La palabra membrana tiene muchas definiciones, atendiendo a la Biologica: Lámina muy delgada de tejido orgánico, generalmente flexible y resistente, de los seres animales o vegetales; entre sus funciones están la de recubrir un órgano o un conducto o la de separar o conectar dos cavidades o estructuras adyacentes.(1)
Para llevar a cabo diferentes investigaciones se utilizan las llamadas: " membranas artificiales" que son sistemas que imitan una o más de las propiedades de la membrana biológica. Estos arreglos pueden utilizarse en varios usos prácticos, como por ejemplo: modelo para el sistema biológico y medio para reacciones químicas o bioquímicas. (2)
Equilibrio de dialisis
Es un metodo adecuado para medir el acoplamiento de pequenas moleculas a macromoleculas, siempre que las moleculas de peque~o tama~o sean dializables y que exista un metodo cuantitativo de deteccion. (5)
Se pueden utilizar las Membranas semipermeables para Diálisis con Riñón Artificial (DIÁLISIS RENAL), y membranas mono y bimoleculares utilizadas como modelos para simular una Membrana Celular biológica. (3)
Con respecto a las membranas de diálisis, cada día se investiga en busca de membranas con características ideales, como son: a) alta permeabilidad, b) gran capacidad de absorción, c) bajo costo y c) biocompatibilidad.
Existen varios tipos de membranas: las celulósicas, como el cuprafán y el hemofán, cuyo elemento básico es la celulosa y son las menos biocompatibles más tarde se han diseñado las de acetato de celulosa,en las que el 75 a 80% de radicales hidróxilo han sido sustituidas por acetato, incrementando la permeabilidad y la biocompatibilidad, siendo el triacetato de celulosa la de más alta permeabilidad. Las membranas de celulosa son las más empleadas por su bajo costo.
Luego tenemos las membranas sintéticas, son más porosas que la celulósicas, con una alta capacidad de adsorción de proteínas.
Pueden ser hidrofílicas o hidrofóbicas. Son membranas de alta permeabilidad, mayor grado de biocompatibilidad, pero su costo es mayor. Entre las hidrofóbicas se encuentran la polisulfona y la polimetilmetacrilato.
Los parámetros que influyen sobre los aclaramientos de una membrana son:
La presion osmotica se define como la mínima presión necesaria para impedir el paso de las moléculas del disolvente puro hacia una disolución a través de una membrana semipermeable (6). Las membranas semipermeables son aquellas que permiten el paso a su través de móleculas
en función de su peso/tamaño molecular, permitiendo el paso de pequeñas moléculas pero
impidiendo el paso de moléculas de gran tamaño. Estas membranas están dotadas de poros
microscópicos y dependiendo de las dimensiones de los poros así podrán pasar unas determinadas moléculas a su través. Lo harán libremente algunas, otras a medias y otras no podrán pasar en absoluto. (7)
Efecto Donnan
La presencia de un ion no difusible, en un lado de una membrana, determina una redistribución iónica cuyo resultado final será el equilibrio Donnan, donde el potencial químico es igual, pero de sentido opuesto, al potencial el
éctrico. En los dos compartimientos hay igual número de cargas positivas y negativas, pero el compartimiento que contiene el ion no difusible tiene, con respecto al otro compartimiento, un mayor número de partículas.De no existir algún otro mecanismo que compense esta distinta osmolaridad, deberá aparecer un flujo de agua desde el compartimiento que NO contiene a ion no difusible hacia el lado que contiene el Ion no difusible. Este flujo de agua haría que este compartimiento aumentara de volumen.
Si se piensa en una célula animal, como en el interior hay proteínas no difusibles, por equilibrio Donnan las células tenderían a hincharse. Sin embargo, esto no ocurre ya que en el exterior hay OTRO ION que se, comporta como NODIFUSIBLE.
Este es el Na+, que crea también, un efecto Donnan, pero de sentido contrario: el desbalance osmótico, por las proteínas intracelulares se ve, así, compensado.
