1. Ciencia

Funcionamiento del Organismo 2005
3. TRANSPORTE PASIVO Y ACTIVO
Dr. Fernando D. Saraví
I . MECANISMOS DE TRANSFERENCIA A TRAVÉS DE MEMBRANAS BIOLÓGICAS
Pasivos: Impulsados por la agitación térmica del soluto (difusión) o disolvente (ósmosis). Requieren
diferencias de concentración (solutos no cargados) o electroquímicas (iones). Son procesos disipativos
que tienden a llevar el sistema a un estado de equilibrio termodinámico.
Activos: No explicables por agitación térmica. Pueden funcionar contra gradientes de concentración
(solutos no cargados) o electroquímicos (iones). Se clasifican en transporte activo primario, donde el
acoplamiento entre el transporte y el consumo de energía es directo (ATPasas), y transporte activo
secundario, donde el acoplamiento es indirecto (otro mecanismo directo crea el gradiente necesario).
Otra clasificación posible se basa en la ausencia o existencia de moléculas transportadoras
específicas (transportadores o carriers). La difusión simple, la ósmosis y la ultrafiltración (transferencia
por diferencia de presión hidrostática) no son mediados por transportadores.
II. LA TRANSFERENCIA MEDIADA POR TRANSPORTADORES INCLUYE:
A. Difusión facilitada: Una molécula específica facilita la transferencia de un soluto a favor de su
diferencia de concentración. Por ejemplo, transportadores de glucosa que facilitan el ingreso de la
hexosa a las células en la mayoría de los tejidos, y la salida en epitelios a través de los cuales se
transfiere glucosa (túbulo proximal, intestino delgado, plexos coroideos). Para igual diferencia de
concentración, la transferencia es mucho mayor en presencia del transportador.
B. Transporte activo primario. Una molécula específica permite la transferencia de uno o más
solutos, en general iones, en contra de sus gradientes electroquímicos. La molécula tiene actividad de
ATPasa (hidroliza ATP). Tres ejemplos son la Na,K-ATPasa presente en la membrana plasmática de
todas las células, la Ca-ATPasa del retículo sarcoplásmico, y la H,K-ATPasa de las células oxínticas de
la mucosa gástrica.
C. Transporte activo secundario. Una molécula específica acopla el paso de un soluto en contra de
su gradiente electroquímico con el paso de otro a favor de su gradiente. La energía perdida por este
último es empleada para transportar el primero. Los solutos pueden trasportarse en el mismo sentido
(cotransporte; por ejemplo, Na con glucosa) o en sentido opuesto (antiporte; por ejemplo, Na/H). No
son ATPasas. La energía se requiere para mantener el gradiente que permite el funcionamiento del
sistema (ej, Na,K-ATPasa para mantener antiporte Na/H).
El transporte activo primario y secundario puede ser electrogénico (generar una corriente
transmembrana) cuando hay transferencia neta de carga (ej. Na-glucosa, Na,K-ATPasa con
estequiometría 3 Na, 2 K por ATP hidrolizado).
III. CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS MEDIADOS POR TRANSPORTADORES
1. Especificidad. Solamente ciertos iones o moléculas son transferidos.
2. Estereoespecificidad. En caso de solutos ópticamente activos (por ejemplo, D-glucosa)
3. Saturación. La transferencia no aumenta indefinidamente sino que tiende a un máximo que
depende del número de transportadores presentes y la duración del ciclo de cada uno.
4. Inhibición competitiva. Dos solutos de estructuras muy similares pueden competir por un mismo
transportador (por ejemplo, glucosa y galactosa en el epitelio intestinal).
5. Dependencia del aporte de energía. Solamente en el caso de transporte activo primario o
secundario (no para difusión facilitada).
IV. LA Na,K-ATPASA (BOMBA DE SODIO Y POTASIO)
La Na,K-ATPasa es una enzima presente en la membrana de todas las células, que mantiene los
gradientes de concentración del Na+ y del K+. Extrae Na+ e introduce K+ con la misma tasa con que
dichos iones se mueven pasivamente en sentido contrario. Dicho proceso requiere energía metabólica
en forma de ATP. El funcionamiento de la bomba requiere 25 a 30 % del ATP que la célula consume.
