La difusión en la célula es el transporte pasivo de soluto a favor de su gradiente de concentración. En biología, el gradiente de concentración existe a través de una membrana plasmática semipermeable, de modo que la concentración de solutos es mayor en un lado de la membrana que en el otro.
La fuerza impulsora del movimiento de solutos durante la difusión es la diferencia en su concentración a través de una membrana que forma un gradiente de concentración. Dirige el movimiento del soluto a favor del gradiente hasta que se iguala el flujo neto de solutos a través de la membrana.
¿Qué es la difusión en una célula?
La difusión en la célula es el proceso en el que los solutos de una región de alta concentración se mueven hacia la región de baja concentración hasta lograr el equilibrio, sin gastar energía ni ATP en ella. Los solutos se mueven a través de la membrana plasmática por difusión simple o por difusión facilitada, a favor del gradiente de concentración.
¿Qué le hace la difusión a la célula?
La difusión permite que diferentes tipos de moléculas entren y salgan de las células a través de su membrana plasmática según las necesidades de las células o las reacciones metabólicas y reguladoras que tienen lugar dentro de la matriz celular.
- gases: Gases como el oxígeno, el dióxido de carbono y el monóxido de carbono, pueden atravesar la membrana plasmática por simple difusión.
- Moléculas polares y cargadas: Las moléculas polares y cargadas como iones, carbohidratos, aminoácidos, nucleósidos pueden cruzar la membrana plasmática solo a través de las proteínas facilitadoras presentes en la membrana plasmática.
- Moléculas no polares y sin carga: Las moléculas pequeñas, no polares y sin carga junto con algunas moléculas orgánicas hidrofóbicas pueden atravesar la membrana plasmática por difusión simple.
¿La difusión afecta a las células?
La difusión afecta a una célula de diferentes maneras. Puede afectar la concentración de solutos en la matriz celular, cambiar el volumen y el tamaño de la célula si sufre ósmosis y provocar cambios conformacionales en las proteínas de la membrana de la célula.
¿Cómo afecta la difusión a las células?
La difusión puede afectar el tamaño de la célula si la célula se somete a un tipo especial de difusión llamado ósmosis. En la ósmosis, el agua, que es un disolvente polar, atraviesa la membrana plasmática en lugar de los solutos disueltos en el agua. Como resultado, La absorción y liberación de estas moléculas de agua en respuesta a la diferente concentración de soluto a través de la membrana conduce a un aumento y disminución del volumen y tamaño de la célula, respectivamente.
¿Cómo afecta la difusión al tamaño de las células?
La ósmosis, que es un tipo especial de difusión en la celda, afecta el volumen de una celda según el tipo de solución en la que se coloca o se rodea debido al intercambio de soluto y solventes que tiene lugar hasta que se alcanza el equilibrio. Por otra parte, su efecto es ligeramente diferente en las células animales y vegetales. Estos efectos son de naturaleza reversible y las células pueden volver a sus dimensiones originales en unos pocos minutos al establecer un equilibrio entre la concentración de soluto dentro y fuera de la célula.
Cuando dos soluciones de diferente concentración de soluto están separadas por una membrana semipermeable, Las moléculas de agua en la solución hipertónica o hiperosmótica se mueven a través de la membrana semipermeable hacia la solución hipotónica o hipoosmótica.. Hipertónico Las soluciones tienen una concentración de soluto comparativamente más alta en comparación con la de la célula, mientras que la hipotónico Las soluciones tienen una concentración de soluto comparativamente más baja que la de la célula. Isotónico o las soluciones isoosmóticas, por otro lado, tienen la misma concentración de soluto que la de la célula.
Cuando se coloca en una solución que es hipotónica en comparación con la concentración de soluto intracelular, una célula tiende a ganar agua por endosmosis. Las células animales pueden absorber agua y aumentar de volumen hasta que revienta. mientras que, en la célula vegetal, la pared celular ayuda a mantener un volumen constante. Las células suelen volver a un estado de equilibrio al reducir su presión interna, lo que se logra al perder los solutos. Una célula plasmolizada también se puede devolver a su volumen original colocándola en una solución hipotónica..
