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Explicación¿Has pasado por las puertas de seguridad del aeropuerto últimamente? De ser así, habrás notado que están diseñadas cuidadosamente para permitir el paso de algunas cosas (como pasajeros con boleto) e impedir el paso de otras (como armas, explosivos y agua embotellada). Los auxiliares de vuelo, capitanes y el personal del aeropuerto pasan rápidamente a través de un pasillo especial, mientras que los pasajeros pasan lentamente, a veces esperando mucho tiempo en la fila.
En muchos sentidos, la seguridad en los aeropuertos es muy similar a la membrana plasmática de una célula. Las membranas celulares son selectivamente permeables, regulan qué sustancias pueden pasar y la cantidad de cada sustancia que puede entrar o salir en un momento dado. La permeabilidad selectiva es esencial para que la célula pueda obtener nutrientes, eliminar desechos y mantener un ambiente interno estable diferente del de su entorno (mantener la homeostasis).
Las formas más simples de transporte a través de una membrana son pasivas. El transporte pasivo no requiere ningún gasto energético por parte de la célula, y consiste en la difusión de una sustancia a través de una membrana a favor de su gradiente de concentración. Un gradiente de concentración es solo una región del espacio a través de la cual cambia la concentración de sustancias, las cuales se moverán de manera natural por sus gradientes de un área de mayor concentración a otra de menor concentración.
En las células, algunas moléculas pueden moverse por sus gradientes de concentración atravesando directamente la parte lipídica de la membrana, mientras que otras deben pasar a través de proteínas de la membrana en un proceso llamado difusión facilitada. Aquí, veremos con más detalle la permeabilidad de la membrana y los diferentes modos de transporte pasivo.
Permeabilidad selectiva
Los fosfolípidos de las membranas plasmáticas son anfipáticos: tienen regiones hidrofílicas (amantes del agua) e hidrofóbicas (temerosas del agua). El núcleo hidrofóbico de la membrana plasmática ayuda a que algunos materiales la atraviesen, mientras que bloquea el paso de otros.
Estructura de un fosfolípido donde se muestran las colas de ácidos grasos hidrofóbicas y la cabeza hidrofílica. Junto se muestra una membrana bicapa compuesta de fosfolípidos ordenados en dos capas, con las cabezas hacia afuera y las colas dirigidas hacia el centro.
Estructura de un fosfolípido donde se muestran las colas de ácidos grasos hidrofóbicas y la cabeza hidrofílica. Junto se muestra una membrana bicapa compuesta de fosfolípidos ordenados en dos capas, con las cabezas hacia afuera y las colas dirigidas hacia el centro.
Imagen modificada de OpenStax, Biología
Las moléculas polares y cargadas tienen problemas mucho mayores para cruzar la membrana. Las moléculas polares pueden interactuar con facilidad con la parte externa de la membrana, donde se encuentran los grupos de cabezas con carga negativa, pero tienen dificultades para atravesar el núcleo hidrofóbico. Por ejemplo, las moléculas de agua no pueden cruzar rápidamente la membrana (aunque gracias a su tamaño pequeño y a que no tienen una carga completa, pueden cruzarla a baja velocidad).
Además, aunque los iones pequeños tienen el tamaño justo para colarse por la membrana, su carga se los impide. Esto significa que los iones como el sodio, potasio, calcio y cloruro no pueden atravesar las membranas por difusión simple en ningún grado significativo, por lo que deben ser transportados por proteínas especializadas (que estudiaremos más adelante). Las moléculas cargadas y moléculas polares más grandes, como los azúcares y aminoácidos, también requieren la ayuda de las proteínas para cruzar la membrana de manera eficiente.
Difusión
En el proceso de difusión, una sustancia tiende a moverse de una zona de alta concentración a un área de baja concentración hasta que esta sea igual a lo largo de un espacio. Por ejemplo, piensa en una persona cuando abre una botella de limpiador con amoníaco en medio de una habitación. Las moléculas de amoníaco inicialmente estarán más concentradas donde la persona abrió la botella, con pocas moléculas, o ninguna, en las orillas de la habitación. Poco a poco, las moléculas de amoníaco se difundirán, o esparcirán, lejos del lugar donde fueron liberadas, y eventualmente podrás oler el amoníaco en los extremos del cuarto. Finalmente, si se tapa la botella y se cierra la habitación, las moléculas de amoníaco se distribuirán uniformemente en todo el volumen de ese espacio.
Lo mismo sucederá con cualquier tipo de moléculas: como población, tienden a moverse de una zona de mayor concentración hacia una de menor concentración. Para entender esto, imagina que hay una zona donde las moléculas están más concentradas (como el lugar donde se abrió el frasco de amoniaco) y una zona donde están menos concentradas (el cuarto circundante).