La membrana celular o sistema endomembranoso es una membrana biológica con permeabilidad selectiva. Determina qué sustancias entran o salen y la velocidad a la que cruzan la membrana. Algunas sustancias penetran directamente a través de los huecos en la capa de fosfolípidos, mientras que otras deben ser ayudadas por proteínas de transporte. El paso sin consumir energía se llama transporte pasivo. Lo que vamos a discutir es el transporte pasivo que no depende de proteínas transmembrana.
Difusión simple libre
Las moléculas se mueven incesantemente debido a su energía térmica. El movimiento térmico es aleatorio en una molécula individual, pero se vuelve regular en un grupo de moléculas. Cuando abres el perfume en una habitación, tu colega en otra habitación también olerá la fragancia después de un tiempo. Por lo tanto, hay una regla universal aquí: si no hay otros factores presentes, las sustancias se difundirán de una alta concentración a una baja concentración. No se requiere entrada de energía en la difusión libre o difusión simple. Desde la perspectiva termodinámica, las moléculas solo consumen su propia energía libre (diferencia de concentración) para completar la difusión, es decir, se mueven a lo largo del camino de disminución de energía. Cuanto mayor sea la diferencia de energía, más rápida será la tasa de difusión. Su resultado final es eliminar el gradiente de concentración para alcanzar el equilibrio. En el mundo microscópico, el número de moléculas que entran y salen es igual en cada segundo.
La difusión simple también está restringida por las membranas biológicas en los seres vivos. Dado que estas membranas son bicapas de fosfolípidos hidrofóbicos y estrechamente dispuestas, algunas pequeñas moléculas hidrofóbicas o no polares se disuelven en ellas y las atraviesan muy fácilmente, como el oxígeno y el dióxido de carbono. Algunas moléculas pequeñas, polares y sin carga también pueden penetrar los huecos de la membrana biológica, como el etanol y el agua. Las moléculas grandes tienen dificultades para penetrar directamente porque su tamaño excede los huecos. Por ejemplo, la glucosa y los aminoácidos solo pueden ser transferidos al otro lado de la membrana con la ayuda de proteínas de transporte. La carga es otro factor que restringe enormemente a las sustancias para cruzar la membrana plasmática o el sistema endomembranoso. Los iones están rodeados por moléculas de agua que aumentan su tamaño e hidrofobicidad. Son casi incapaces de cruzar la membrana biológica, incluso siendo de un tamaño muy pequeño.
Ósmosis del agua
La difusión se refiere al movimiento de los solutos, mientras que la ósmosis se refiere al movimiento de las moléculas de agua. También puedes considerarlo un tipo especial de difusión simple. Imagina un tubo de vidrio en forma de U que separa dos soluciones de azúcar mediante una membrana semipermeable. Los poros de la membrana son tan pequeños que bloquean la sacarosa, pero el agua se desplaza libremente. Similar a la difusión simple, el agua permea desde la región con más agua (hipotónica o baja concentración de sacarosa) hacia la región con menos agua (hipertónica o alta concentración de sacarosa) hasta que las concentraciones en ambos lados sean iguales.
Muchos fenómenos biológicos pueden explicarse por la ósmosis. En un entorno hipotónico, el agua entra en la célula por ósmosis. Dado que los animales no tienen paredes celulares, si la hinchazón excede un umbral, se romperán. Las bacterias y las plantas tienen paredes celulares rígidas que les impiden absorber agua indefinidamente. La pared celular se hincha un poco y luego ejerce presión sobre la célula, conocida como presión de turgencia. En el mundo macroscópico, observas que las hojas están vibrantes y llenas de humedad, o que los tallos de las plantas no leñosas permanecen erguidos. Algunos protozoos sin paredes celulares aún pueden sobrevivir en lagos y ríos de agua dulce hipotónica. El exceso de agua se almacena temporalmente en una vacuola contráctil. Luego, el agua es expulsada al entorno externo a través de poros en la membrana plasmática.
El beneficio que trae la pared celular es ineficaz en una condición hipertónica. La pérdida de agua resulta en encogimiento y muerte. En plantas, bacterias y hongos, el citoplasma encogido tira de la membrana plasmática lejos de la pared celular relativamente inalterada. Los lípidos de algunas arqueas que sobreviven en entornos extremos son principalmente éteres de glicerol, que son más sólidos e hidrofóbicos que los fosfolípidos. Sus solutos compatibles internos (aminoácidos, polialcoholes y azúcares) mantienen una alta presión osmótica para evitar la deshidratación.