Introducción a la Fisiología, Portafolio Tema 1
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA MADRE Y MAESTRA
Bienvenidos a la última semana de trabajo en la asignatura Introducción a la Fisiología, en la que se realizarán las siguientes actividades:
Introducción
La fisiología es el estudio de la función biológica. Durante este curso de fisiología, estudiamos la función humana a nivel de organismos completos, tejidos, células y moléculas. La fisiología es fundamental para la medicina y su estudio me proporcionará las habilidades y el conocimiento para una variedad de carreras tanto dentro como fuera de los campos científicos.
Este portafolio se esfuerza por brindarle un resumen de los temas que se dieron durante este curso, así como una breve opinión personal sobre dichos temas.
Tema 1:
Difusión, ósmosis, diálisis, hipotonía, hipotonía, hipertonía, semipermeabilidad, entropía.
Transporte a través de la membrana celular: Una de las grandes maravillas de la membrana celular es su capacidad para regular la concentración de sustancias dentro de la célula. Estas sustancias incluyen iones como Ca ++, Na +, K + y Cl–; nutrientes que incluyen azúcares, ácidos grasos y aminoácidos; y productos de desecho, en particular dióxido de carbono (CO2), que deben salir de la celda. La estructura bicapa lipídica de la membrana proporciona el primer nivel de control.
Los fosfolípidos están fuertemente empaquetados y la membrana tiene un interior hidrofóbico. Esta estructura hace que la membrana sea selectivamente permeable. Una membrana que tiene permeabilidad selectiva permite que solo las sustancias que cumplan ciertos criterios pasen a través de ella sin ayuda.
En el caso de la membrana celular, solo los materiales apolares relativamente pequeños pueden moverse a través de la bicapa lipídica (recuerde, las colas lipídicas de la membrana son apolares). Algunos ejemplos de estos son otros lípidos, gases de oxígeno y dióxido de carbono y alcohol. Sin embargo, los materiales solubles en agua, como la glucosa, los aminoácidos y los electrolitos, necesitan algo de ayuda para cruzar la membrana porque son repelidos por las colas hidrófobas de la bicapa de fosfolípidos.
Todas las sustancias que se mueven a través de la membrana lo hacen mediante uno de dos métodos generales, que se clasifican en función de si se requiere energía o no. El transporte pasivo es el movimiento de sustancias a través de la membrana sin el gasto de energía celular. Por el contrario, el transporte activo es el movimiento de sustancias a través de la membrana utilizando energía del trifosfato de adenosina (ATP).
Transporte pasivo: Para comprender cómo las sustancias se mueven pasivamente a través de la membrana celular, es necesario comprender los gradientes de concentración y la difusión. Un gradiente de concentración es la diferencia de concentración de una sustancia en un espacio. Las moléculas (o iones) se esparcirán / difundirán desde donde están más concentradas hasta donde están menos concentradas hasta que se distribuyan por igual en ese espacio. (Cuando las moléculas se mueven de esta manera, se dice que descienden por su gradiente de concentración). Tres tipos comunes de transporte pasivo incluyen la difusión simple, la ósmosis y la difusión facilitada.
La difusión simple es el movimiento de partículas desde un área de mayor concentración a un área de menor concentración. Un par de ejemplos comunes ayudarán a ilustrar este concepto. Imagínese estar dentro de un baño cerrado. Si se rociara una botella de perfume, las moléculas de olor se difundirían naturalmente desde el lugar donde dejaron la botella a todos los rincones del baño, y esta difusión continuaría hasta que no quedara más gradiente de concentración. Otro ejemplo es una cucharada de azúcar colocada en una taza de té. Con el tiempo, el azúcar se difundirá por todo el té hasta que no quede ningún gradiente de concentración. En ambos casos, si la habitación es más cálida o el té más caliente, la difusión ocurre aún más rápido ya que las moléculas chocan entre sí y se extienden más rápido que a temperaturas más frías. Tener una temperatura corporal interna de alrededor de 98.6 ° F también ayuda en la difusión de partículas dentro del cuerpo.
