Transporte a través de la membrana celular

CAPÍTULO 1

Un sistema abierto en estado estacionario puede conceptualizarse como aquél que gasta energía para restituir la pérdida normal de materia o energía a fin de evitar la formación de un equilibrio termodinámico con el ambiente que le rodea, pues de no hacerlo, en el caso de ser el sistema abierto un organismo, le sobrevendría la muerte. Concretizando lo expuesto, imagínese un mamífero antártico que se encuentra a condiciones de presión y temperatura determinadas; este animal debe mantener su temperatura corporal más o menos constante (considerando la temperatura del centro del cuerpo) ya que, en un sentido termodinámico, pierde constantemente energía en forma de calor en la respiración, en la excreción, etcétera. Entre los muchos mecanismos de que él dispone se encuentra uno metabólico: el desacoplamiento de la fosforilación oxidativa por la acción de una proteína llamada termogenina o UPC-1 que utiliza la energía del gradiente de protones, normalmente captada como ATP, para liberar calor. El mamífero está perdiendo calor y produciéndolo a un tiempo para no variar su temperatura corporal, pero gastando energía para restablecer la fuerza protón motriz de las células que realizan este proceso, como las del tejido graso pardo.

Transporte a través de la membrana celular

Transporte pasivo

Este transporte obedece a que, establecido el equilibrio, el potencial químico (µ) tanto fuera de la célula cuanto dentro de ella es el mismo. Si este potencial representa el cambio de la energía libre de Gibbs cuando se agrega una determinada cantidad de moles de un soluto, a temperatura, presión y concentración de otras sustancias constantes, cuando una sustancia pasa del exterior de la membrana hacia el citoplasma, lo hace porque el potencial químico dentro de la célula es menor que fuera de ella (∆G ~ ∆µ); puesto que sucede de manera espontánea (∆µ<0). Cuando cese el transporte, dejará de cumplirse que la variación del potencial químico sea menor que cero, tampoco será mayor porque el transporte no se da hacia fuera de la célula: la variación del potencial químico será entonces igual a cero.

La ley de Fick establece que establece que el transporte pasivo se origina por un gradiente de concentración (ΔC/Δx) entre ambos lados de la membrana, y depende del coeficiente de difusión (D) que es numéricamente igual a la cantidad de soluto que pasa por unidad de tiempo a través de una superficie perpendicular de 1cm2 cuando el gradiente de concentración es unitario, es decir:

D=j/A

Su valor depende de la solución de que se trate, de la temperatura y de la presión.

FLUJOS UNIDIRECCIONALES

Sean las concentraciones C1 y C2 las presentes en el interior de la célula y fuera de su membrana respectivamente; si la C1 fuese nula, la densidad de flujo quedaría dada por:

j_2=D (-C_2)/∆x A

es decir, el flujo hacia el citoplasma; caso contrario:

j_1=D C_1/∆x A

Como no hay razón alguna para suponer que la presencia de una concentración modifica el flujo originado por la otra, de lo expuesto se infiere que el flujo producido por la diferencia entre las dos concentraciones no es más que la suma de dos flujos dirigidos en sentidos contrarios: j1 y j2, que reciben el nombre de flujos unidireccionales. Estas dos ecuaciones componen la ecuación de la ley de Fick.

PERMEABILIDAD

El coeficiente de partición (k) es la cantidad de un soluto que se encuentra en las cercanías de ambos lados de la membrana celular, concentración a considerar en la difusión, con respecto a la presente en el citoplasma y la del medio celular, este valor depende de la miscibilidad de este soluto en los componentes extracelulares e intracelulares, razón por la cual la naturaleza química de la especie que se difunde es un aspecto a tomar en cuenta. Tomando la nomenclatura anterior, c1 es la concentración de un soluto intracelular presente muy cerca

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