El transporte pasivo es un tipo de transporte de membrana que no requiere energía para mover sustancias a través de las membranas celulares . [1] [2] En lugar de utilizar energía celular , como el transporte activo , [3] el transporte pasivo se basa en la segunda ley de la termodinámica para impulsar el movimiento de sustancias a través de las membranas celulares. [1] [2] [4] Fundamentalmente, las sustancias siguen la primera ley de Fick y se mueven de un área de alta concentración a un área de baja concentración porque este movimiento aumenta la entropía del sistema general . [4] [5] La tasa de transporte pasivo depende de la permeabilidad de la membrana celular, que, a su vez, depende de la organización y características de los lípidos y proteínas de la membrana . [ cita requerida ] Los cuatro tipos principales de transporte pasivo son difusión simple , difusión facilitada , filtración y/u ósmosis .
El transporte pasivo sigue la primera ley de Fick .
La difusión es el movimiento neto de material desde un área de alta concentración a un área con menor concentración. La diferencia de concentración entre las dos áreas a menudo se denomina gradiente de concentración y la difusión continuará hasta que se elimine este gradiente. Dado que la difusión mueve materiales de un área de mayor concentración a un área de menor concentración, se describe como mover solutos "a favor del gradiente de concentración" (en comparación con el transporte activo , que a menudo mueve material de un área de baja concentración a un área de mayor concentración). y por lo tanto se denomina movimiento del material "contra el gradiente de concentración"). Sin embargo, en muchos casos (por ejemplo, transporte pasivo de fármacos), la fuerza impulsora del transporte pasivo no puede simplificarse al gradiente de concentración. Si hay diferentes soluciones en los dos lados de la membrana con diferente solubilidad de equilibrio del fármaco, la diferencia en el grado de saturación es la fuerza impulsora del transporte pasivo de la membrana. [6] También es válido para las soluciones sobresaturadas que son cada vez más importantes debido a la difusión de la aplicación de dispersiones sólidas amorfas para mejorar la biodisponibilidad de los fármacos .
La difusión simple y la ósmosis son en algunos aspectos similares. La difusión simple es el movimiento pasivo de un soluto desde una concentración alta a una concentración más baja hasta que la concentración del soluto es uniforme y alcanza el equilibrio. La ósmosis es muy parecida a la difusión simple, pero describe específicamente el movimiento del agua (no el soluto) a través de una membrana selectivamente permeable hasta que hay una concentración igual de agua y soluto en ambos lados de la membrana. La difusión simple y la ósmosis son formas de transporte pasivo y no requieren ninguna energía ATP de la célula .
Para la difusión pasiva, la ley de la difusión establece que el desplazamiento cuadrático medio es (siendo d el número de dimensiones y D el coeficiente de difusión ). Entonces, difundir una distancia de aproximadamente lleva tiempo y la "velocidad promedio" es . Esto significa que en el mismo entorno físico, la difusión es rápida cuando la distancia es pequeña, pero menor cuando la distancia es grande.
Esto se puede ver en el transporte de material dentro de la célula. Los procariotas suelen tener cuerpos pequeños, lo que permite que la difusión sea suficiente para el transporte de material dentro de la célula. Las células más grandes, como las eucariotas, tendrían una tasa metabólica muy baja para adaptarse a la lentitud de la difusión o invertirían en maquinaria celular compleja para permitir el transporte activo dentro de la célula, como la cinesina que camina a lo largo de los microtúbulos .
Un ejemplo biológico de difusión es el intercambio de gases que se produce durante la respiración dentro del cuerpo humano. [7] Tras la inhalación, el oxígeno llega a los pulmones y se difunde rápidamente a través de la membrana de los alvéolos y entra al sistema circulatorio difundiéndose a través de la membrana de los capilares pulmonares. [8] Al mismo tiempo, el dióxido de carbono se mueve en la dirección opuesta, difundiéndose a través de la membrana de los capilares y entrando en los alvéolos, donde se puede exhalar. El proceso de introducir oxígeno en las células y sacar dióxido de carbono se produce debido al gradiente de concentración de estas sustancias, cada una de las cuales se aleja de sus respectivas áreas de mayor concentración hacia áreas de menor concentración. [7] [8] La respiración celular es la causa de la baja concentración de oxígeno y la alta concentración de dióxido de carbono en la sangre, lo que crea el gradiente de concentración. Debido a que los gases son pequeños y no tienen carga, pueden pasar directamente a través de la membrana celular sin ninguna proteína de membrana especial. [9] No se requiere energía porque el movimiento de los gases sigue la primera ley de Fick y la segunda ley de la termodinámica .
