hacia donde están más concentradas. Dado que no ocurre espontáneamente, es un proceso que suele requerir energía.
Todas las células que existen en la naturaleza están delimitadas por una membrana lipídica que se comporta como una barrera semipermeable, es decir, que permite el paso de algunas sustancias e impide el paso de otras de adentro hacia afuera y viceversa.
Gran número de moléculas se mueve por transporte pasivo de un lado a otro de las células, pero parte importante de los mecanismos celulares y, por ende, de la vida per se dependen del transporte activo de iones y moléculas como la glucosa, el sodio, el potasio, el calcio, entre muchas otras.
Dado que el transporte activo no es un proceso energéticamente favorable (es “cuesta arriba), usualmente se acopla, directa o indirectamente, a otro proceso que sí lo es como una reacción de oxidación, de hidrólisis de ATP, al flujo de especies químicas en favor de su gradiente, a la absorción de luz solar, etc.
¿Cómo se mueven las moléculas en el transporte activo?
El movimiento de moléculas o sustancias de un lado a otro de las membranas celulares puede ocurrir de dos maneras:
- Pasivamente: cuando las moléculas atraviesan las membranas espontáneamente por difusión simple -o facilitada por poros y canales proteicos-. En este caso se está buscando el equilibrio químico entre los compartimientos, es decir siguiendo su gradiente electroquímico o de concentración (desde un lugar de mayor concentración hacia uno de menor concentración).
- Activamente: cuando las moléculas son transportadas de un lado a otro de las membranas celulares en contra de su gradiente de concentración o de carga. Esto resulta en su acumulación desigual o en el desplazamiento del equilibrio químico entre los compartimientos; necesita energía (es termodinámicamente desfavorable, es decir endergónico) y de la participación de transportadores proteicos especiales.
Transporte activo primario
El transporte activo primario es aquel donde el transporte de una molécula en contra de su gradiente químico (lo que resulta en su acumulación de un lado de la membrana) se acopla directamente a una reacción química exergónica, es decir, a una reacción donde se libera energía.
Los ejemplos más comunes de transporte activo primario están representados principalmente por aquellos que utilizan la energía liberada durante la hidrólisis del trifosfato de adenosina (ATP), una molécula considerada como la moneda energética celular más importante.
Las células animales, por ejemplo, mueven o transportan activamente (en contra de su gradiente) los iones sodio (Na+) y potasio (K+), utilizando una estructura proteica transportadora muy especial conocida como la bomba sodio-potasio. Esta se encarga de expulsar iones de sodio e introducir iones de potasio hacia el interior celular, al tiempo que hidroliza ATP.
Es importante tener en cuenta que muchas de las proteínas que participan en este tipo de transporte se denominan “bombas”.
¿Cómo funciona el transportador de Na+/K+?
Las concentraciones de sodio y potasio son distintas en las células animales: el potasio se encuentra en mayor concentración a nivel intracelular, respecto al medio exterior, y el sodio está menos concentrado en el interior de la célula que en el exterior. Su transporte activo gracias a la bomba sodio/potasio es como sigue:
- La bomba se “abre” en el espacio citosólico y se une a 3 iones de sodio (Na+), lo que dispara la hidrólisis de una molécula de ATP (la bomba se fosforila).
- Con la hidrólisis del ATP, la bomba cambia su forma estructural y se orienta como “abierta” hacia el espacio extracelular, donde deja ir los iones de sodio por un fenómeno de disminución de afinidad.
- En esta posición, ahora la bomba es capaz de unirse a 2 iones de potasio (K+), lo que resulta en la desfosforilación de la bomba y su cambio de forma a la forma inicial, abierta hacia el citosol. Esta apertura libera los iones de potasio dentro de la célula, y está lista para otro ciclo de transporte.
Generalmente el transporte activo primario consigue el establecimiento de gradientes electroquímicos importantes desde múltiples puntos de vista para la actividad celular.
Transporte activo secundario
El transporte activo secundario es el transporte de una molécula o soluto en contra de su gradiente eléctrico o de concentración (proceso endergónico, que requiere energía) que se acopla con el transporte de otra molécula en favor de su gradiente (proceso exergónico, que libera energía).
La particularidad de este tipo de transporte activo tiene que ver con que el gradiente de la molécula que se mueve aparentemente por transporte pasivo fue establecido previamente por un proceso de transporte activo primario, es decir, que también utilizó energía.
