Difusión facilitada: qué es, características, tipos, ejemplos
¿Qué es la difusión facilitada?
La difusión facilitada es un fenómeno físico que implica el transporte de moléculas, iones o sustancias líquidas a través de una membrana en favor de su gradiente de concentración y gracias a la participación de estructuras que “facilitan” dicho movimiento.
En este tipo de transporte, el movimiento de las partículas ocurre siempre a favor de su gradiente de concentración, es decir, que estas se desplazan a través de una membrana desde una región donde su concentración es “mayor” hacia otra donde es “menor”.
La difusión facilitada no requiere del aporte de energía química, ni para comenzar el movimiento de las partículas ni para el mantenimiento de este. Muchos aminoácidos, carbohidratos (azúcares), iones y gases ingresan al interior de las células por difusión facilitada.
Las membranas celulares se encargan de “separar” el contenido citosólico del medio extracelular, y son “selectivamente permeables” a distintas sustancias dependiendo de sus características. Esto es posible gracias a la existencia de proteínas transportadoras que forman canales o poros para el ingreso o la salida de partículas.
El transporte de ciertas moléculas requiere de energía, pues se da en contra de su gradiente de concentración; otras ingresan por difusión simple (atravesando la membrana libremente) y otras son transportadas a favor de su gradiente por canales o poros (difusión facilitada).
Características de la difusión facilitada
Para definir a la difusión facilitada podemos mencionar algunas de sus características:
– La mayoría de las moléculas se mueven de un compartimiento membranal a otro a través de proteínas “incrustadas” en la membrana celular, las cuales funcionan como “canales”.
– El transporte de sustancias siempre obedece la misma dirección: del lugar donde su concentración es mayor hacia el lugar de concentración menor.
– No se invierte ningún tipo de energía para movilizar las moléculas a ser transportadas.
– Para que ocurra este tipo transporte debe existir una membrana impermeable entre los dos compartimientos.
– Las moléculas son transportadas hacia el interior de la célula de forma espontánea. Sin embargo, la salida de esas moléculas del interior de la célula hacia el exterior es regulada para que no ocurra espontáneamente.
– Generalmente, el transporte de por difusión facilitada se da para aquellas moléculas que, por sus características físicas y/o químicas, no pueden atravesar libremente la membrana celular.
Tipos de difusión facilitada
Hasta el momento se han descrito 3 tipos diferentes de difusión facilitada. Estos varían según las características de las proteínas que “facilitan” el transporte y son:
Difusión a través de proteínas canales
Implica la participación de proteínas especializadas para el transporte de moléculas que se encuentran principalmente en estado líquido. Estas proteínas se conocen como proteínas “canal” y forman una suerte de “poros” por los que atraviesan rápidamente moléculas de agua o iones pequeños.
Difusión a través de proteínas canal cerradas
En este tipo de transporte también participan proteínas que forman canales, pero estas tienen un sistema molecular tipo “compuerta” que regula la entrada de las sustancias.
Así, el ingreso de cualquier sustancia a través de las proteínas canal “cerradas” requiere de la unión de las sustancias a sitios específicos en la secuencia peptídica del canal, por lo que es necesario un reconocimiento específico de la molécula a ser transportada.
La entrada o salida de las sustancias, por lo tanto, es posible únicamente cuando las proteínas transportadoras “perciben” un estímulo (señales químicas, térmicas, eléctricas o mecánicas) que permiten la apertura del canal, que de lo contrario permanece siempre abierto.
Existen diferentes tipos de estas proteínas, las cuales son clasificadas según el ion o molécula que transportan. Existen, por ejemplo, canales de sodio (Na+), de calcio (Ca+), de glucosa (C6H12O6), entre otros.
Difusión a través de proteínas transportadoras
Este tipo de difusión ocurre por medio de proteínas que transportan iones o moléculas de gran tamaño a través de la membrana plasmática. Una característica importante de este transporte es que la unión con la molécula a ser transportada hace que las proteínas transportadoras alteren su conformación.
En lugar de mantener una compuerta cerrada que se abre en respuesta a un estímulo (como en el caso anterior), las proteínas transportadoras median el transporte solo cuando se unen a los sustratos transportados y cambian su forma durante el proceso.
Son proteínas especializadas en el transporte de la cantidad necesaria de moléculas para la célula y se trata, por tanto, de transportadores muy selectivos.
Ejemplos de difusión facilitada
– Acuaporinas
Las proteínas canal conocidas como acuaporinas son, quizá, el ejemplo más representativo de proteínas que participan en el transporte por difusión facilitada, ya que permiten el paso rápido de moléculas de agua desde el medio extracelular hacia el medio intracelular a través de los canales que forman en la membrana.
Las células de las raíces de las plantas y los tallos utilizan las acuaporinas para absorber el agua de manera rápida y efectiva.
Las células animales también poseen acuaporinas, pero en menor cantidad que las células vegetales (la membrana vacuolar de muchos protozoarios, por ejemplo, es rica en acuaporinas).
– Canales de sodio
Las células nerviosas de los animales vertebrados tienen canales de sodio cuya apertura es estimulada por señales químicas que permiten el ingreso de este ion. Estos canales son un buen ejemplo de aquellos canales de “puerta” cerrada que mencionamos anteriormente.
– Transportador de glucosa
Otro ejemplo de difusión facilitada a través de canales de “puerta” cerrada es el transporte de glucosa a través de la membrana.
Las moléculas de glucosa tienen un tamaño y unas características tales que les impiden atravesar la membrana celular a través, por ejemplo, de canales “pequeños” como las acuaporinas.
Además, las células deben mantener las concentraciones internas de este soluto en estricta regulación, pues los requerimientos energéticos necesarios para su catabolismo no siempre están disponibles; lo que significa que no toda la glucosa que pueda entrar debe entrar a la célula.
El mecanismo de transporte de estas moléculas implica la participación de unas proteínas transportadoras que son fácilmente estimuladas para comenzar el transporte y que cambian de conformación una vez se han unido a las moléculas que deben transportar.
– Canales iónicos
Existen muchos canales iónicos que son proteínas transportadoras que trabajan en la difusión facilitada.
En el caso de los iones de potasio (K+) y cloro (Cl-) por ejemplo, que son iones de gran tamaño con funciones e influencias muy específicas en el interior celular, muchas veces se combina su entrada con la salida de otros iones igualmente importantes.
La entrada y salida de estos iones es estrictamente controlada y muchos de los canales iónicos de difusión facilitada solo se activan cuando son estimuladas por el efecto de la carga del ion, que ejerce un estímulo directo sobre la proteína transportadora.
Referencias
- Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A. D., Lewis, J., Raff, M., & Walter, P. (2013). Essential cell biology. Garland Science.
- Azcón-Bieto, J., & Talón, M. (2000). Fundamentos de fisiología vegetal (No. 581.1). McGraw-Hill Interamericana.
- Bauer, M., & Metzler, R. (2013). In vivo facilitated diffusion model. PloS one, 8(1).