El Na+, sin embargo, no es totalmente impermeable y, por gradiente eléctrico y químico, tiende, permanentemente a entrar al interior celular. Será la bomba de Na+ la que lo hará permanecer en el exterior, COMO SI FUERA IMPERMEABLE. (8)
Diferencias de pH
Según la teoría quimiosmótica de Mitchell( ganador del premio Nobel en 1978), el sistema transportador de electrones produce un gradiente de protones entre los dos lados de la membrana mitocondrial interna, que crea una diferencia de pH y un potencial de membrana. De acuerdo a esta teoría, los protones son bombeados de la matriz mitocondrial hacia el compartimiento intermembranal, a medida que los electrones del NADH2 se mueven a través de una cadena transportadora de electrones, la cual forma parte de la membrana mitocondrial. Cada par de electrones cruza la membrana tres veces, transportando en cada una de ellas dos protones hacia el espacio intermembranal (9)
Transporte a traves de las membranas (10)
Lo primero que tiene que hacer un microorganismo a la hora de su nutrición es captar los nutrientes que necesite desde el medio exterior. Debido a que la bicapapa lipídica (membrana) actúa como barrera que impide el paso de la mayor parte de las sustancias, esto significa que deben existir mecanismos específicos para lograr la entrada de los nutrientes. Además, teniendo en cuenta que las bacterias suelen vivir en medios diluidos, deben realizar un “trabajo” para trasladar muchos de esos nutrientes en contra del gradiente de concentración.
Tradicionalmente se viene considerando tres métodos principales de transporte de sustancias a través de la membrana:
- Transporte pasivo inespecifico (difusion simple)
- Transporte pasivo especifico (difusion facilitada)
- Transporte activo
Este transporte consiste en la difusión pasiva de ciertas sustancias para las que la membrana es impermeable, debido a la diferencia de concentración (DC) a ambos lados de dicha membrana (la sustancia tiene mayor concentración fuera que dentro de la célula). Aparte de esta diferencia de concentración, en la difusión pasiva influyen:
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Las membranas citoplásmicas son impermeables en sí mismas a la mayor parte de las moléculas. Sólo se da en el caso de O2, CO2, NH3, agua y otras pequeñas sustancias polares no ionizadas.
La difusión simple se produce por el paso de estas sustancias a través de poros inespecíficos de la membrana citoplásmica.
Es un proceso que permite el paso de compuestos por difusión a través de transportadores estereoespecíficos y (al igual que en el caso anterior) sobre la base de un gradiente de concentración (en la dirección termodinámicamente favorable).
El transportador suele ser una proteína integral de membrana (permeasa o facilitador), cuya conformación determina un canal interior, y por el cual un determinado sustrato puede alcanzar el interior, sin gasto de energía. Se piensa que cuando el soluto se une a la parte de la permeasa que da al exterior, esta proteína sufre un cambio conformacional que libera la molécula en el interior. Como al entrar la molécula, enseguida entra en el metabolismo y desaparece como tal, esto basta para mantener el gradiente de concentración que permite esta difusión.
Transporte activo (10)
Consiste en el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentración, lo que requiere un gasto energético. En la mayor parte de los casos este transporte activo (que supone un trabajo osmótico) se realiza a expensas de un gradiente de H+ (potencial electroquímico de protones) previamente creado a ambos lados de la membrana, por procesos de respiración y fotosíntesis; por hidrólisis de ATP.
Membranas biologicas (11)
Modelos de membranas
Gorter y Grendell (1925): Establecen que la membrana esta formada por una simple bicapa de lípidos.
Danielli y Davson (1935): Incluyen una cubierta externa de proteínas. El interior es una capa lipoide no especificada.
Unidad de membrana de Robertson (1950) :Explicaba la apariencia trilaminar de muchas membranas al microscopio electrónico.
Mosaico Fluido (Jonathan Singer y Garth L. Nicolson, (1972) : Es el modelo aceptado actualmente. La estructura de la bicapa es bastante fluida. Las moléculas de proteínas pueden desplazarse lateralmente por la bicapa, tomando unas disposiciones (mosaico) que cambian en el tiempo y en lugar.
Componentes de la membrana celular (11)
Proteínas: Se dividen en integrales, si atrviezan la membrana y perifericas si se encunetran mirando hacia el interior de la membrana. Funciones: Enzimas, receptores e influyen en la conexión de hormonas y otras moléculas. Transportadoras: Reguladoras de movimientos de iones y moléculas a través de la membrana
Carbohidratos: Se encunetran dirigidos hacia el exterior de la membrana asociados a lípidos (glucolípidos) y a porteínas (glicoproteínas. Funciones: Adhesión celular. Reconocimiento celular de hormonas, anticuerpos, virus; que reaccionan con la célula.
