Mecanismos de Transporte a Través de Membrana

Difusión

Se trata de la distribución homogénea de las partículas de soluto en un disolvente al entrar en contacto. Este proceso puede darse a través de una membrana permeable que permite el paso de solutos y disolventes. Las moléculas de soluto y disolvente atraviesan la membrana de manera pasiva y a favor del gradiente de concentración.

Diálisis

Consiste en separar partículas de alto peso molecular (los coloides) de partículas de bajo peso molecular (los cristaloides). Las moléculas de bajo peso molecular pasan de la disolución hipertónica a la hipotónica a través de una membrana semipermeable.

Ósmosis

El disolvente (agua) pasa de la disolución más diluida a la más concentrada, buscando igualar las concentraciones. Las disoluciones están separadas por una membrana semipermeable que deja pasar el disolvente, pero no el soluto.

• Cuando el medio externo de una célula tiene mayor concentración de solutos que el medio interno (medio hipertónico), disminuye el volumen de la célula porque sale el agua de la célula hacia el medio exterior, arrugándose (crenación o plasmólisis) y pudiendo provocar la muerte celular por deshidratación.
• Cuando el medio externo de una célula tiene menor concentración de solutos que el medio interno (medio hipotónico), aumenta el volumen de la célula porque entra agua a la célula desde el medio exterior, pudiendo provocar la muerte al estallar por exceso de agua (lisis).
• En un medio isotónico no cambia el volumen celular porque no hay intercambio neto entre la célula y el medio.

Propiedades Físico-Químicas del Agua

Elevada Cohesión y Adhesión

La cohesión es la atracción entre moléculas de agua; la adhesión es la atracción entre moléculas de agua y otras sustancias. Se debe a los puentes de hidrógeno entre moléculas de agua. Esta propiedad permite el transporte de agua en plantas (ascenso por el xilema) y facilita la capilaridad en tejidos vivos.

Elevada Tensión Superficial

Es la capacidad del agua para resistir fuerzas externas en su superficie. Las moléculas de la superficie están más cohesionadas. Permite que algunos insectos caminen sobre el agua y favorece la formación de gotas y estructuras celulares.

Elevado Calor Específico

Es la cantidad de energía necesaria para aumentar la temperatura del agua. Los puentes de hidrógeno absorben calor sin romperse fácilmente. Esta propiedad estabiliza la temperatura interna de los organismos y regula el clima en zonas con grandes masas de agua.

Elevado Calor de Vaporización

Es la energía necesaria para que el agua pase de líquido a gas. Requiere romper muchos puentes de hidrógeno. Permite la regulación térmica mediante evaporación y protege a los organismos del sobrecalentamiento.

Densidad Anómala

El agua sólida (hielo) es menos densa que el agua líquida. En el hielo, las moléculas se organizan en una estructura abierta. El hielo flota, aislando térmicamente el agua líquida debajo y permitiendo la vida acuática en climas fríos.

Gran Capacidad Disolvente

El agua puede disolver muchas sustancias (es un disolvente universal). Su polaridad permite interacciones con solutos polares e iónicos. Es el medio de transporte de nutrientes y desechos, y facilita las reacciones bioquímicas.

Transparencia

El agua permite el paso de la luz. No absorbe luz visible en gran medida. Permite la fotosíntesis en organismos acuáticos y facilita la visión en medios acuáticos.

Estructura de la Molécula de Agua

La molécula de agua es un dipolo eléctrico formado por dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno mediante enlaces covalentes. Al ser el átomo de oxígeno más electronegativo, este atrae con mayor fuerza los electrones que comparten en el enlace covalente, creando a su alrededor una zona de mayor densidad de carga negativa y una zona de mayor densidad de carga positiva alrededor de los átomos de H. Esta diferencia de carga hace posible que las moléculas de agua se atraigan entre sí mediante una atracción electrostática, formando los puentes de hidrógeno.

Disoluciones Tampón o Amortiguadoras

Su función biológica es minimizar los cambios en el pH de los fluidos biológicos. Actúan como un amortiguador que mantiene el pH constante.

