Una célula tiene muchas funciones que cumplir. Una de sus funciones más importantes es mantener un ambiente saludable dentro de la célula. Esto requiere controlar las concentraciones intracelulares de varias moléculas, como iones, gases disueltos y productos bioquímicos. Un gradiente de concentración es una diferencia en la concentración de una sustancia en una región. En microbiología, la membrana celular crea gradientes de concentración.
La membrana de la célula
Una membrana celular está compuesta por una doble capa de fosfolípidos, que son moléculas que contienen una cabeza de fosfato y dos colas de lípidos. Las cabezas se alinean a lo largo de los límites interno y externo de la membrana, mientras que las colas llenan el espacio en el medio. La membrana celular tiene una permeabilidad selectiva: las colas evitan que las moléculas grandes o cargadas se difundan a través de la membrana celular, mientras que las moléculas pequeñas y liposolubles pueden pasar. La permeabilidad selectiva puede crear gradientes de concentración a lo largo de la membrana que requieren proteínas transmembrana especiales para superar.
Difusión pasiva
Las pequeñas moléculas no polares pueden difundirse a través de una membrana celular en función del gradiente de concentración de la molécula. Una molécula no polar tiene una carga eléctrica relativamente uniforme y neutral en todo. Por ejemplo, el oxígeno no es polar y se difunde libremente a través de una membrana celular. Las células sanguíneas transportan moléculas de oxígeno a los espacios que rodean las células, creando una concentración relativamente alta de O2. Una célula metaboliza continuamente el oxígeno, creando un gradiente de concentración entre el interior y el exterior de la célula. El O2 se difunde a través de la membrana debido a este gradiente. El agua y el dióxido de carbono, aunque son polares, son lo suficientemente pequeños como para difundirse a través de la membrana celular sin ayuda.
Receptores de canales iónicos
Un ion es un átomo o molécula con un número diferente de protones y electrones. - lleva una carga eléctrica. Ciertos iones, incluidos los de sodio, potasio y calcio, son importantes para el funcionamiento normal de una célula. Los lípidos rechazan los iones, pero la membrana celular está salpicada de proteínas llamadas receptores del canal iónico que ayudan a controlar las concentraciones de iones dentro de la célula. La bomba de sodio y potasio utiliza la molécula de energía de la célula, adenosín trifosfato o ATP, para superar el gradiente de concentración, lo que permite el movimiento del sodio fuera de la célula y el potasio hacia la célula. Otras bombas dependen de las fuerzas electrodinámicas en lugar del ATP para transportar iones a través de la membrana.
Proteínas portadoras
Las moléculas grandes no pueden difundirse a través de los lípidos en la membrana celular. Las proteínas portadoras dentro de la membrana proporcionan el servicio de transbordador, utilizando transporte activo o difusión facilitada. El transporte activo requiere que la célula use ATP para mover la molécula grande contra el gradiente de concentración. Los receptores dentro de las proteínas de transporte activo se unen a un pasajero específico, y el ATP permite que la proteína transloque a su pasajero a través de la membrana. La difusión facilitada no necesita energía bioquímica de la célula. Los portadores que utilizan difusión facilitada actúan como guardianes que se abren y cierran según la concentración y los gradientes eléctricos.