Siempre que una sustancia exista en mayor concentración en un lado de una membrana semipermeable, como la membrana plasmática, cualquier sustancia que pueda descender por su gradiente de concentración a través de la membrana lo hará. Considere las sustancias que pueden difundirse fácilmente a través de la bicapa lipídica de la membrana celular, como los gases oxígeno (O2) y CO2. El O2 generalmente se difunde en las células porque está más concentrado fuera de ellas, y el CO2 generalmente se difunde fuera de las células porque está más concentrado dentro de ellas. Ninguno de estos ejemplos requiere energía por parte de la célula y, por lo tanto, utilizan el transporte pasivo para moverse a través de la membrana. Antes de continuar, debe revisar los gases que pueden difundirse a través de la membrana celular.
Debido a que las células consumen oxígeno rápidamente durante el metabolismo, normalmente hay una concentración más baja de O2 dentro de la célula que en el exterior. Como resultado, el oxígeno se difundirá desde el líquido intersticial directamente a través de la bicapa lipídica de la membrana y hacia el citoplasma dentro de la célula. Por otro lado, debido a que las células producen CO2 como un subproducto del metabolismo, las concentraciones de CO2 aumentan dentro del citoplasma; por lo tanto, el CO2 se moverá desde la célula a través de la bicapa lipídica hacia el líquido intersticial, donde su concentración es menor. Este mecanismo de propagación de moléculas desde donde están más concentradas hasta donde están menos concentradas es una forma de transporte pasivo llamado difusión simple.
La estructura de la bicapa lipídica permite que solo pequeñas sustancias no polares como el oxígeno y el dióxido de carbono pasen a través de la membrana celular, en su gradiente de concentración, por simple difusión.
La ósmosis es la difusión de agua a través de una membrana semipermeable. El agua puede moverse libremente a través de la membrana celular de todas las células, ya sea a través de los canales de proteínas o deslizándose entre las colas lipídicas de la propia membrana. Sin embargo, es la concentración de solutos dentro del agua lo que determina si el agua entrará o no en la célula, saldrá de la célula o ambos.
La ósmosis es la difusión de agua a través de una membrana semipermeable a lo largo de su gradiente de concentración. Si una membrana es permeable al agua, aunque no a un soluto, el agua igualará su propia concentración al difundirse al lado de menor concentración de agua (y por lo tanto al lado de mayor concentración de soluto). En el vaso de precipitados de la izquierda, la solución del lado derecho de la membrana es hipertónica.
Los solutos dentro de una solución crean presión osmótica, una presión que tira del agua. La ósmosis ocurre cuando hay un desequilibrio de solutos fuera de una célula frente a dentro de la célula. Cuanto más soluto contenga una solución, mayor será la presión osmótica que tendrá esa solución. Se dice que una solución que tiene una concentración de solutos más alta que otra solución es hipertónica. Las moléculas de agua tienden a difundirse en una solución hipertónica porque la presión osmótica más alta atrae el agua.
Si se coloca una célula en una solución hipertónica, las células se marchitarán o cremarán cuando el agua abandone la célula a través de la ósmosis. Por el contrario, se dice que una solución que tiene una concentración de solutos más baja que otra solución es hipotónica. Las células en una solución hipotónica absorberán demasiada agua y se hincharán, con el riesgo de estallar eventualmente, un proceso llamado lisis.
Un aspecto crítico de la homeostasis en los seres vivos es crear un entorno interno en el que todas las células del cuerpo se encuentran en una solución isotónica, un entorno en el que dos soluciones tienen la misma concentración de solutos (igual presión osmótica). Cuando las células y sus entornos extracelulares son isotónicos, la concentración de moléculas de agua es la misma fuera y dentro de las células, por lo que el agua fluye tanto hacia adentro como hacia afuera y las células mantienen su forma (y función) normal. Varios sistemas de órganos, en particular los riñones, trabajan para mantener esta homeostasis.
