¿Qué son las proteínas transportadoras de membrana?
Las proteínas transportadoras de membrana son proteínas integrales de membrana especializadas en llevar a cabo el transporte específico de iones y pequeñas moléculas hidrosolubles a ambos lados de las membranas celulares.
Dado que estas moléculas no pueden atravesar por sí solas el corazón hidrofóbico de las bicapas lipídicas, estas proteínas le permiten a la célula: mantener ambientes diferencialmente definidos, ingerir nutrientes, excretar productos residuales del metabolismo y regular las concentraciones de iones y moléculas.
Las proteínas transportadoras se han clasificado en dos grandes grupos: los canales y los transportadores. Los transportadores unen de manera específica la molécula a transportar y sufren cambios conformacionales para poder movilizarlas. A su vez, los canales no unen moléculas, sino que forman un túnel a partir del cual estas transitan libremente, excluidas simplemente por su radio molecular.
Además de esta clasificación, existen otras que toman en cuenta la cantidad de moléculas a ser transportadas, la dirección en que son transportadas, la dependencia o no de energía y la fuente de energía que utilizan.
Transporte a través de la membrana celular
La síntesis de una membrana fue el evento evolutivo final que permitió dar origen a las células. Absolutamente todas las membranas celulares constituyen barreras que se oponen al libre paso de iones y moléculas dentro y fuera de las células. No obstante, deben permitir la entrada de aquellas que sean vitales para su funcionamiento, así como la salida de desechos.
Por tanto, el tráfico de moléculas en ambas direcciones es llevado a cabo de manera selectiva. Es decir, la célula decide a quién deja entrar o salir de ella y en qué momento.
Para lograr esto, se vale de la existencia de proteínas transmembranales especializadas que funcionan como canales o compuertas de paso, denominadas transportadores de membrana.
Alrededor del 20% de los genes de una célula codifican para estas proteínas transportadoras de membrana. Esto nos da una idea de la relevancia que el transporte tiene para el funcionamiento celular.
En tal sentido, el estudio de estas proteínas cobra gran importancia tanto en la identificación de blancos quimioterapéuticos, así como de posibles medios de transporte para fármacos al interior de células diana.
Funciones de los transportadores de membrana
- Transferencia. Los transportadores celulares son los responsables de realizar la transferencia de solutos de naturaleza orgánica e inorgánica a través de las membranas celulares. Esta transferencia es llevada a cabo de manera específica solo en los momentos en los que la célula lo necesita.
- Equilibrio en los gradientes electroquímicos celulares. Mantienen los gradientes electroquímicos celulares, indispensables para la realización de funciones vitales, tales como la producción de energía demandada por la célula y la respuesta a estímulos en membranas excitables.
- Tomar nutrientes. Toma del medio macro y micronutrientes necesarios para proveer a la célula de los monómeros que constituirán los esqueletos de sus macromoléculas constituyentes (ácidos nucleicos, proteínas, carbohidratos y lípidos).
- Respuesta. Responder a estímulos y por ende participar en procesos de señalización celular.
Tipos de proteínas transportadoras de membrana
Los transportadores de membrana se han clasificado, según el tipo de transporte que llevan a cabo, en dos grandes categorías: los canales y los transportadores.
- Proteínas canal. Las proteínas canal median el transporte pasivo de moléculas de agua, así como de diversos tipos específicos de iones. Este tipo de transporte no requiere energía para ser llevado a cabo y transcurre de manera espontánea a favor del gradiente de concentración de la molécula a ser transportada. El nombre de canales se lo deben a que la estructura que adquieren estas proteínas se asemeja a un túnel, a través del cual ocurre el paso simultáneo de numerosas moléculas que son seleccionadas con base en su radio molecular. Es por esta razón que estos transportadores pueden ser considerados un tamiz molecular. Entre las funciones asociadas a estos transportadores destacan la creación, mantenimiento y disrupción de gradientes electroquímicos a través de las membranas celulares. No obstante, muchos otros canales alternan entre estados abiertos o cerrados en respuesta a la llegada o eliminación de determinados estímulos. Dichos estímulos pueden ser de naturaleza eléctrica, en canales dependientes de voltaje, química, en canales dependientes de ligando, o física en canales que responden a cambios mecánicos como de tensión o deformación.
- Transportadores. Las proteínas transportadoras también son denominadas carriers o permeasas. Se valen de los gradientes electroquímicos para realizar el transporte a uno u otro lado de la membrana. Este tipo de proteínas transportadoras pueden mediar dos tipos de transporte. El transporte pasivo facilitado de una molécula en una sola dirección y a favor de un gradiente de concentración o el cotransporte de dos moléculas diferentes. A su vez, el cotransporte en una misma dirección es llevado a cabo por simportadores y en direcciones opuestas por antiportadores. Por otra parte, a diferencia de los canales, los cuales permiten el paso simultáneo de muchas moléculas a su través, los transportadores solo permiten el paso limitado y específico de un determinado número de moléculas. Para asegurarse de ello, presentan sitios específicos de unión. En tal caso, una vez que ocurre la unión de la molécula al transportador, este último sufre un cambio conformacional que expone el sitio de unión al otro lado de la membrana, favoreciendo de esta manera el transporte. Esta dependencia de un cambio estructural en proteínas transportadoras disminuye la velocidad a la cual son transportadas las moléculas.
Tipos de transportadores de membrana
Basándose en la dependencia o no de energía para poder llevar a cabo el transporte, las proteínas transportadoras pueden ser clasificadas en transportadores facilitadores pasivos y transportadores activos.
- Transportadores facilitadores pasivos. Los transportadores facilitadores pasivos no requieren del suministro de energía y realizan el transporte de moléculas desde una zona de alta concentración a una de baja concentración.
- Transportadores facilitadores activos. En contraste, los transportadores activos requieren del aporte de energía para mover sustancias en contra de su gradiente de concentración. Este mecanismo responde a un proceso de transporte activo.
- Transportadores primarios (bombas). Las bombas llevan a cabo el transporte de iones y moléculas hacia los medios intracelular y extracelular, empleando un mecanismo de transporte activo primario. Es decir, emplean la energía proveniente de la hidrólisis de ATP para lograr que el movimiento “cuesta arriba de iones y moléculas” se convierta en un proceso energéticamente favorable. Una de las funciones asociadas a este tipo de transportadores es la generación del medio ácido interno característico de los lisosomas de células animales, de las vacuolas de células vegetales y del lumen estomacal.
- Transportadores activos secundarios. Estos transportadores aprovechan la energía liberada durante el cotransporte de un ion a favor de su gradiente electroquímico para poder transportar otra molécula en contra de su gradiente de concentración. En otras palabras, llevan a cabo el transporte activo secundario de moléculas.
Referencias
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. Molecular Biology of the Cell, 4th edition. Garland Science.
- Bennetts, H.S. The concepts of membrane flow and membrane vesiculation as mechanisms for active transport and ion pumping. J. Biophys Biochem. Cytol.
- Oparin, A.I., Deborin, G.A. Model of active transport of protein through the lipid membrane. Ukr. Biokhim. Zh.
- Seeger, M.A. Membrane transporter research in times of countless structures. Biochim. Biophys. Acta Biomembr.
- Volpe, D.A. Transporter assays as useful in vitro tools in drug discovery and development. Expert Opin Drug Discov.