Transporte a través de la membrana: difusión y ósmosis

¿Cómo cruza una sustancia la membrana?

La membrana plasmática es una bicapa de fosfolípidos con proteínas. Cierra el borde de la célula y no es una pared quieta: está en cambio continuo. Algunas moléculas la cruzan solas. Otras necesitan una proteína. La página de biomoléculas dice por qué las colas hidrófobas arman esa bicapa. ^{3 1}

En el transporte pasivo la sustancia va de donde está más concentrada a donde está menos, hasta repartirse. No se gasta energía de la célula. El gradiente mismo es energía potencial, y se desvanece cuando las concentraciones se igualan. Si en el mismo lugar hay varias sustancias, cada una sigue su propio gradiente, sin esperar a las demás. La temperatura, el tamaño de la partícula y qué tan empinado esté el gradiente cambian la rapidez. ^{1 2}

La ósmosis es un caso de esa difusión, y solo mueve agua. El agua libre cruza una membrana semipermeable siguiendo su gradiente, que va al revés del de los solutos: donde hay más soluto hay menos agua libre. La membrana estorba a los solutos. Por eso no se dice que la ósmosis "lleva la sal". Lleva el agua. En glóbulos rojos y en los túbulos del riñón, unas proteínas llamadas acuaporinas dejan pasar esa agua. ²

Para comparar el medio con la célula, el punto de referencia es el citoplasma. Si el líquido de afuera tiene menos solutos que el citoplasma, el medio es hipotónico y el agua entra. Si tiene más solutos, es hipertónico y el agua sale, porque afuera hay menos agua libre. En un medio isotónico el glóbulo se ve normal. En hipotónico se hincha. La membrana solo se estira hasta cierto punto, y el glóbulo estalla: es lisis. En hipertónico se arruga. ²

La célula vegetal no estalla igual. La pared de celulosa frena la expansión. Si hay agua disponible, entra un poco y empuja la membrana contra la pared. Esa presión se llama turgencia, y es lo que mantiene firme una hoja. En un medio muy hipertónico la membrana se despega de la pared y el citoplasma se encoge. Eso es plasmólisis. La planta se marchita. ^{2 3}

La difusión facilitada también es pasiva. Hay un gradiente que empujaría a la sustancia sin gastar energía celular, pero la molécula es polar, o es un ion, y las colas hidrófobas de la membrana la rechazan. Una proteína integral la escuda y la deja cruzar. Unas forman un canal. Otras son transportadores que se unen a la sustancia. El canal es mucho más rápido que el transportador. Ninguno de los dos paga con ATP mientras la sustancia baje el gradiente. ^{2 1}

Subir el gradiente electroquímico sí cuesta. El transporte activo usa la energía guardada en el ATP. Para moléculas chicas, proteínas integrales de la membrana trabajan como bombas. En el transporte activo primario la bomba se acopla directo al ATP. En el cotransporte, o transporte activo secundario, la energía del primario empuja a otra sustancia hacia adentro y en contra de su gradiente. ¹

Ideas clave

• Pasivo: a favor, sin ATP. Difusión simple, difusión facilitada y ósmosis. La sustancia va de más a menos. El ATP no entra en la cuenta. ²
• Ósmosis es agua, no sal. Membrana semipermeable. El agua va del lado hipotónico (menos solutos) al hipertónico (más solutos). Los solutos se quedan. ²
• Animal sin pared, vegetal con pared. En hipotónico el glóbulo puede reventar. La célula vegetal se pone turgente y la pared la contiene. En hipertónico el glóbulo se arruga y la vegetal hace plasmólisis. ²
• Facilitada no es activa. Las dos usan proteína. La facilitada baja el gradiente y no gasta ATP. La activa lo sube y sí lo gasta. Una bomba primaria se acopla al ATP. ^{1 2}
• Cada soluto tiene su gradiente. Que el agua entre no obliga a que la glucosa entre. Cada sustancia se mueve según la suya. ¹

Ejemplos resueltos

Sangre en dos vasos

En el laboratorio hay dos vasos. Uno tiene agua hervida, sin sales. El otro tiene un suero con la misma concentración de solutos que el citoplasma del glóbulo. Pones una gota de sangre en cada uno. ¿Qué ves al rato, y cómo se llama el paso del agua?

