En el Transporte de membranas las sustancias pasan a través de una membrana biológica o se transportan activamente a través de membranas. A diferencia del transporte activo, la difusión es la ruta de transporte de membrana más simple y no requiere energía adicional. Los trastornos del transporte de membranas están asociados con una variedad de enfermedades diferentes.
¿Qué es el transporte por membrana?
Las biomembranas encierran áreas como el citoplasma de las células y, por lo tanto, generan una región controlada con un medio relativamente independiente del mundo exterior. El entorno celular específico dentro de las células solo se puede construir y mantener debido al blindaje del mundo exterior.
La doble capa de una biomembrana consta de fosfolípidos y es intrínsecamente solo permeable a gases y moléculas pequeñas, en la mayoría de los casos sin carga. Para los iones polares hidrófilos y otras sustancias bioactivas, la bicapa lipídica corresponde a una barrera, cuya superación se requieren mecanismos de transporte adicionales.
El transporte de membrana corresponde al paso de sustancias a través de una biomembrana. Aquí juegan un papel dos principios diferentes. El primer principio es la difusión o permeación libre, el segundo es el transporte de masa selectivo. Además de la difusión simple, también cuentan los principios funcionales como el transporte pasivo a través de proteínas de canal o proteínas transportadoras y el transporte activo para el transporte transmembrana.
La endocitosis, exocitosis y transcitosis pertenecen al transporte de desplazamiento de membrana. Dado que las propias partes de la membrana se desplazan durante el transporte de desplazamiento de la membrana, a veces también se menciona aquí un flujo de membrana.
El transporte de membrana apoya las funciones celulares y la comunicación celular con el medio ambiente. La transferencia de masa selectiva es posible gracias a los mecanismos de transporte.
Función y tarea
La bicapa lipídica o capa lipídica bimolecular de una biomembrana corresponde a una barrera entre compartimentos acuosos en forma de espacio extraplásmico y citoplasmático. Solo las moléculas pequeñas pueden difundirse a través de una biomembrana entre los compartimentos, por ejemplo, ácido acético y agua. Para moléculas más grandes, la velocidad de difusión es relativamente baja.
La permeabilidad de las membranas para moléculas pequeñas también se conoce como semipermeabilidad y constituye la base de la ósmosis. Según los supuestos actuales, cada biomembrana es una estructura fluida con irregularidades temporales dentro de la bicapa lipídica. Las moléculas con una propiedad hidrófoba se disuelven a través del área de la membrana hidrófoba debido a su coeficiente de distribución. Incluso las partículas más grandes, como las hormonas esteroides, pueden difundirse a través de las membranas.
Por el contrario, las moléculas específicas utilizan un transporte de membrana específico. La ruta de transporte está ligada a proteínas integrales de transporte de membrana conocidas como translocadores. El transporte específico es saturable y específico del sustrato. Los translocadores de esta ruta de transporte incluyen portadores que se cargan con el sustrato y que pueden provocar un cambio conformacional en la membrana para introducir su carga.
Debido a las velocidades de transporte relativamente altas, existe un canal de transporte permanente en cada membrana. Las proteínas de membrana integrales con funciones en el transporte de membrana suelen corresponder a estructuras oligoméricas. En el caso del transporte específico, hay difusión catalizada sin consumo energético adicional o transporte activo con consumo energético.
La difusión catalizada y el transporte activo ofrecen la posibilidad de transportar una sola partícula unidireccionalmente y dos partículas juntas en la misma dirección o en direcciones opuestas. La difusión catalizada a través de las proteínas de transporte de membrana solo sigue a la igualación de la concentración a lo largo del gradiente de concentración existente de sustancias entre los dos compartimentos de la célula. El transporte activo siempre tiene lugar contra el gradiente de concentración.
Los poros de la biomembrana exterior se utilizan para el paso inespecífico de partículas hidrófilas. El canal de transporte real de una biomembrana consta de láminas β. El transporte de membranas es insustituible para todas las funciones y tejidos corporales del cuerpo, por ejemplo, para el sistema nervioso y sus canales iónicos dependientes de voltaje.
Enfermedades y dolencias
Las alteraciones en los sistemas de transporte de membranas pueden causar daños celulares graves e incluso insuficiencia orgánica. Dentro del intestino o los riñones, los trastornos del transporte de membrana son el resultado, por ejemplo, de trastornos de absorción y secreción.
Las mitocondrias, por ejemplo, conducen a trastornos del transporte de membrana. En este caso, el sistema enzimático se ve afectado, lo que permite generar energía mediante fosforilación oxidativa. Las alteraciones de la ATP sintasa merecen una mención especial en este contexto. Esta enzima es una de las proteínas transmembrana más importantes que, por ejemplo, asume la función de una enzima de transporte dentro de la bomba de protones. La enzima cataliza el suministro de ATP en el cuerpo sano y permite el transporte de protones energéticamente eficiente a lo largo del gradiente de protones con formación de ATP. La ATP sintasa es, por tanto, uno de los convertidores de energía más importantes del organismo humano y transforma una forma de energía en otra. Las enfermedades mitocondriales son disfunciones de los procesos metabólicos mitocondriales que provocan un suministro reducido de síntesis de ATP y, por tanto, reducen el rendimiento del organismo.
Además, todas las proteínas y enzimas transportadoras pueden verse afectadas en última instancia por mutaciones o defectos de transcripción. Las mutaciones en el material genético de las proteínas transportadoras dejan las proteínas afectadas en una forma modificada, por lo que el transporte de la sustancia activa se dificulta. Este fenómeno es relevante para algunas enfermedades del intestino delgado, por ejemplo.
Las alteraciones en el flujo de la membrana pueden, a su vez, estar relacionadas con una amplia variedad de enfermedades. En los tumores, por ejemplo, la endocitosis suele ser más difícil. Las infecciones o enfermedades neurogenerativas también pueden provocar trastornos en este sentido. Las neuropatías con alteración de la capacidad para caminar y reducción de la velocidad de conducción nerviosa, así como trastornos sensoriales, son un ejemplo de molestias neurodegenerativas debidas al flujo alterado de la membrana.
La enfermedad de Huntington relacionada con la mutación también interrumpe el flujo de la membrana de forma neurogénica. Además, la exocitosis de los neurotransmisores puede verse obstaculizada por las toxinas. La exocitosis alterada también es la base de enfermedades metabólicas como la fibrosis quística. Los trastornos de la pinocitosis ahora también están asociados con enfermedades como el Alzheimer.
Los trastornos del transporte de membrana no solo pueden tener muchas razones diferentes, sino que, en última instancia, también pueden provocar muchos síntomas diferentes y una amplia variedad de enfermedades.
