MEMBRANES SEMIPERMEABLES: CARACTERÍSTIQUES, TRANSPORT, FUNCIONS - BIOLOGIA - 2025

Les membranes semipermeables, també anomenades "selectivament permeables", són membranes que permeten el pas d'algunes substàncies, però impedeixen el pas d'altres a través d'elles. Aquestes membranes poden ser naturals o sintètiques.

Les membranes naturals són les membranes de totes les cèl·lules vives, mentre que les sintètiques, que poden ser d'origen natural (cel·lulosa) o no, són les que es sintetitzen per a diferents usos.

Representació esquemàtica d'una membrana semipermeable (Font: Adam Rędzikowski via Wikimedia Commons)

Un exemple de la utilitat de les membranes semipermeables artificials o sintètiques són les que s'empren per als aparells de diàlisi renal, o les que s'utilitzen per filtrar barreges en la indústria o en diferents processos químics.

El pas de substàncies a través d'una membrana semipermeable passa per diversos mecanismes. En les membranes cel·lulars i en les sintètiques això pot ocórrer per difusió a través de porus de diferents diàmetres, que "seleccionen" per mida les substàncies que travessen la membrana. També pot succeir que les substàncies ingressin per difusió dissolent-se en la membrana.

En les cèl·lules vives, el pas de substàncies per les membranes pot ocórrer per mitjà de transportadors que actuen a favor o en contra dels gradients de concentració de les substàncies. Un gradient, en aquest cas, és la diferència de concentració existent per a una substància a banda i banda d'una membrana.

Totes les cèl·lules de la terra tenen membranes, aquestes protegeixen i separen els seus components interns de l'medi extern. Sense membranes no hi ha cèl·lules i sense cèl·lules no hi ha vida.

Ja que aquestes membranes són l'exemple més comú de membranes semipermeables, a partir d'ara es farà especial èmfasi en aquestes.

Característiques

Els primers estudis per dilucidar els components de les membranes biològiques es van fer utilitzant glòbuls vermells. En aquests estudis es va demostrar la presència d'una doble capa formant les membranes i després es va descobrir que els components d'aquestes capes eren lípids i proteïnes.

Totes les membranes biològiques estan formades per una doble matriu lipídica que posseeix "incrustats" diferents tipus de proteïnes.

La matriu lipídica de les membranes cel·lulars està formada per àcids grassos saturats i insaturats; aquests últims li confereixen certa fluïdesa a la membrana.

Els lípids estan disposats de tal manera que formen una bicapa en la qual cada lípid, que té un cap hidrofílica (que té afinitat per l'aigua) i una o dues cues hidrofòbiques (fòbia a l'aigua, repel·leixen l'aigua) hidrocarbonades, té les seves cues enfrontades entre si en el centre de l'estructura.

Els fosfolípids són els lípids més abundants entre els que componen les membranes biològiques. Entre aquests hi ha la fosfatidilcolina, el fosfatidilinositol, la fosfatidiletanolamina i la fosfatidilserina.

Exemple de membrana biològica semipermeable (Font: LadyofHats via Wikimedia Commons)

Entre els lípids membranals també hi ha colesterol i glicolípids, tots ells amb propietats anfipáticas.

Les proteïnes de les membranes semipermeables són de diversos tipus (algunes d'aquestes poden tenir activitat enzimàtica):

(1) les que formen els canals iònics o porus

(2) les proteïnes transportadores

(3) les proteïnes que uneixen una regió cel·lular amb una altra i permeten formar els teixits

(4) les proteïnes receptores que s'acoblen a cascades intracel·lulars i

transport

En una membrana biològica semipermeable el transport pot ser per difusió simple, difusió facilitada, cotransporte, transport actiu i transport actiu secundari.

Transport per difusió simple

En aquest tipus de transport l'energia que mou les substàncies a través de la membrana és la diferència de concentració que existeix per a aquestes substàncies a banda i banda de la membrana.

Així doncs, les substàncies passen en sentit més → menys, és a dir, de el lloc on estan més concentrades a el lloc on estan menys concentrades.