La difusión facilitada es el proceso de difusión utilizado para aquellas sustancias que no pueden atravesar la bicapa lipídica debido a su tamaño y / o polaridad. Un ejemplo común de difusión facilitada es el movimiento de glucosa al interior de la célula, donde se utiliza para producir ATP. Aunque la glucosa puede estar más concentrada fuera de una célula, no puede atravesar la bicapa lipídica por difusión simple porque es grande y polar.
Para resolver esto, una proteína transportadora especializada llamada transportador de glucosa transferirá moléculas de glucosa a la célula para facilitar su difusión hacia el interior. Hay muchos otros solutos que deben someterse a una difusión facilitada para pasar al interior de una célula, como los aminoácidos, o para salir de una célula, como los desechos. Dado que la difusión facilitada es un proceso pasivo, no requiere gasto de energía por parte de la célula.
- Transporte activo
Para todos los métodos de transporte descritos anteriormente, la célula no gasta energía. Las proteínas de membrana que ayudan en el transporte pasivo de sustancias lo hacen sin el uso de ATP. Durante el transporte activo, se requiere ATP para mover una sustancia a través de una membrana, a menudo con la ayuda de transportadores de proteínas, y generalmente contra su gradiente de concentración. Uno de los tipos más comunes de transporte activo involucra proteínas que sirven como bombas.
La palabra «bombear» probablemente evoca pensamientos sobre el uso de energía para inflar el neumático de una bicicleta o una pelota de baloncesto. De manera similar, la energía del ATP es necesaria para que estas proteínas de membrana transporten sustancias (moléculas o iones) a través de la membrana, generalmente en contra de sus gradientes de concentración (de un área de baja concentración a un área de alta concentración).
La bomba de sodio-potasio, que también se llama N + / K + ATPasa, transporta el sodio fuera de la célula mientras mueve el potasio al interior de la célula. La bomba de Na + / K + es una importante bomba de iones que se encuentra en las membranas de muchos tipos de células. Estas bombas son particularmente abundantes en las células nerviosas, que constantemente bombean iones de sodio y atraen iones de potasio para mantener un gradiente eléctrico a través de sus membranas celulares.
Un gradiente eléctrico es una diferencia de carga eléctrica en un espacio. En el caso de las células nerviosas, por ejemplo, el gradiente eléctrico existe entre el interior y el exterior de la célula, con el interior cargado negativamente (alrededor de -70 mV) con respecto al exterior. El gradiente eléctrico negativo se mantiene porque cada bomba de Na + / K + mueve tres iones Na + fuera de la célula y dos iones K + dentro de la célula por cada molécula de ATP que se utiliza.
Opinión personal:
Creo que comprender la osmolaridad y la tonicidad es uno de los esfuerzos más desafiantes que emprenden los estudiantes de ciencias naturales, al menos para mí. La tonicidad de la solución depende de la concentración de solutos no penetrantes de la solución (por ejemplo, NaCl) en relación con la de la célula, no de la osmolaridad total de la solución.
La tonicidad proporciona la información sobre cómo la solución afecta el volumen de la célula una vez que se alcanza el equilibrio osmótico; es decir, cuando las osmolaridades de la solución y el citosol se igualan.
Las moléculas de agua se mueven más rápido a través de la membrana celular que las partículas de soluto. Por lo tanto, una célula colocada en una solución hiperosmótica siempre se encogerá inicialmente, independientemente de la tonicidad de la solución.
Creo que, como futuro doctor en medicina, tener un buen conocimiento de la tonicidad da una buena idea de cómo la deshidratación puede afectar las células del cuerpo. Una solución isotónica es mejor porque la presión osmótica dentro y fuera de la célula es igual, por lo que no hay movimiento neto de agua y las células conservarán su forma y función. Este tema también es primordial para que lo entiendan los médicos porque afecta el tipo de líquidos que vamos a dar a nuestros pacientes y las consecuencias que estos pueden tener.