La membrana celular y el transporte

La membrana celular mide solo unos 5 a 10 nm de grosor, y aun así decide qué entra y qué sale de la célula.

Una pared de aceite y proteína

Echa un poco de aceite en agua y no se mezcla. La membrana celular se basa en la misma idea. Es una bicapa de fosfolípidos: dos capas de moléculas de fosfolípido, cada una con una cabeza que atrae el agua, con fosfato, y dos colas de ácido graso que la repelen. Las cabezas miran al líquido acuoso de dentro y de fuera de la célula, y las colas se esconden en el medio. En esta capa aceitosa hay proteínas, algunas de lado a lado, y en las células animales también hay colesterol mezclado. Los glúcidos unidos a lípidos y proteínas cubren la cara externa y ayudan a la célula a reconocer cosas y unirse a ellas.

Permeabilidad selectiva

La membrana deja pasar algunas sustancias y bloquea otras, por eso se dice que es selectivamente permeable. Las moléculas pequeñas sin carga, como el oxígeno y el dióxido de carbono, atraviesan directamente el centro aceitoso. También lo hacen las sustancias liposolubles, como las vitaminas A, D, E y K. Las partículas con carga, como los iones de sodio, potasio, calcio y cloruro, no pueden cruzar solas el núcleo aceitoso, y tampoco los azúcares ni los aminoácidos. Necesitan ayuda de proteínas.

Cuesta abajo: el transporte pasivo

Abre un frasco de perfume en una habitación y el olor se extiende hasta llegar a todas partes. Eso es la difusión: las moléculas pasan de donde están más concentradas a donde lo están menos, y no cuesta energía. La difusión es más rápida cuando la diferencia de concentración es mayor, cuando la temperatura es más alta, cuando las moléculas son más ligeras y cuando la distancia es corta. Dentro de una célula, la difusión mueve materiales por el citosol.

En la difusión facilitada, las sustancias siguen bajando por su gradiente, pero a través de proteínas. Las proteínas de canal forman un túnel lleno de agua para un tipo de ion o para el agua; los canales de agua se llaman acuaporinas. Las proteínas transportadoras atrapan una molécula, cambian de forma y la sueltan al otro lado. Los canales son mucho más rápidos: decenas de millones de moléculas por segundo, frente a entre mil y un millón en los transportadores.

Ósmosis: el agua en movimiento

La ósmosis es la difusión del agua a través de una membrana que bloquea las sustancias disueltas. El agua va hacia el lado con más partículas disueltas, porque ese lado tiene menos agua libre. Si el líquido de fuera de una célula tiene menos partículas disueltas que el de dentro, es hipotónico, y el agua entra. Un glóbulo rojo en agua pura se hincha y puede reventar. Si fuera hay más partículas disueltas, es hipertónico, y el agua sale; el glóbulo rojo se arruga. En un líquido isotónico no hay flujo neto. Una célula vegetal en agua dulce no revienta, porque su pared lo impide. El agua empuja contra la pared, y esta presión de turgencia mantiene firme la planta. Sin agua, la membrana se separa de la pared, lo que se llama plasmólisis, y la planta se marchita. El modelo de célula vegetal de abajo muestra la vacuola que guarda esta agua.

Cuesta arriba: el transporte activo

A veces una célula tiene que mover una sustancia en contra de su gradiente, de baja a alta concentración. Eso requiere energía, normalmente del ATP, y se llama transporte activo. El ejemplo más conocido es la bomba de sodio-potasio. En cada ciclo saca tres iones de sodio de la célula y mete dos iones de potasio, gastando un ATP. Así se mantiene mucho sodio fuera y mucho potasio dentro, y el interior de la célula queda ligeramente negativo. Las células nerviosas y musculares dependen de esta diferencia. La energía almacenada en el gradiente de sodio puede luego arrastrar otras sustancias, como la glucosa y los aminoácidos, hacia dentro de la célula; esto se llama transporte activo secundario.