La difusión facilitada, también llamada ósmosis mediada por portadores, es el movimiento de moléculas a través de la membrana celular a través de proteínas de transporte especiales que están incrustadas en la membrana plasmática mediante la captación o exclusión activa de iones [14] . Mediante la difusión facilitada, no se requiere energía para que las moléculas atraviesen la membrana celular. [1] El transporte activo de protones por H + ATPasas [10] altera el potencial de membrana permitiendo el transporte pasivo facilitado de iones particulares como el potasio [11] a lo largo de su gradiente de carga a través de transportadores y canales de alta afinidad.
Un ejemplo de difusión facilitada es cuando la glucosa se absorbe en las células a través del transportador de glucosa 2 (GLUT2) en el cuerpo humano. [12] [13] Hay muchos otros tipos de proteínas transportadoras de glucosa , algunas de las cuales requieren energía y, por lo tanto, no son ejemplos de transporte pasivo. [13] Dado que la glucosa es una molécula grande, requiere un canal específico para facilitar su entrada a través de las membranas plasmáticas y hacia las células. [13] Cuando se difunde en una célula a través de GLUT2, la fuerza impulsora que mueve la glucosa hacia la célula es el gradiente de concentración. [12] La principal diferencia entre la difusión simple y la difusión facilitada es que la difusión facilitada requiere una proteína de transporte para "facilitar" o ayudar a la sustancia a través de la membrana. [14] Después de una comida, se le indica a la célula que mueva GLUT2 hacia las membranas de las células que recubren los intestinos llamadas enterocitos . [12] Con GLUT2 en su lugar después de una comida y la concentración relativamente alta de glucosa fuera de estas células en comparación con dentro de ellas, el gradiente de concentración impulsa la glucosa a través de la membrana celular a través de GLUT2. [12] [13]
La filtración es el movimiento de moléculas de agua y solutos a través de la membrana celular debido a la presión hidrostática generada por el sistema cardiovascular . Dependiendo del tamaño de los poros de la membrana, sólo pueden pasar a través de ella solutos de un tamaño determinado. Por ejemplo, los poros de la membrana de la cápsula de Bowman en los riñones son muy pequeños y sólo las albúminas , las proteínas más pequeñas, tienen alguna posibilidad de filtrarse. Por otro lado, los poros de la membrana de las células del hígado son extremadamente grandes, pero sin olvidar que las células son extremadamente pequeñas para permitir el paso de una variedad de solutos y su metabolización.
La ósmosis es el movimiento neto de moléculas de agua a través de una membrana selectivamente permeable desde un área de alto potencial hídrico a un área de bajo potencial hídrico. Una célula con un potencial hídrico menos negativo absorberá agua, pero esto depende también de otros factores, como el potencial del soluto (presión en la célula, por ejemplo, moléculas de soluto) y el potencial de presión (presión externa, por ejemplo, la pared celular). Existen tres tipos de soluciones de ósmosis: la solución isotónica, la solución hipotónica y la solución hipertónica. La solución isotónica es cuando la concentración de soluto extracelular se equilibra con la concentración dentro de la célula. En la solución isotónica, las moléculas de agua todavía se mueven entre las soluciones, pero las velocidades son las mismas en ambas direcciones, por lo que el movimiento del agua está equilibrado entre el interior y el exterior de la célula. Una solución hipotónica es cuando la concentración de soluto fuera de la célula es menor que la concentración dentro de la célula. En soluciones hipotónicas, el agua ingresa a la célula, siguiendo su gradiente de concentración (de mayor a menor concentración de agua). Eso puede hacer que la célula se hinche. Las células que no tienen pared celular, como las células animales, podrían explotar en esta solución. Una solución hipertónica es cuando la concentración de soluto es mayor (piense en hipertónica) que la concentración dentro de la célula. En solución hipertónica, el agua saldrá , provocando que la célula se encoja.