Lípidos: Forman la capa de fosfolípidos y otros lípidos como el colesterol en células animales.Funciones: Individualidad y carácter anfipático a la membrana. El colesterol proporciona flexibilidad dependiendo de la proporción y el tipo de ácido graso de los fosfolípidos.
Proteinas de membrana (12)
Son de dos tipos:
Proteínas integrales: son aquellas que cruzan la membrana y aparecen a ambos lados de la capa de fosfolípidos. La mayor parte de estas proteínas son glicoproteinas, proteínas que tiene unidos uno varios monosacáridos. La parte de carbohidrato de la molécula está siempre de cada al exterior de la célula
Proteínas periféricas: están no se extienden a lo ancho de la bicapa sino que están unidas a las superficies interna o externa de la misma y se separan fácilmente de la misma.
Bomba Sodio/Potasio (13)
La bomba de sodio y potasio cumple un rol muy importante en la producción y transmisión de los impulsos nerviosos y en la contracción de las células musculares. El sodio tiene mayor concentración fuera de la célula y el potasio dentro de la misma. La proteína transmembrana “bombea” sodio expulsándolo fuera de la célula y lo propio hace con el potasio al interior de ella. Este mecanismo se produce en contra del gradiente de concentración gracias a la enzima ATPasa, que actúa sobre el ATP con el fin de obtener la energía necesaria para que las sustancias puedan atravesar la membrana celular. La forma de actuar de la bomba de sodio y potasio es la siguiente:
1: tres iones de sodio (3 Na+) intracelulares se insertan en la proteína transportadora.
2: el ATP aporta un grupo fosfato (Pi) liberándose difosfato de adenosina (ADP). El grupo fosfato se une a la proteína, hecho que provoca cambios en el canal proteico.
3: esto produce la expulsión de los 3 Na+ fuera de la célula.
4: dos iones de potasio (2 K+) extracelulares se acoplan a la proteína de transporte.
5: el grupo fosfato se libera de la proteína induciendo a los 2 K+ a ingresar a la célula. A partir de ese momento, comienza una nueva etapa con la expulsión de otros tres iones de sodio.
La bomba de sodio y potasio controla el volumen de las eucariotas animales al regular el pasaje del sodio y del potasio. El gradiente generado produce un potencial eléctrico que aprovechan todas aquellas sustancias que debe atravesar la membrana plasmática en contra del gradiente de concentración. A medida que sale sodio de la célula, el líquido extracelular adquiere un mayor potencial eléctrico positivo, lo que provoca atracción de iones negativos (cloro, bicarbonato) intracelulares. Al haber más iones de sodio y cloruros (Na+ y Cl-) en el medio extracelular, el agua tiende a salir de la célula por efecto de la ósmosis. De esta manera, la bomba de sodio y potasio controla el volumen celular.
Paginas consultadas
- http://es.thefreedictionary.com/membranas
- http://www.pucpr.edu/colegios/ciencias/investigaciones.htm
- http://www.lookfordiagnosis.com/mesh_info.php?term=Membranas+Artificiales&lang=2
- http://www.monografias.com/trabajos13/dialadec/dialadec.shtml
- http://books.google.com/books?id=iW0yHGmE-JwC&pg=PA579&lpg=PA579&dq=equilibrio+en+dialisis&source=bl&ots=7AeBCOXjcH&sig=nVv3GlUoG1MzZrg2WYHcdh0HwXw&hl=es&ei=kaA9SpKnGpWqMtmGnaEO&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=2
- http://es.encarta.msn.com/encnet/refpages/search.aspx?q=presion+osmotica
- http://www.carloshaya.net/biblioteca/contenidos/docs/nefrologia/predialisis/blancaramos1.PDF
- http://www.elergonomista.com/biologia/biofisica68.html
- http://www.forest.ula.ve/~rubenhg/atp/
- http://www.ugr.es/~eianez/Microbiologia/06membrana.htm
- http://www.bolivar.udo.edu.ve/biologia/Membrana%20Celular.htm
- http://www.iqb.es/cbasicas/farma/farma01/sec01/c1_002.htm
- http://hnncbiol.blogspot.com/2008/01/bomba-de-sodio-y-potasio_21.html
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