La difusió pot ocórrer perquè la substància es dilueix en la membrana o passa a través de porus o canals. Els porus o canals són de dos tipus: els que sempre estan oberts i els que s'obren i tanquen, és a dir, que estan transitòriament oberts.

Els porus que estan transitòriament oberts al seu torn poden ser (1) voltatge dependents, és a dir, que s'obren en resposta a un determinat voltatge i (2) lligant dependents, que han de unir-se a alguna substància química específica per obrir-se.

Transport per difusió facilitada

En aquest cas, un transportador trasllada la substància que es transportarà d'un costat a un altre de la membrana. Aquests transportadors són proteïnes membranals reflectides a la membrana permanentment o en vesícules que es fonen a aquesta quan es necessiten.

Aquests transportadors treballen també en favor dels gradients de concentració de les substàncies que transporten.

Aquests tipus de transport no requereixen el consum d'energia i per això es denominen transports passius, ja que ocorren a favor d'un gradient de concentració.

cotransporte

Un altre tipus de transport passiu a través de les membranes semipermeables és el denominat cotransporte. En aquest cas s'aprofita el gradient de concentració d'una substància per al transport concomitant d'una altra en contra del seu gradient.

Aquest tipus de transport pot ser de dues maneres: el simporte, on les dues substàncies es transporten en el mateix sentit, i el antiporte, en el qual una substància es transporta en un sentit i l'altra en sentit contrari.

Transport membranal actiu

Aquests requereixen energia i els que es coneixen utilitzen ATP, de manera que es diuen ATPases. Aquests transportadors amb activitat enzimàtica hidrolitzen ATP per obtenir l'energia que es requereix per al moviment de les substàncies en contra del seu gradient de concentració.

Es coneixen tres tipus de ATPases:

Les bombes Na + / K + i les bombes de calci (calci ATPases). Aquestes tenen una estructura formada per una subunitat α i una altra ß incrustada dins de la membrana.

La ATPases V i les ATPases F, que tenen una forma de tija característica composta per diverses subunitats i un cap que trencada al voltant de les subunitats de la tija.

Les ATPases V serveixen per bombar hidrogenions en contra de gradient de concentració, a l'estómac i en els lisosomes, per exemple. En algunes vesícules com les dopaminèrgiques, hi ha bombes d'hidrogen d'aquest tipus que bomben H + cap a l'interior de les vesícules.

Les ATPases F aprofiten el gradient de H + perquè aquests recorrin la seva estructura i prenen l'ADP i el P i formen ATP, és a dir, que en comptes d'hidrolitzar ATP el sintetitzen. Aquestes es troben en les membranes dels mitocondris.

Transport actiu secundari

És aquell transport que, fent ús de el gradient electroquímic generat per una ATPasa, arrossega en contra de gradient a una altra substància. És a dir, el transport de la segona substància en contra del seu gradient de concentració no està directament acoblat a l'ús d'ATP per la molècula transportadora.

funcions

En les cèl·lules vives, la presència de membranes semipermeables permet mantenir al seu interior concentracions de substàncies completament diferents a les concentracions de les mateixes substàncies en el medi extracel·lular.

No obstant això, malgrat aquestes diferències de concentració i que per a certes substàncies existeixin canals o porus oberts, aquestes molècules no s'escapen ni entren, llevat que es necessitin o canviïn certes condicions.

La raó d'aquest fenomen rau en el fet que hi ha un equilibri electroquímic que fa que les diferències de concentració a través de les membranes es compensin amb el gradient elèctric generat pels ions difusibles i això passa pel fet que dins de les cèl·lules algunes substàncies no poden sortir.

referències

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Essential Cell Biology. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2008). Molecular Biology of The Cell (5th ed.). New York: Garland Science, Taylor & Francis Group.
3. Berne, R., & Levy, M. (1990). Physiology. Mosby; International Ed edition.
4. Fox, SI (2006). Human Physiology (9th ed.). New York, USA: McGraw-Hill Press.
5. Luckey, M. (2008). Membrane structural biology: with biochemical and biophysical foundations. Cambridge University Press.