Transporte Activo a través de la Membrana Celular

Existen numerosas situaciones en los organismos vivos, en los que las moléculas se mueven a través de las membranas celulares, desde un área de menor concentración a un área de mayor concentración. Esto es contrario a lo que se espera, y se denomina "transporte activo".

Existe una fuerte tendencia a que las moléculas se muevan desde una concentración más alta a otra mas baja, basándose solamente en la energía térmica. Las moléculas a temperaturas normales tienen muy altas velocidades y movimientos aleatorios. Por ejemplo, las moléculas de agua a 20°C, tiene una velocidad efectiva o rms de más de 600 m/s, o ¡más de 1.400 millas/hora!. Este movimiento desde zonas de alta concentración a menores concentraciones se llama difusión. Hay momentos en que las membranas son impermeables a algunas moléculas debido a su tamaño, polaridad, etc., y sólo las moléculas disolvente más pequeñas como las moléculas de agua, se mueven a su través. Esto se conoce como ósmosis, y la tendencia a transportar moléculas de disolvente se cuantifica en términos de presión osmótica.

Si se va a transportar una molécula desde un área de baja concentración a un área de alta concentración, se debe realizar trabajo para superar las influencias de la difusión y la ósmosis. Dado que en el estado normal de una célula, se mantiene las grandes diferencias de concentración en K+, Na+ y Ca2+, es evidente que deben trabajar, mecanismos de transporte activos.

Muchos procesos cruciales en la vida de las células dependen del transporte activo. La bomba de sodio-potasio incluida en la ilustración de arriba, es un proceso celular vital. Los mecanismos de transporte activos pueden impulsar sus energías, por la hidrólisis del ATP, la absorción de la luz, el transporte de electrones, o el acoplamiento con otros procesos, los cuales, mueven partículas hacia abajo de sus gradientes de concentración.

Un proceso de transporte activo vital, que se produce en el proceso de transporte de electrones en las membranas de las mitocondrias, y los cloroplastos, es el transporte de protones para producir un gradiente de protones. Este gradiente de protones alimenta la fosforilación del ATP asociado con la sintasa ATP.

Gradiente de Protones a través de las Membranas

El transporte de electrones que produce el gradiente de protones, es un proceso de transporte activo vital, que se produce en las membranas de las mitocondrias, y los cloroplastos. Este gradiente de protones alimenta la fosforilación del ATP asociado con la sintasa ATP.

El proceso de transporte de electrones en las membranas de los tilacoides de los cloroplastos, proporciona electrones energéticos al complejo citocromo, que bombea protones a través de la membrana en la dirección opuesta al gradiente de concentración. El potencial que ofrece este gradiente de protones, alimenta luego la conversión de ADP en ATP.

En el caso de la membrana mitocondrial, el objetivo es producir ATP como moneda de energía para los procesos celulares, mediante la oxidación de un material alimenticio (fosforilación oxidativa). Los complejos I, III y IV de los procesos de transporte de electrones, bombea protones en contra de su gradiente de concentración. Ese potencial de protones proporciona la energía para la ATP sintasa, para llevar a cabo el proceso de fosforilación del ADP en ATP.