Las proteínas desempeñan muchas funciones cruciales en nuestro cuerpo. Por ejemplo, las Proteínas Estructurales mantienen la estructura literal de nuestros cuerpos y alimentos, por lo que son necesarias para la supervivencia. Otras funciones de las Proteínas son ayudar a combatir las enfermedades y descomponer los alimentos.
A diferencia de otras proteínas con usos comerciales, como el colágeno y la queratina, las proteínas portadoras no suelen mencionarse fuera del ámbito científico. Sin embargo, esto no hace que las proteínas transportadoras sean menos críticas, ya que ayudan a nuestras Células con mecanismos de transporte que nos mantienen en funcionamiento.
Vamos a hablar de las proteínas transportadoras y de cómo funcionan en nuestro cuerpo.
Definición de proteínas transportadoras
Loscompuestos orgánicos son esencialmente compuestos químicos que contienen enlaces de carbono. El carbono es esencial para la vida, ya que forma rápidamente enlaces con otras moléculas y componentes, lo que permite que la vida se produzca fácilmente. Las Prote ínas son otro tipo de compuesto orgánico, como los Hidratos de Carbono, pero sus funciones principales incluyen actuar como Anticuerpos para proteger nuestro Sistema Inmunitario, Enzimas para acelerar las reacciones químicas, etc.
Veamos ahora la definición de proteínas transportadoras.
Las proteínas portadoras transportan moléculas de un lado a otro de la membrana celular.
- La membrana celular es una estructura selectivamente permeable que separa el interior de la célula del entorno exterior.
Otros nombres de las proteínas transportadoras son transportadores y permeasas.
La permeabilidad selectiva de la membrana celular es la razón por la que son necesarias las proteínas transportadoras. Las proteínas transportadoras permiten que entren y salgan de la célula moléculas polares e iones que no pueden atravesar fácilmente la membrana celular.
Debido a la estructura de la membrana celular, las moléculas polares y los iones no pueden entrar fácilmente en la célula. La membrana celular está formada por fosfolípidos dispuestos en dos capas, lo que la convierte en una bicapa fosfolipídica.
Los fosfolípidos son un tipo de lípido. Los lípidos son compuestos orgánicos que contienen ácidos grasos y son insolubles en agua. Una molécula de fosfolípido consta de una cabeza hidrófila o amante del agua, que aparece en blanco en la figura 1, y dos colas hidrófobas, que aparecen en amarillo.
Las colas hidrófobas y la cabeza hidrófila hacen de los fosfolípidos una molécula anfipática. Una molécula anfipática es una molécula que tiene partes hidrófobas e hidrófilas.
Las moléculas polares e iónicas tienen más dificultades para atravesarla porque las moléculas polares e iónicas son amantes del agua o hidrófilas, y la forma en que está estructurada la membrana celular hace que las cabezas hidrófilas miren hacia fuera y las colas hidrófobas hacia dentro.
Esto significa que las pequeñas moléculas no polares o hidrófobas no necesitan proteínas portadoras para ayudarlas a entrar y salir de la célula.
Otras formas en que los fosfolípidos pueden organizarse junto a la bicapa fosfolipídica son los liposomas y las micelas. Los liposomas son sacos esféricos hechos de fosfolípidos, que suelen formarse para transportar nutrientes o sustancias al interior de la célula. Los liposomas pueden utilizarse artificialmente para introducir fármacos en nuestro organismo, como se ilustra en la figura 2.
Las micelas son un montón de moléculas que forman una mezcla coloidal, como se ilustra en la Figura 1. Las partículas coloidales son partículas en las que una sustancia está suspendida en otra debido a su incapacidad para disolverse.
Figura 1: Se muestran diferentes estructuras de los fosfolípidos. Wikimedia, LadyofHats.
Figura 2: Liposoma utilizado para la administración de fármacos. Wikimedia, Kosigrim.
Función de las proteínas transportadoras
Las proteínas transportadoras funcionan cambiando de forma. Este cambio de forma permite a las moléculas y sustancias atravesar la membrana celular. Las proteínas transportadoras se unen o enlazan a moléculas o iones específicos y los transportan a través de la membrana dentro y fuera de las células.
Las proteínas transportadoras participan en los modos de transporte activo y pasivo.
En el transporte pasivo, las sustancias se difunden de concentraciones altas a bajas. El transporte pasivo se produce debido al gradiente de concentración creado por la diferencia de concentraciones en dos zonas.
Por ejemplo, digamos que los iones potasio \((K^+)\) son más altos dentro de la célula que fuera de ella. En este caso, el transporte pasivo significaría que los iones potasio se difundirían fuera de la célula.
Pero como el potasio o \((K^+)\) son iones o moléculas cargadas, necesitan proteínas transportadoras u otros tipos de proteínas de transporte de membrana para ayudar a atravesar la bicapa fosfolipídica. Este transporte mediado pasivamente se denomina difusión facilitada.
Ten en cuenta que hay otros tipos de proteínas además de las proteínas transportadoras. Aun así, aquí nos centramos en las proteínas transportadoras que entran dentro del transporte, ya que su función es facilitar la difusión de las moléculas.