¿Cómo funciona?
El transporte activo primario de iones cargados positiva o negativamente consigue establecer un gradiente electroquímico en el interior celular; este tipo de transporte generalmente se considera como un mecanismo de “almacenamiento de energía”.
La razón de la afirmación anterior se debe a que cuando los mismos iones que fueron transportados activamente son movilizados por transporte pasivo, o lo que es igual, en favor de su gradiente de concentración, se libera energía, pues se trata de un proceso exergónico.
El transporte activo secundario se denomina de esta manera porque utiliza la energía “almacenada” en forma de gradiente de concentración iónica (que fue establecido por transporte activo primario), para mover otras moléculas en contra de su gradiente de concentración al mismo tiempo que se produce el transporte pasivo de las que fueron primero introducidas por transporte primario.
Usualmente las proteínas que participan en este tipo de transporte activo son cotransportadores que utilizan la energía contenida en los gradientes electroquímicos. Estos cotransportadores pueden mover moléculas en la misma dirección (simportadores) o en direcciones contrarias (antiportadores).
Un buen ejemplo del “cotransporte” activo secundario de tipo “simporte” es el realizado por el cotransportador sodio/glucosa en la membrana celular de las células presentes en la mucosa intestinal de los animales.
Este transportador mueve iones de sodio en favor de su gradiente de concentración hacia dentro de la célula, al mismo tiempo que transporta moléculas de glucosa al interior celular, en contra de su gradiente de concentración.
Ejemplos de transporte activo
El transporte activo es un proceso de fundamental importancia para la vida celular, por lo que pueden citarse gran cantidad de ejemplos, entre ellos:
- Las bombas (transporte activo primario) que se encargan del transporte activo de iones, moléculas hidrofílicas de pequeño tamaño, lípidos, etc.
- Los transportadores (cotransportadores, transporte activo secundario) que se encargan del movimiento de moléculas como la glucosa, los aminoácidos, algunos iones y otros azúcares, entre otros.
Bombas movidas por ATP para el transporte activo primario
El transporte activo, en general, es un mecanismo de transporte sumamente importante para todas las células, tanto procariotas (bacterias y arqueas) como eucariotas (animales, plantas y hongos).
El transporte activo primario suele ser mediado por un tipo de proteínas o complejos proteicos conocidos como “bombas”, de las cuales las bombas “movidas” o “propulsadas” por la energía derivada del ATP son de las más relevantes.
Estas proteínas se encargan esencialmente del movimiento de iones en contra de su gradiente de concentración, empleando para ello la energía liberada por la hidrólisis del ATP.
Todas estas bombas suelen tener en su estructura distintos sitios para la unión al ATP, generalmente del lado de la membrana donde se encuentran que enfrenta al citosol y de acuerdo con estos sitios de unión y la identidad de las subunidades que las conforman, existen distintos tipos de bombas transportadoras:
- Las bombas de la clase “P”, entre las que están las bombas de protones de la membrana plasmática de las bacterias, las plantas y los hongos; las bombas Na+/K+ y Ca+2 de la membrana plasmática de todas las células eucariotas, etc.
- Las bombas de la clase “V”, como las de la membrana vacuolar de las plantas, los hongos y las levaduras; las bombas de los lisosomas de las células animales y las bombas en la membrana plasmática de algunas células óseas y renales.
- Las bombas de la clase “F”, entre las que están las de la membrana plasmática bacteriana, la membrana mitocondrial interna y la membrana tilacoidal de los cloroplastos en las células vegetales.
- Las bombas de la superfamilia de transportadores “ABC”, donde se incluyen transportadores de aminoácidos, azúcares, péptidos, fosfolípidos, drogas lipofílicas y otras moléculas en algunas células animales y bacterianas.
Referencias
- Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A. D., Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2013). Essential cell biology. Garland Science.
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., & Keith Roberts, P. W. (2018). Molecular biology of the cell.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M. P., Bretscher, A., … & Matsudaira, P. (2008). Molecular cell biology. Macmillan.
- Murray, K., Rodwell, V., Bender, D., Botham, K. M., Weil, P. A., & Kennelly, P. J. (2009). Harper’s illustrated biochemistry. 28 (p. 588). New York: McGraw-Hill.
- Nelson, D. L., Lehninger, A. L., & Cox, M. M. (2008). Lehninger Principles of Biochemistry. Macmillan.