Chad Baker/Photodisc/Getty Images
La misión principal de una célula es mantener un entorno interno estable, que depende de una estricta regulación de las concentraciones de iones, gases y solutos bioquímicos. En microbiología, la membrana celular es el arquitecto clave de estos gradientes de concentración.
Concentración se refiere a la cantidad de un soluto, como el azúcar, en un solvente, típicamente el citosol. Un gradiente de concentración Existe cuando la cantidad de soluto difiere entre dos ubicaciones. Por ejemplo, una concentración alta de azúcar intracelular frente a un nivel extracelular bajo crea un gradiente que impulsa la difusión.
Mientras que las moléculas fluyen naturalmente de concentraciones altas a bajas para igualar el gradiente, las células a menudo mantienen gradientes para funciones vitales, como preservar las reservas de energía o crear potenciales electroquímicos.
La membrana plasmática es una bicapa de fosfolípidos:las cabezas de fosfato hidrófilas miran hacia el interior y el exterior acuoso, mientras que las colas hidrófobas ocupan el núcleo de la membrana. Esta estructura permite que las moléculas pequeñas, no polares o lipófilas se difundan libremente, pero restringe las especies grandes o cargadas.
La permeabilidad selectiva crea disparidades de concentración internas y externas que requieren proteínas transmembrana especializadas para resolverse y al mismo tiempo permitir que pequeñas moléculas esenciales se difundan sin ayuda.
Las moléculas no polares, como el oxígeno, atraviesan la membrana a lo largo de su gradiente de concentración sin aporte de energía. El oxígeno se difunde desde el torrente sanguíneo, donde es abundante, hacia el interior de la célula, donde se consume, perpetuando el gradiente.
Incluso las moléculas polares como el agua y el dióxido de carbono pueden cruzarse pasivamente debido a su pequeño tamaño, aunque su movimiento a menudo se ve facilitado por las acuaporinas.
Los iones cargados (Na⁺, K⁺, Ca²⁺) son repelidos por el núcleo lipídico pero son acomodados por las proteínas de los canales iónicos. La ATPasa sodio-potasio transporta activamente Na⁺ hacia afuera y K⁺ hacia adentro, consumiendo ATP para mantener los gradientes pronunciados que subyacen a los impulsos nerviosos y la contracción muscular.
Otras bombas de iones dependen de fuerzas electroquímicas en lugar de ATP, pero de manera similar esculpen potenciales de membrana esenciales para la señalización celular.
Las moléculas grandes o polares no pueden difundirse a través de la bicapa; Las proteínas transportadoras median su translocación a través de dos mecanismos distintos.
Ambos mecanismos son indispensables para la absorción de nutrientes, la eliminación de desechos y el mantenimiento de la homeostasis de los iones en las células microbianas.