Cuando se coloca en una solución hipertónica, una célula tiende a perder toda el agua a la solución circundante por el proceso de exósmosis porque la concentración de soluto intracelular es hipotónica en comparación. Las células animales se reducen de tamaño debido a la pérdida de agua y la disminución del volumen celular.mientras que, las células vegetales permanecen intactas debido a la presencia de la pared celular pero su membrana celular se desprende de la pared celular y la matriz reduce su volumen. Una célula vegetal en la que el la matriz celular se reduce considerablemente, Que se llama una célula plasmolizada.
¿Dónde ocurre la difusión en la célula?
La difusión en la célula ocurre en la membrana plasmática de una célula, donde los solutos o el solvente (como en el caso de la ósmosis), pueden difundirse dentro y fuera de la célula a través de diferentes métodos. Los solutos pueden sufrir difusión simple o difusión facilitada. En la difusión simple, pequeñas moléculas sin carga, agua y gases pueden atravesar la bicapa lipídica sin la ayuda de ninguna proteína transportadora. Entonces, la difusión simple puede ocurrir casi en cualquier parte de la membrana plasmática de las células..
La difusión facilitada se lleva a cabo con la ayuda de proteínas transportadoras o canales de proteínas que son proteínas integrales de membrana especializadas. Estas Las proteínas de membrana son altamente selectivas y responden solo a moléculas seleccionadas. a los que se les permite pasar a través de ellos, mientras que no responden a los demás y no les permiten cruzar. De este modo, la difusión facilitada de un soluto dado solo puede ocurrir en sitios específicos de la membrana plasmática de la célula donde están presentes las proteínas integrales de la membrana que son específicas del soluto dado.
¿Cuándo ocurre la difusión en la célula?
La difusión en la célula se produce a través de la membrana plasmática para absorber los solutos que están presentes en el exterior y son necesarios para diversas funciones dentro de la célula o para liberar los solutos excedentes fuera de la célula, ya que ya no se necesitan dentro de la célula o se necesitan fuera de ella. célula.
Como, la difusión en la célula se produce a favor del gradiente de concentración, los solutos solo pueden atravesar la bicapa lipídica si su concentración en un lado de la membrana es mayor que en el otro lado. Cuando se forman o están presentes tales diferencias en el gradiente de concentración, los solutos cruzan la membrana plasmática desde el lado de mayor concentración de soluto al de menor concentración de soluto. El intercambio de soluto ocurre hasta que la concentración en ambos lados se vuelve igual.
¿Cómo se produce la difusión en la célula?
La difusión en la célula de los diferentes solutos depende de su tamaño, carga, polaridad, permeabilidad, hidrofobicidad e hidrofilia. Por lo tanto, cada tipo de soluto sigue un método diferente y se transporta con la ayuda de diferentes transportadores facilitadores en caso de transporte facilitado. Aquí se mencionan los detalles de la difusión en la célula de algunos de los solutos, como agua, lípidos, iones y moléculas cargadas.
Agua
- Poros estadísticos: el agua, que tiene un tamaño relativamente más pequeño, es capaz de cruzar fácilmente la bicapa lipídica. a través de poros estadísticos que son estructuras no estáticas. Estos poros con un diámetro de alrededor de 4.2Å se forman cuando las moléculas de fosfolípidos adyacentes en la membrana celular se mueven lateralmente pero en direcciones opuestas.
- torceduras: Las torceduras son defectos estructurales móviles en las cadenas de acilo de los fosfolípidos que son causados por la fusión de la cadena de acilo. Estas torceduras pueden permitir que el agua pase a través de ellas.
- acuaporinas: Las acuaporinas son un miembro de la principal familia de proteínas intrínsecas que permiten la difusión facilitada de agua, dentro y fuera de la célula. En las plantas, las acuaporinas están presentes tanto en la membrana celular como en la membrana de la vacuola, que se denominan proteína intrínseca de la membrana plasmática y proteína intrínseca del tonoplasto, respectivamente. Estos son más comunes en las células que están fuertemente invertidas en el transporte de agua, como las células del túbulos renales en los animales y la célula de raíces en las plantas.
Lípidos
Las moléculas de lípidos pueden facilitary se difunden dentro y fuera de la célula debido a su naturaleza hidrófoba. La permeabilidad de los lípidos es directamente proporcional a su solubilidad. Una penetración más rápida significa que el soluto tiene una mayor solubilidad en lípidos.
- Los lípidos toman un tiempo comparativamente más largo para difundir a través de la bicapa lipídica porque el citoesqueleto a base de actina presente en la superficie citoplásmica de la membrana celular hace que ésta forme compartimentos.
