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La permeabilidad selectiva es la capacidad que tienen algunas membranas de dejar pasar solo algunos solutos específicos de un lado a otro. Es decir, se refiere a la capacidad que confiere de elegir o seleccionar los solutos que pueden pasar y los que no, regulando de esta manera el transporte de moléculas e iones a través de la membrana.
Una membrana que presenta permeabilidad selectiva actúa como el portero de un club exclusivo, ya que controla cuidadosamente quién entra y quién no para asegurarse de que adentro solo esté quien tiene que estar. Además, también se encarga de sacar aquellas moléculas que deben salir. Este tipo de transporte se puede llevar a cabo tanto de forma pasiva (a favor del gradiente de concentración y sin necesidad de energía) o de forma activa (en contra del gradiente de concentración y por medio de la hidrólisis de ATP o GTP).
Membranas selectivamente permeables versus semipermeables
Un término relacionado que se suele confundir mucho con la permeabilidad selectiva es la semipermeabilidad. En efecto, muchos biólogos y profesionales de las ciencias de la salud, así como textos de biología y medicina, utilizan ambos términos como si fueran lo mismo, cuando esto no es enteramente cierto.
Las membranas semipermeables son aquellas que restringen el paso de solutos en función de propiedades tales como tu tamaño, su polaridad y su carga eléctrica. En este sentido, una membrana semipermeable que deje pasar un soluto neutro de un determinado tamaño, dejará pasar todos los solutos neutros de dicho tamaño o aquellos que sean más pequeños, pero no dejará pasar moléculas neutras más grandes.
Este es el principio de funcionamiento de las membranas semipermeables que se utilizan para la desalinización del agua de mar por ósmosis inversa. Estas son membranas sintéticas poliméricas con poros muy pequeños que solo permiten el paso de moléculas de agua y no de iones disueltos u otros solutos neutros más grandes.
Por otro lado, una membrana que sea selectivamente permeable podría ser permeable para una molécula como la glucosa, pero no ser permeable para otro carbohidrato incluso más pequeño. La razón es que, en el caso de la permeabilidad selectiva, esta selectividad es mucho más específica que en el caso de la semipermeabilidad.
Puede que la confusión o la razón por la que los biólogos suelen utilizar ambos términos de forma intercambiable es porque la membrana celular es a su vez uno de los mejores ejemplos de membranas semipermeables y de membranas selectivamente permeables que se conoce. De hecho, en la célula, la semipermeabilidad y la permeabilidad selectiva casi siempre van de la mano y actúan en conjunto para controlar el transporte hacia adentro y hacia afuera de la célula y así sostener el complejo equilibrio que mantiene viva y eficiente a cada célula.
Mecanismos de selectividad
Una diferencia fundamental entre la selectividad y la semipermeabilidad es el mecanismo por el cual se dejan pasar o no las partículas de un lado de la membrana al otro. En el caso de las membranas semipermeables, la ósmosis y la difusión simple son los mecanismos principales de transporte. La osmosis se da cuando moléculas de agua atraviesan la membrana a través de poros formados por proteínas denominadas acuaporinas, pasando desde el compartimiento que esté más diluido hacia el que está más concentrado en solutos.
Por otro lado, la membrana está formada por una bicapa fosfolipídica con grupos fosfato hidrofílicos expuestos a ambos lados de la membrana mientras que en el centro se concentran las colas hidrofóbicas de los ácidos grasos. Esto hace que solutos polares y los iones no puedan atravesar la membrana, pero solutos apolares pequeños tales como el oxígeno y el dióxido de carbono pueden difundir libremente de un lado al otro.
En cambio, la selectividad de las membranas con respecto al paso de solutos casi siempre es mediada por una o más proteínas de membrana. La permeabilidad selectiva implica bien difusión facilitada o bien transporte activo.
Difusión facilitada
La difusión facilitada es un tipo de trasporte pasivo mediado por proteínas transportadoras. En un caso típico, estas proteínas se enlazan al soluto (o sustrato) en una de las caras de la membrana. Al unirse el soluto, la proteína cambia de conformación empujando al soluto a través de la membrana y liberándolo del otro lado
Ejemplo de permeabilidad selectiva por difusión facilitada
- El ejemplo clásico de este tipo de mecanismo de transporte glucosa mediado por una familia de proteínas denominadas transportadores de glucosa (es fácil de recordar). Existe toda una familia de proteínas trasportadoras denominada SLC2 que se encargan del transporte selectivo de carbohidratos específicos, cationes y aniones inorgánicos y otros solutos.
Transporte activo a través de la membrana
En el caso del transporte activo, este se refiere al transporte de solutos a través de la membrana en contra de su gradiente de concentración. Al ir en contra de dicho gradiente, se debe aportar energía para que el proceso se pueda llevar a cabo, razón por la que se llama transporte «activo».
Existen dos tipos principales de transporte activo, que son el transporte activo primario (cuando una enzima denominada bomba transporta al soluto directamente en contra de su gradiente) y transporte activo secundario (en el que una bomba transporta a otro soluto en contra de su gradiente, y luego este gradiente proporciona la energía para transportar a un segundo soluto en contra de su gradiente mientras que el primero se mueve a favor del suyo).
Ejemplos de permeabilidad selectiva por transporte activo
- Como ejemplo de transporte activo primario podemos mencionar a la bomba sodio/potasio, que utiliza la energía contenida en una molécula de ATP para transportar al mismo tiempo tres iones sodio hacia afuera de la célula y 2 iones potasio hacia adentro, en ambos casos en contra de sus gradientes de concentración.
- Otro ejemplo de transporte activo es la bomba de protones en la membrana interna mitocondrial. En este caso particular la energía necesaria para mover a los protones en contra de su gradiente de concentración proviene de las reacciones redox de la cadena de respiración aeróbica. Este tipo de transporte hace de la membrana interna de la mitocondria una membrana selectivamente permeable.
- Finalmente, como ejemplo de transporte activo secundario está la permeabilidad selectiva de la membrana a los iones calcio mediada por el antiportador sodio calcio. Este antiportador utiliza el gradiente de concentración del sodio generado por la bomba sodio potasio para bombear un ión calcio hacia afuera de la célula a la vez que entran 3 iones sodio.
Referencias
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