1. El agua hervida casi no tiene solutos. Respecto al citoplasma, ese medio es hipotónico. ²
2. El agua libre entra al glóbulo. El glóbulo no tiene pared. Se hincha y puede lisarse.
3. El suero, empatado con el citoplasma, es isotónico. El glóbulo no se hincha ni se arruga.
4. No salen sales "para igualar" gastando ATP. Aquí nadie sube un gradiente. El agua baja el suyo.
5. El nombre del paso de agua por la membrana semipermeable es ósmosis. No es transporte activo, y no es la salida de solutos.

El pepino en la salsa

Cortas pepino y lo dejas en una salsa muy salada. A la hora está flojo y se le ve el borde separado. Otro trozo, en agua sola, queda tieso. ¿Qué pasó en cada uno?

1. La salsa tiene más solutos que el citoplasma. Es hipertónica. El agua sale de la célula. ²
2. La membrana se separa de la pared y el interior se encoge. Eso es plasmólisis. Por eso el trozo pierde firmeza.
3. El agua sola es hipotónica. El agua entra, empuja contra la pared de celulosa y la célula queda turgente. La pared impide que reviente, a diferencia del glóbulo. ³
4. En los dos casos el agua se movió sola, a favor de su gradiente. No hizo falta ATP.
5. No digas que "la sal entró por ósmosis". La ósmosis es el agua. La sal es el soluto que la membrana no deja cruzar con la misma libertad.

La bomba y el canal

Una neurona quiere más iones de un tipo adentro, aunque afuera ya hay menos. Otra sustancia, la glucosa, está más concentrada afuera y entra por una proteína, sin que la célula gaste ATP. ¿Cuál proceso es cuál?

1. Subir el gradiente pide energía del ATP. Proteínas de la membrana actúan como bombas. Eso es transporte activo. Si la bomba se acopla directo al ATP, es primario. ¹
2. La glucosa baja su gradiente. La proteína la ayuda porque es polar y las colas de la membrana la rechazarían. Eso es difusión facilitada, y no gasta ATP. ²
3. Que las dos usen proteína no las vuelve el mismo proceso. La pista es el gradiente y el ATP.
4. La ósmosis no cabe: ninguna de las dos sustancias es el agua libre del enunciado.
5. Si el reactivo dice solo "en contra del gradiente, con gasto de ATP", la opción es transporte activo. Difusión simple, facilitada y ósmosis quedan del lado pasivo.

Errores comunes

• Decir que en la ósmosis cruzan los solutos. Cruza el agua, de hipotónico a hipertónico.
• Creer que la membrana "no deja pasar el agua". Sí pasa, a menudo por acuaporinas. Lo que la membrana limita es el soluto.
• Llamar transporte activo a la difusión facilitada porque "hay una proteína". Sin ATP y a favor del gradiente, sigue siendo pasiva.
• Pensar que la célula vegetal estalla en agua pura, igual que el glóbulo. La pared de celulosa la contiene. El exceso de agua se nota como turgencia, no como lisis.
• Invertir los prefijos. Hipotónico: afuera hay menos solutos y el agua entra. Hipertónico: afuera hay más solutos y el agua sale.

Cómo lo pregunta el examen

Si describen una sustancia que va en contra de su gradiente y mencionan ATP, es transporte activo. Si no hay ATP y el viaje es de más a menos, es pasivo. Dentro de lo pasivo, si la sustancia es agua y la membrana frena a los solutos, es ósmosis. Si la sustancia necesita una proteína pero no gasta ATP, es difusión facilitada. Si atraviesa la bicapa sola, es difusión simple.

En el glóbulo y el agua sin solutos, el agua entra y la célula puede reventar. No se encoge, no se queda igual y no expulsa sales con una bomba. En la célula vegetal agrega la pared: entra agua y hay turgencia, o sale agua y hay plasmólisis, según el medio.

En la frase de tres huecos, el orden que se sostiene es agua, desde la solución hipotónica hacia la hipertónica. Si la opción mueve solutos, o pone el agua al revés, está cambiando la definición.

Resumen

• Difusión simple, difusión facilitada y ósmosis son pasivas: a favor del gradiente, sin ATP.
• La ósmosis mueve agua por una membrana semipermeable, del lado con menos solutos al lado con más.
• En hipotónico el agua entra. El glóbulo puede lisarse. La célula vegetal se pone turgente porque la pared de celulosa la detiene.
• En hipertónico el agua sale. El glóbulo se arruga. La vegetal hace plasmólisis y pierde firmeza.
• El transporte activo sube el gradiente con ATP y con bombas de la membrana. La difusión facilitada usa proteína, pero no gasta ATP.