- Obstáculo estérico y alta ralentización circunferencial alrededor del proteínas transmembrana que están anclados a la red del citoesqueleto de actina, conduce a confinamiento temporal de los fosfolípidos presentes en la membrana celular.
- La desaceleración circunferencial es causada por la gran cantidad de fricción hidrodinámica eso ocurre cuando una gran cantidad de fosfolípidos se acumulan cerca de las proteínas transmembrana.
- Estos compartimentos median la localización de la respuesta intracelular en las regiones donde se ha producido la recepción de la señal extracelular..
Iones y moléculas cargadas
La bicapa lipídica es altamente impermeable a partículas cargadas o incluso a iones pequeños como H+, HCO3-, Na+, K+, Ca2+ y Cl-. Dado que estos iones son críticos para las actividades celulares de varias multitudes, incluida la recepción y conducción del impulso nervioso en los animales, la apertura de los poros de los estomas en las plantas, la contracción muscular en los animales, la regulación del transporte de otras proteínas grandes. dentro y fuera del membrana celular en ambas plantas y animales.
La difusión de iones dentro y fuera de las células se ve facilitada por algunos canales integrales de proteínas de membrana que son selectivos y solo permiten el paso de ciertos tipos de iones. Los canales iónicos pueden permitir la entrada o salida de iones en millones por segundo, sin ningún gasto de energía.
- Canales iónicos controlados por voltaje: canal de membrana Proteínas que operan bajo la influencia de la carga. diferencia a través de la bicapa lipídica, se denominan canales iónicos dependientes de voltaje. La diferencia en la carga entre la matriz intracelular y extracelular interviene en la apertura y el cierre de estos canales iónicos. Neuronas y células musculares tienen tales canales iónicos que ayudan en la conducción de impulsos y el movimiento muscular, respectivamente.
- Canales iónicos activados por ligando: Estos canales iónicos sufren cambios conformacionales cuando el los ligandos se unen a ellos en la superficie externa o interna/citosólica de la membrana plasmática, permitiendo así el paso de solutos o iones en este caso, a través de la membrana. El punto a señalar aquí es que un el ligando no es el soluto ni se transporta a través de la membrana, en cambio, es una parte del sistema de señalización. Cuando la acetilcolina, un neurotransmisor, se une a la superficie exterior de los canales para facilitar la conductancia del impulso nervioso en las sinapsis. Mientras que el cAMP se une a la superficie interna de algunos canales de iones de calcio.
- Canales iónicos activados mecánicamente: Dichos canales cambian su conformación en respuesta a fuerzas mecánicas. Las células ciliadas del oído interno abren canales iónicos al doblarse en respuesta a las ondas sonoras. Los iones transportados participan entonces en la formación del impulso nervioso.
Tipo de difusión en la célula
La difusión o difusión pasiva de solutos a través de una membrana semipermeable puede clasificarse ampliamente en dos tipos según la necesidad de los canales de proteínas para el transporte.
Difusión pasiva simple
El soluto se difunde a través de la bicapa lipídica simplemente difundiéndose dentro y fuera de la célula. Las moléculas que pueden atravesar la membrana celular por simple difusión pasiva son los gases, el agua y los solutos pequeños sin carga. El proceso de difusión pasiva simple requiere energía para atravesar una membrana bicapa, pero no en forma de ATP. La energía para atravesar la membrana proviene del agua de hidratación, que es el número de grupos hidroxilo (-OH) unidos a una molécula de soluto. El proceso ocurre en tres pasos:
- El soluto pierde las aguas de hidratación.
- El soluto deshidratado atraviesa la bicapa de fosfolípidos.
- Recupera el agua de hidratación al otro lado de la membrana celular.
La energía de activación para la difusión a través de la bicapa lipídica es directamente proporcional al agua de hidratación presente en el soluto. La única excepción a esta relación es el agua, ya que tiene una permeabilidad extremadamente alta.
Difusión pasiva facilitada
El soluto se difunde dentro y fuera de las bicapas lipídicas en lugares particulares con la ayuda de proteínas de membrana integrales específicas del soluto que también se denominan transportadores facilitadores. Hay dos tipos de proteínas involucradas en la difusión facilitada, proteínas transportadoras y proteínas de canal.
