Transporte activo primario y secundario

Bomba de sodio-potasio

Existen dos variantes de transporte activo secundario: el cotransporte (también conocido como symport) y el intercambio (también conocido como antiport). Las proteínas de transporte responsables del transporte activo secundario se denominan transportadores activos secundarios y se denominan específicamente cotransportadores (también conocidos como simportadores) e intercambiadores (también conocidos como antiportadores). El cotransporte y los cotransportadores también se escriben comúnmente como cotransporte y cotransportadores, respectivamente. El sodio es el ion impulsor de muchos cotransportadores e intercambiadores y, por tanto, estas proteínas transportadoras también pueden denominarse cotransportadores acoplados al sodio. Del mismo modo, hay muchos ejemplos de cotransportadores e intercambiadores acoplados a protones. En las figuras 1 y 2 se resumen estos procesos de transporte activo secundario.

En el transporte activo secundario, el movimiento de un ion impulsor hacia abajo de un gradiente electroquímico se utiliza para impulsar el transporte ascendente de otro ion/molécula contra un gradiente de concentración o electroquímico. Existen dos tipos de procesos de transporte activo secundario: el cotransporte (también conocido como symport) y el intercambio (también conocido como antiport). En el cotransporte, la dirección del transporte es la misma para el ion impulsor y la molécula/ion impulsado, mientras que en el intercambio, el ion impulsor y el ion/molécula impulsado se transportan en direcciones opuestas. X e Y representan los sustratos del transportador. Na+, sodio; K+, potasio; ATP, adenosín trifosfato; ADP, adenosín difosfato; Pi, fosfato inorgánico.

Exocitosis

Los mecanismos de transporte activo requieren el uso de la energía de la célula, normalmente en forma de trifosfato de adenosina (ATP). Si una sustancia debe entrar en la célula en contra de su gradiente de concentración, es decir, si la concentración de la sustancia en el interior de la célula debe ser mayor que su concentración en el líquido extracelular, la célula debe utilizar energía para mover la sustancia. Algunos mecanismos de transporte activo mueven material de pequeño peso molecular, como los iones, a través de la membrana.

Además de mover pequeños iones y moléculas a través de la membrana, las células también necesitan eliminar y tomar moléculas y partículas más grandes. Algunas células son incluso capaces de engullir microorganismos unicelulares enteros. Es posible que la hipótesis de que la captación y liberación de partículas grandes por parte de la célula requiera energía sea correcta. Sin embargo, una partícula grande no puede atravesar la membrana, ni siquiera con la energía suministrada por la célula.

Hemos hablado de los gradientes de concentración simples -concentraciones diferenciales de una sustancia a través de un espacio o una membrana- pero en los sistemas vivos, los gradientes son más complejos. Como las células contienen proteínas, la mayoría de las cuales están cargadas negativamente, y como los iones entran y salen de las células, existe un gradiente eléctrico, una diferencia de carga, a través de la membrana plasmática. El interior de las células vivas es eléctricamente negativo con respecto al líquido extracelular en el que están bañadas; al mismo tiempo, las células tienen mayores concentraciones de potasio (K+) y menores concentraciones de sodio (Na+) que el líquido extracelular. Así, en una célula viva, el gradiente de concentración y el gradiente eléctrico del Na+ promueven la difusión del ion hacia el interior de la célula, y el gradiente eléctrico del Na+ (un ion positivo) tiende a conducirlo hacia el interior cargado negativamente. Sin embargo, la situación es más compleja para otros elementos como el potasio. El gradiente eléctrico del K+ promueve la difusión del ion hacia el interior de la célula, pero el gradiente de concentración del K+ promueve la difusión hacia el exterior de la célula (Figura 1). El gradiente combinado que afecta a un ion se denomina gradiente electroquímico, y es especialmente importante para las células musculares y nerviosas.

Transporte de atp a través de la membrana celular

A diferencia del transporte activo primario, en el transporte activo secundario, el ATP no se acopla directamente a la molécula de interés. En su lugar, otra molécula se mueve hacia arriba en su gradiente de concentración, lo que genera un gradiente electroquímico. A continuación, la molécula de interés es transportada por el gradiente electroquímico. Aunque este proceso sigue consumiendo ATP para generar ese gradiente, la energía no se utiliza directamente para mover la molécula a través de la membrana, por lo que se conoce como transporte activo secundario. En el transporte activo secundario se utilizan tanto antiportadores como simportadores. Los cotransportadores pueden clasificarse como simportadores y antiportadores, dependiendo de si las sustancias se mueven en la misma dirección o en direcciones opuestas a través de la membrana celular.

El transporte activo secundario introduce iones de sodio, y posiblemente otros compuestos, en la célula. Cuando las concentraciones de iones de sodio se acumulan fuera de la membrana plasmática debido a la acción del proceso de transporte activo primario, se crea un gradiente electroquímico. Si existe una proteína de canal y está abierta, los iones de sodio serán arrastrados a través de la membrana. Este movimiento se utiliza para transportar otras sustancias que pueden unirse a la proteína transportadora a través de la membrana. Muchos aminoácidos, así como la glucosa, entran en la célula de esta manera. Este proceso secundario también se utiliza para almacenar iones de hidrógeno de alta energía en las mitocondrias de las células vegetales y animales para la producción de ATP. La energía potencial que se acumula en los iones de hidrógeno almacenados se traduce en energía cinética cuando los iones atraviesan la proteína canalizadora ATP sintasa, y esa energía se utiliza para convertir el ADP en ATP.

Transporte celular

En biología celular, el transporte activo es el movimiento de moléculas a través de una membrana celular desde una región de menor concentración a otra de mayor concentración, en contra del gradiente de concentración. El transporte activo requiere energía celular para lograr este movimiento. Existen dos tipos de transporte activo: el transporte activo primario, que utiliza el trifosfato de adenosina (ATP), y el transporte activo secundario, que utiliza un gradiente electroquímico.

A diferencia del transporte pasivo, que utiliza la energía cinética y la entropía natural de las moléculas que se mueven por un gradiente, el transporte activo utiliza la energía celular para moverlas contra un gradiente, una repulsión polar u otra resistencia. El transporte activo suele estar asociado a la acumulación de altas concentraciones de moléculas que la célula necesita, como los iones, la glucosa y los aminoácidos. Algunos ejemplos de transporte activo son la captación de glucosa en los intestinos de los seres humanos y la captación de iones minerales en las células pilosas de las raíces de las plantas[1].

Una categoría de cotransportadores especialmente destacada en la investigación sobre el tratamiento de la diabetes[5] es la de los cotransportadores sodio-glucosa. Estos transportadores fueron descubiertos por científicos del Instituto Nacional de la Salud[6]. Estos científicos habían observado una discrepancia en la absorción de la glucosa en diferentes puntos del túbulo renal de una rata. A continuación, se descubrió el gen de la proteína transportadora de glucosa intestinal y se vinculó a estos sistemas de cotransporte de glucosa de sodio de membrana. La primera de estas proteínas transportadoras de membrana recibió el nombre de SGLT1, y a continuación se descubrió la SGLT2.[6] Robert Krane también desempeñó un papel destacado en este campo.