Las proteínas de membrana pueden encontrarse integradas o en la periferia de la bicapa fosfolipídica. Las proteínas de membrana tienen muchas funciones, pero algunas de ellas son proteínas transportadoras que permiten que se produzca el transporte dentro y fuera de la célula. Las proteínas portadoras se consideran proteínas de transporte de membrana.
En cuanto al modo activo de transporte, lo desarrollaremos en la siguiente sección.
Transporte activo de las proteínas transportadoras
Las proteínas transportadoras también participan en el transporte activo.
Eltransporte activo se produce cuando las moléculas o sustancias se mueven en contra del gradiente de concentración, o lo contrario del transporte pasivo. Esto significa que, en lugar de ir de alta a baja concentración, las moléculas viajan de baja a alta concentración.
Tanto el transporte activo como el pasivo implican que las proteínas portadoras cambien de forma al desplazar las moléculas de un lado a otro de la célula. La diferencia es que el transporte activo requiere energía química en forma de ATP. El ATP, o fosfato de adenosina, es una molécula que proporciona a las células una forma utilizable de energía.
Uno de los ejemplos más famosos de transporte activo que utiliza proteínas transportadoras es la bomba de sodio-potasio.
Labomba de sodio-potasio (Na⁺/K⁺) es crucial para nuestro cerebro y nuestro cuerpo porque envía impulsos nerviosos. Los impulsos nerviosos son vitales para nuestro cuerpo porque comunican información al cerebro y a la médula espinal sobre lo que ocurre dentro y fuera de nuestro cuerpo.Por ejemplo, cuando tocamos algo caliente, nuestros impulsos nerviosos se comunican rápidamente para decirnos que debemos evitar el calor y no sufrir quemaduras. Los impulsos nerviosos también ayudan a nuestro cuerpo a coordinar el movimiento con el cerebro.
Los pasos generales de la bomba de sodio-potasio son los siguientes y se muestran en la Figura 3:
Tres iones de sodio se unen a una proteína transportadora.
El ATP se hidroliza en ADP, liberando un grupo fosfato. Este grupo fosfato se une a la bomba y se utiliza para suministrar la energía necesaria para el cambio de forma de la proteína portadora.
La bomba o proteína transportadora sufre un cambio conformacional o de forma y permite que los iones de sodio ((Na^+)\) atraviesen la membrana y salgan de la célula.
Este cambio conformacional permite que dos iones potasio ((K^+)\) se unan a la proteína transportadora.
El grupo fosfato se libera de la bomba, lo que permite que la proteína portadora recupere su forma original.
Este cambio de forma permite que los dos iones de potasio ((K^+)\) atraviesen la membrana y entren en la célula.
Figura 3: Ilustración de la bomba de sodio-potasio. Wikimedia, LadyofHats.
Proteínas transportadoras frente a proteínas canalizadoras
Las proteínas de canal son otro tipo de proteínas transportadoras. Actúan de forma similar a los poros de la piel, excepto en la membrana celular. Actúan como canales, de ahí su nombre, y pueden dejar pasar pequeños iones. Las proteínas de canal también son proteínas de membrana que están situadas permanentemente en la membrana, lo que las convierte en proteínas integrales de membrana.
Adiferencia de las proteínas transportadoras, las proteínas canal permanecen abiertas al exterior y al interior de la célula, como se muestra en la Figura 4.
Un ejemplo de proteína canal famosa es la acuaporina. Las acuaporinas permiten que el agua se difunda rápidamente dentro o fuera de la célula.
La velocidad de transporte de las proteínas de canal es mucho más rápida que la de las proteínas transportadoras. Esto se debe a que las proteínas transportadoras no permanecen abiertas y tienen que sufrir cambios conformacionales.
Las proteínas de canal también se ocupan del transporte pasivo, mientras que las proteínas transportadoras se ocupan tanto del transporte pasivo como del activo. Las proteínas de canal son muy selectivas y a menudo sólo aceptan un tipo de molécula. Otras proteínas de canal, además de la acuaporina, son los iones de cloruro, calcio, potasio y sodio.
En general, las proteínas transportadoras se ocupan de 1) moléculas hidrófobas de mayor tamaño o 2) iones o moléculas hidrófilas de pequeño a gran tamaño. La difusión no facilitada, o difusión simple, sólo se produce para moléculas hidrófobas suficientemente pequeñas.
Ladifusión simple es una difusión pasiva que no necesita proteínas de transporte. Si una molécula se desplaza a través de la membrana celular o de la bicapa fosfolipídica sin ninguna ayuda energética o proteica, entonces está experimentando difusión simple.
Un ejemplo de difusión simple, pero vital, que se produce con frecuencia en nuestro organismo es la difusión o desplazamiento del oxígeno hacia el interior de las células y los tejidos. Si la difusión de oxígeno no se produjera de forma rápida y pasiva, lo más probable es que sufriéramos privación de oxígeno, lo que podría provocar convulsiones, comas u otros efectos potencialmente mortales.