Tampón Fosfato

Si se produce una disminución de iones H+ en el interior celular, el equilibrio se desplaza hacia la derecha. De esta manera se rebajan las variaciones de acidez y el pH no cambia. Cuando en el interior celular se produce un aumento de la concentración de iones H+, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, formándose ácido fosfórico.

Tampón Bicarbonato

La presencia de ácidos desplaza el equilibrio hacia la derecha, formando ácido carbónico, que se descompone en CO₂ y H₂O. Si se reduce la concentración de H+, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, por lo que se requiere CO₂ del exterior.

Diálisis (Proceso Detallado)

La diálisis es un proceso relacionado con la ósmosis. En este caso, además del H₂O, la membrana semipermeable de diálisis también permite el paso de moléculas (solutos) de baja masa molecular por difusión, desde la disolución en la que la molécula está más concentrada hacia donde está más diluida. Un ejemplo conocido de esta técnica es la hemodiálisis, en la que “se filtra” la sangre de enfermos del riñón haciéndola pasar por un circuito de diálisis en máquinas que generalmente reciben el nombre de “riñón artificial”. En el proceso, las moléculas más pequeñas presentes en la sangre del paciente (desechos como la urea) atraviesan la membrana de diálisis, por lo que se separan y se eliminan. Sin embargo, otras partículas de mayor tamaño, como las células sanguíneas, no son capaces de atravesar la membrana y no se eliminan.

Glúcidos (Carbohidratos)

Polisacáridos con Función Estructural

Celulosa

Es un homopolisacárido estructural de células vegetales, especialmente en el tejido de sostén de la pared celular. Es un polímero de glucopiranosas unidas mediante enlace O-glucosídico β(1-4), formando cadenas lineales sin ramificaciones que se disponen paralelamente unidas por enlaces de H. Cada pareja de glucosas constituye una celobiosa y todas unidas, la celulosa.

Quitina

Es un homopolisacárido estructural que forma parte del exoesqueleto de los artrópodos y de la pared celular de los hongos. Es el único hasta ahora que no está formado por glucopiranosas, sino por un derivado nitrogenado de la glucosa, la N-acetil-glucosamina, unida mediante enlaces O-glucosídicos β(1-4) en cadenas no ramificadas.

Funciones de los Glúcidos

Función Energética

Mediante la oxidación de monosacáridos (glucosa) y disacáridos, la célula obtiene energía para realizar sus funciones. El valor energético de los glúcidos es de 4 Kcal/gr. Los polisacáridos de reserva como el almidón y el glucógeno constituyen un sistema perfecto para acumular gran cantidad de glucosa en el interior de la célula, sin aumentar en exceso la presión osmótica. Cuando la célula necesita energía, estos se hidrolizan y se obtienen glucosas.

No obstante, los animales necesitan disponer de gran cantidad de energía para realizar sus funciones vitales y, en este sentido, la densidad de las grasas es menor que la de los polisacáridos, lo que favorece la movilidad en los animales. Además, a igualdad de volumen, las grasas tienen mayor rendimiento energético (9 kcal/g) que los polisacáridos. Es por esta razón que almacenar la mayor parte de energía en forma de lípidos responde de forma más eficiente a las necesidades metabólicas de los animales.

Función Estructural

Los seres vivos los utilizan para fabricar estructuras, tales como:

• La celulosa y la pectina forman la pared de las células vegetales.
• La quitina forma el exoesqueleto de los artrópodos y la pared de los hongos.
• El peptidoglucano forma la pared celular bacteriana.
• La ribosa y la desoxirribosa forman parte de los ácidos nucleicos.

Especificidad en la Membrana Plasmática

Las glucoproteínas y los glucolípidos de la cara externa de la membrana plasmática (en la superficie celular) forman parte del glucocálix. Contribuyen a la selección de determinadas sustancias que pueden entrar a la célula, actúan como receptores, etc.

Otras Funciones Específicas

Por ejemplo, dentro del grupo de los heterósidos hay antibióticos y otros principios activos de plantas medicinales como la digitalina. También hay proteoglucanos con propiedades anticoagulantes de la sangre como la heparina, entre otros.