Cuando el soluto se une a las proteínas transportadoras de un lado, provoca un cambio conformacional en ellas. Este cambio de conformación de la proteína facilita el movimiento de las partículas de soluto a través de ella y a través de la bicapa lipídica en ambas direcciones, desde una región de alta concentración de soluto a la región de menor concentración de soluto, hasta que se logra el equilibrio. Por otro lado, proteína de canalPermiten la libre difusión de cualquier molécula que tenga un tamaño adecuado y pueda caber en el poro que atraviesa el proteína de canal.
Difusión en el metabolismo celular
La difusión en la célula tiene un papel vital que desempeñar en el metabolismo celular, ya que tiene la capacidad de regular las reacciones metabólicas que ocurren en una célula, pero la difusión también puede verse afectada por varios factores.
- Gradiente de concentración: La extensión del transporte de soluto depende de la diferencia entre la concentración del soluto en ambos lados de la membrana. Cuanto mayor sea la diferencia, mayor y más rápida será la velocidad de difusión de los solutos a través de la membrana.
- Tamaño y masa del soluto.: La velocidad de difusión es indirectamente proporcional al tamaño de las moléculas. Los solutos que tienen un tamaño más grande o una masa más alta, tardan más tiempo en difundirse a través de la bicapa lipídica.
- Tamaño de celda: El tamaño de la celda o el diámetro de la celda también es inversamente proporcional a la velocidad de difusión. Una celda de tamaño más pequeño tendrá una velocidad de difusión más rápida ya que la distancia a recorrer es menor, mientras que, en una celda con un diámetro mayor, la distancia recorrida por el soluto será mayor y, por lo tanto, la velocidad de difusión será más lenta.
- Interacción con otras moléculas: Si los solutos de tamaño más pequeño interactúan con proteínas más grandes, su velocidad de difusión se reduce mucho en comparación con cuando no estaba involucrado en ninguna interacción de este tipo. Esto sucede porque los solutos más pequeños ahora no tienen la libertad de difundirse debido a que su interacción con las moléculas más grandes dificulta su libre movimiento.
- Temperatura: La temperatura es directamente proporcional al movimiento del soluto en una solución y, por lo tanto, también es directamente proporcional a la velocidad de difusión. Cuando una solución está a alta temperatura, sus solutos ganan mucha energía y su movimiento aleatorio se vuelve muy rápido. Como resultado, tales moléculas también se difunden más rápido.
Papel de la difusión en el metabolismo celular
- La glucosa sufre una difusión facilitada cuando su concentración en la sangre es mayor que la de las células de los músculos esqueléticos y los tejidos adiposos, con la ayuda de los transportadores de proteínas GLUT. De las muchas proteínas de la familia GLUT, GLUT4 es activada por la insulina. Cuando la insulina se une a la proteína transportadora GLUT4, facilita la difusión a un ritmo muy elevado en los tejidos sensibles a la insulina. Por lo tanto, la insulina mantiene el nivel de glucosa en sangre normal.
- Como la glucosa juega un papel vital en el metabolismo celular, se requiere en gran cantidad dentro de la matriz celular, pero el gradiente de concentración puede prohibir la entrada de glucosa en la célula cuando se alcanza el equilibrio. Para evitar que el gradiente de concentración alcance el equilibrio, las moléculas de glucosa se fosforilan al entrar a través de la membrana celular. La fosforilación reduce la concentración intracelular de glucosa y permite la entrada constante de glucosa en la célula.
- Las neuronas mantienen un estado de polarización o potencial de membrana en reposo al tener un exceso de iones de sodio fuera de la membrana celular y tener un exceso de iones de potasio en el interior de la misma. Cuando el nervio recibe un estímulo, los canales activados por iones de sodio y potasio se abren para permitir que un ion de sodio ingrese a la célula y dos iones de potasio salgan de la célula. Esto conduce a la despolarización de la membrana y el potencial de acción se desplaza a lo largo de la membrana, lo que conduce a la transmisión del impulso nervioso.
- la hemoglobina presente en la sangre por lo general se une con el oxígeno en algunos sitios particulares y se somete a una difusión facilitada. Aparte de eso, el oxígeno también se intercambia por difusión simple. El dióxido de carbono y el monóxido de carbono también se intercambian entre los alvéolos y los capilares sanguíneos por difusión de manera similar.
Papel de la difusión en Cell
- Proteínas GLUT4: la unión de la hormona insulina a las proteínas transportadoras GLUT4 conduce a la entrada de moléculas de glucosa excedentes dentro de las células por difusión facilitada.