Figura 4: Canal proteico (izquierda) comparado con las proteínas transportadoras (derecha). Wikimedia, LadyofHats.
Ejemplo de proteína portadora
Las proteínas transportadoras pueden clasificarse en función de la molécula que transportan dentro y fuera de la célula. La difusión facilitada para las proteínas transportadoras suele implicar azúcares o aminoácidos.
Losaminoácidos son monómeros, o bloques de construcción de las proteínas, mientras que los azúcares son Carbohidratos.
Los carbo hidratos son compuestos orgánicos que almacenan energía, como el azúcar y los almidones.
Las proteínas transportadoras también realizan transportes activos. Podemos clasificar los transportes activos según la fuente de energía utilizada: química o ATP, fotónica o impulsada electroquímicamente. Los potenciales electroquímicos pueden impulsar la difusión de sustancias a través de la diferencia de concentración dentro y fuera de la célula y de las cargas de las moléculas implicadas.
Por ejemplo, si volvemos a la bomba sodio-potasio, las dos moléculas implicadas son los iones potasio y sodio. La diferencia entre las concentraciones de ambos iones dentro y fuera de la célula crea un potencial de membrana que impulsa los impulsos nerviosos. Por otra parte, un fotón se refiere a partículas de luz, por lo que también podemos llamar a este tipo de transporte impulsado por la luz, que se puede encontrar en las bacterias.
Las bacterias son organismos unicelulares que no tienen estructuras unidas a membranas.
Los ejemplos más comunes de proteínas transportadoras son:
Eltransporte impulsado por ATP puede utilizar proteínas transportadoras. Este tipo de transporte activo acopla ATP o energía química para impulsar el transporte de moléculas dentro y fuera de las células.
Por ejemplo, la bomba de sodio-potasio de la que hemos hablado antes está impulsada por ATP, ya que se utiliza ATP para facilitar el transporte de iones de sodio y potasio. Las bombas de sodio-potasio son esenciales, ya que impulsan los impulsos nerviosos y mantienen la homeostasis en nuestro organismo. La homeostasis es el proceso por el que nuestro cuerpo mantiene la estabilidad.
La bomba de sodio-potasio también es un antiportador. Un antiportador es un transportador que mueve las moléculas implicadas en direcciones opuestas, como los iones de sodio hacia fuera y los iones de potasio hacia dentro de la célula.
Otros tipos de transportadores, además de los antiportadores, son los uniportadores y los simportadores. Los uniportadores son transportadores que sólo mueven un tipo de molécula. Por su parte, los simportadores transportan dos tipos de moléculas, pero a diferencia de los antiportadores, lo hacen en la misma dirección.
La bomba de sodio-glucosa utiliza el gradiente electroquímico del ion sodio, lo que la convierte en un transporte activo secundario, a diferencia de la bomba de sodio-potasio, que utiliza directamente el ATP, lo que la convierte en un transporte activo primario.
Las células suelen mantener una mayor concentración de sodio en el interior y una mayor concentración de potasio en el exterior de la célula. La bomba de sodio-glucosa funciona mediante una proteína transportadora que se une a la glucosa y a dos iones de sodio simultáneamente. Esto se debe a que tanto la glucosa como el sodio no quieren ir en contra de su gradiente, por lo que la glucosa no quiere entrar en la célula y el sodio quiere entrar en ella.
El gradiente de energía causado por el sodio que quiere entrar en la célula impulsa a la glucosa junto con él. Si las células desean mantener el sodio en una concentración más baja dentro de la célula en relación con el exterior, la célula acaba teniendo que utilizar la bomba de sodio-potasio para expulsar los iones de sodio.
En definitiva, la bomba de sodio-glucosa no utiliza ATP directamente, por lo que es un transporte activo secundario. También es un transporte simpático porque la glucosa y el sodio entran en la célula o en la misma dirección, a diferencia de la bomba de sodio-potasio.
Figura 5: Tipos de transportadores ilustrados. Wikimedia, Lupask.
Proteínas transportadoras - Puntos clave
- Las proteínas portadoras transportan moléculas de un lado a otro de la membrana celular. Otros nombres de las proteínas transportadoras son transportadores y permeasas.
- Las proteínas transportadoras funcionan cambiando de forma. Este cambio de forma permite a las moléculas y sustancias atravesar la membrana celular.
- Las moléculas polares e iónicas tienen más dificultades para atravesarla debido a la disposición de la membrana celular o bicapa fosfolipídica.
- Las proteínas de membrana pueden encontrarse integradas o en la periferia de la bicapa fosfolipídica. Las proteínas transportadoras se consideran proteínas de transporte de membrana.
- Ejemplos de transporte por proteínas transportadoras son la bomba de sodio-potasio y la bomba de sodio-glucosa.
Referencias
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26896/#:~:text=Las%20proteínas%20portadoras%20ligan%20solutos%20específicos,y%20entonces%20a%20los%20otros.
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26815/#:~:text=Las%20proteínas%20portadoras%20(también%20llamadas%20portadores,se%20transportan%20mucho%20más%20débilmente.
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