La Na,K-ATPasa posee dos subunidades, una α de 120 KDa y otra β de menor tamaño, la cual está
glicosilada. La subunidad β participa en el transporte iónico, pero es necesaria para direccionar la Na,KATPasa a la membrana plasmática. Cada unidad de bombeo es un tetrámero α2 β 2. La bomba funciona
en un ciclo de 10 ms con los siguientes pasos: 1) Estado E1-ATP: La bomba fija ATP del lado
citoplásmico, lo que expone 3 sitios de alta afinidad para el Na+ (Km 0,6 mM). 2) Estado E1-ATP3Na+: Se ligan 3 Na+ . 3) Estado E1-P-(3 Na+) ocluido: Se libera ADP, quedando fosforilado un
residuo aspartato. Esto cambia la conformación de la bomba y aísla (ocluye) los Na+ ligados. 4) Estado
E2-P-(3 Na+) no ocluido: Otro cambio conformacional expone los Na+ al fluido extracelular y reduce la
afinidad de la bomba por el Na+. 5) Estado E2-P “vacío”. Los Na+ son liberados al exterior y aumenta
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la afinidad de la bomba por el K+. 6) Estado E1-P-2 K+. Se ligan 2 K+ del medio extracelular. 7)
Estado E1-(2 K+) ocluido: Se libera el residuo fosfato y los K+ quedan aislados en el interior de la
bomba. 8) Estado E1-ATP-2 K+ no ocluido. Al ligarse nuevamente ATP, los K+ quedan expuestos al
medio intracelular y la afinidad por ellos se reduce. Los K+ se liberan al citoplasma; el ciclo se reinicia.
Como extrae 3 Na+ por cada 2 K+ que ingresan, la Na,K-ATPasa es electrogénica: genera una corriente
neta de salida, que puede aumentar el potencial transmembrana en 2 ó 3 mV. La Na,K-ATPasa es
bloqueada en forma selectiva por glucósidos cardiotónicos como uabaína y digoxina, que se unen
desde el lado extracelular a la subunidad α y bloquean el ciclo en el paso 6 (no se liga K+).
V. CANALES IÓNICOS
Son proteínas integrales que permiten el paso de iones a través de la membrana. En general constan de:
1) Un poro que conecta el medio intracelular con el extracelular. 2) Un filtro que permite
selectivamente el paso de iones según su signo y en muchos casos es específico para un ión dado (ej.,
Na+, K+, Ca2+). 3) Un sensor que responde a señales como: a) cambio de potencial transmembrana
(canales operados por potencial); b) Segundos mensajeros intracelulares como cAMP o Ca2+; y c)
Mediadores extracelulares como el neurotransmisor acetilcolina (canales operados por ligando).
Algunos canales poseen más de un sensor. 4) Una o dos compuertas cuyo estado determina si el canal
está abierto o cerrado (los canales responsables del potencial de reposo carecen de compuertas).
Un canal de K+ operado por potencial (Fig. 1, A) consta de
varias subunidades (α –hélices) que atraviesan la membrana.
Se representa en verde las hélices que forman el poro. Éstas
poseen una compuerta que debe desplazarse para permitir el
paso de iones. Los sensores del potencial transmembrana
son regiones cargadas positivamente (amarillo). Con el
potencial de reposo normal (interior negativo) la compuerta
está cerrada (Fig. 1 B, izq). Cuando el potencial se reduce o
invierte (Fig. 1 B, der), los sensores se desplazan y abren la
compuerta, permitiendo el pasaje de K+. El canal abierto es
atravesado por 106 K+/s o más, según su gradiente
electroquímico (normalmente favorable a la salida de K+).
El canal persiste abierto mientras dure la despolarización, y
se cierra cuando la membrana recupera su polaridad normal.
Fig. 1. Canal de K+ operado por
El canal de Na+ operado por potencial que es responsable por
potencial. Modificado de Arhem P.
la propagación del potencial de acción es más complejo, pues
Lancet 363: 1221-1223, 2004
posee dos compuertas, llamadas de activación e inactivación.
+
Los iones Na sólo pueden atravesar el canal cuando ambas
compuertas están abiertas (Fig. 2). Con un potencial transmembrana de –60 a – 90 mV (potencial de
reposo de neuronas y miocitos) el canal se encuentra cerrado por la compuerta de activación (Fig. 2,
izq). Cuando la membrana se despolariza, un sensor de potencial hace que esta compuerta se abra y
permita el ingreso de Na+ (Fig. 2, centro). La misma despolarización hace que la compuerta de
inactivación se desplace más lentamente y cierre el canal (Fig. 2, der). Para que el canal pueda abrirse
de nuevo, las
compuertas deben
volver a la posición inicial, lo
cual requiere que
la membrana se
repolarice.
Diversas tóxicos y
fármacos afectan
la función de este
canal de Na+. Es
bloqueado por la
tetrodotoxina, un
potente veneno del pez globo (Tetraodonton spp., etc). Los anestésicos locales como la lidocaína se
unen desde al canal en su estado inactivado y prolongan la inactivación. Otro tanto hacen fármacos,
como la fenitoína, empleados en el tratamiento de la epilepsia.