- Señalización de mensajeros secundarios: los mensajeros secundarios suelen ser pequeñas moléculas o iones que participan en la transmisión de las señales de los receptores presentes en la membrana plasmática a varias otras proteínas intracelulares y comienzan una cascada de señalización. La entrada de los mensajeros secundarios dentro de la matriz celular se produce a través de la difusión facilitada.
- La ósmosis como un tipo especial de difusión: la osmosis es importante en las celulas tanto animales como vegetales. Estas células participan en la absorción de agua, como la absorción de agua del suelo por los pelos de la raíz, la reabsorción de agua por los túbulos contorneados proximales y distales presentes en los riñones de los animales, la reabsorción de líquido tisular en los capilares sanguíneos y la absorción de agua en el tubo digestivo de los animales.
- Filtración de sangre: los riñones de los animales participan en la eliminación de productos de desecho mediante el proceso de difusión simple y facilitada.
- Respiración: la difusión en la célula también permite el intercambio de gases entre los alvéolos de los pulmones y los capilares de la sangre para permitir que se produzca la respiración.. El intercambio de gases en los animales acuáticos también sigue un mecanismo similar. Como los gases intercambiados no están cargados, experimentan una difusión simple.
- Absorción de alimentos: los alimentos que se digieren en el tracto digestivo contienen cierta cantidad de nutrientes solubles en lípidos, como la vitamina A, D, R y K, que pueden pasar fácilmente a través de las células presentes en las vellosidades hacia los vasos sanguíneos por el proceso. de difusión simple.
Difusión en Transporte Celular
La difusión en la célula es la principal responsable del transporte celular de oxígeno, dióxido de carbono, glucosa, aminoácidos y grasas.
- Filtración de sangre: En animales, las células de los riñones son responsables de la eliminación de los productos de desecho como urea, creatinina y exceso de líquido de la sangre por el proceso de difusión. El mismo principio de difusión se aplica durante la diálisis de sangre de los pacientes que tienen trastornos de la función renal.
- Respiración: La hemoglobina presente en la sangre por lo general se une con el oxígeno en algunos sitios particulares y sufre difusión facilitada. Aparte de eso, El oxígeno también se intercambia por difusión simple.. El dióxido de carbono y el monóxido de carbono también se intercambian entre los alvéolos y los capilares sanguíneos por difusión de manera similar.
- Difusión en plantas: La difusión es responsable de la supervivencia de las plantas ya que permiten la células de las raíces para absorber agua del suelo circundante. Las plantas requieren una gran cantidad de agua para mantener su turgencia tanto a nivel celular como de órganos. En caso de pérdida de exceso de agua, que también ocurre por difusión, las plantas se marchitan y pueden secarse si no se compensa la pérdida de agua.
Difusión en la membrana celular
La difusión en una célula ocurre en la interfaz de la superficie celular que interactúa tanto con la matriz extracelular como con la matriz celular. Bajo la dirección del gradiente de concentración, los solutos de una región de alta concentración se mueven hacia la región de baja concentración. Los solutos pueden atravesar la membrana plasmática por difusión simple o por difusión facilitada en la que están implicadas las proteínas transportadoras y el canal proteico. El tipo de difusión que sufre un soluto depende de su tamaño, masa, carga, polaridad, hidrofilia o hidrofobicidad y la temperatura.
Difusión facilitada en la célula
La difusión facilitada es una tipo de difusión pasiva en la que el movimiento de soluto, específicamente los solutos polares, ocurre con la ayuda de proteínas de membrana altamente específicas que también se denominan transportadores facilitadores. La unión del soluto a la superficie de estos canales de proteínas integrales conduce a un cambio en su conformación, lo que permite que el soluto pase a través de ellos y a través de la bicapa lipídica, a favor del gradiente de concentración. La diferencia en la concentración de los solutos en los dos lados de la membrana plasmática decide la dirección del flujo neto..
Los transportadores facilitados pueden saturarse si la entrada o salida de solutos supera la capacidad máxima. Pueden permitir el paso de unos pocos cientos a miles de solutos cada segundo.
Conclusión
La difusión juega un papel vital en el metabolismo celular y la señalización celular ya sea por difusión simple o facilitada o por ósmosis. La comprensión del mecanismo de difusión en cada interfaz puede darnos una gran idea de cómo una célula completa sus actividades.
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