La membrana plasmática y el transporte celular: difusión, ósmosis y transporte activo

Introducción

Una célula no puede aislarse del todo del exterior: necesita captar nutrientes y oxígeno, y expulsar residuos. La estructura que controla este intercambio es la membrana plasmática, una barrera selectiva que deja pasar unas sustancias y frena otras.

Aprenderás cómo es la membrana, qué diferencias hay entre transporte pasivo y activo, qué es la ósmosis y por qué importa tanto la concentración del medio, con cinco problemas resueltos. Conviene tener presente la estructura general de la célula, que explicamos en La célula: estructura y tipos.

1. Estructura de la membrana plasmática

Según el modelo del mosaico fluido, la membrana es una bicapa de fosfolípidos con proteínas incluidas. Los fosfolípidos tienen una cabeza hidrófila, que queda hacia el agua, y dos colas hidrófobas, que quedan hacia el interior. Es fluida porque sus componentes se mueven lateralmente, y es un mosaico por la variedad de proteínas que la forman.

• Fosfolípidos: forman la bicapa, impermeable a los iones y a las moléculas polares.
• Colesterol (en animales): regula la fluidez.
• Proteínas: de canal, transportadoras, receptoras de señales y enzimas.
• Glúcidos: unidos a lípidos y proteínas en la cara externa; intervienen en el reconocimiento entre células.

Esta estructura da permeabilidad selectiva: pasan con facilidad las moléculas pequeñas y apolares (O₂, CO₂), y con dificultad las polares grandes y los iones, que necesitan proteínas.

2. Transporte pasivo: sin gasto de energía

Las sustancias se mueven a favor de su gradiente de concentración (de donde hay más a donde hay menos) sin que la célula gaste ATP:

• Difusión simple: atraviesan la bicapa moléculas pequeñas y apolares, como el oxígeno, el dióxido de carbono o los lípidos pequeños.
• Difusión facilitada: una proteína (canal o transportadora) ayuda a pasar sustancias polares o iones, como la glucosa, a favor de gradiente.
• Ósmosis: difusión del agua a través de una membrana semipermeable, desde el medio con menos soluto hacia el medio con más soluto.

3. Ósmosis y tonicidad

El agua se mueve hacia donde hay más soluto. Según la concentración del medio exterior respecto al interior de la célula, el medio puede ser:

Efecto de la concentración del medio sobre una célula animal.

4. Transporte activo y en vesículas

Cuando la célula tiene que mover sustancias en contra de su gradiente necesita energía en forma de ATP: es el transporte activo. El ejemplo clásico es la bomba de sodio-potasio, una proteína que en cada ciclo expulsa 3 iones Na⁺ y introduce 2 iones K⁺, gastando 1 ATP. Mantiene el potencial de membrana, imprescindible para el impulso nervioso.

Para partículas grandes, la célula usa vesículas: la endocitosis (entran sustancias englobadas por la membrana, como la fagocitosis de una bacteria por un glóbulo blanco) y la exocitosis (salen, como la secreción de hormonas o enzimas).

5. Problemas resueltos

Problema 1: ¿es isotónico el suero fisiológico?

El suero fisiológico es una disolución de NaCl al 0,9 % (9 g/L). La osmolaridad del plasma es de unos 300 mOsm/L. ¿Es isotónico? ($M_{NaCl} = 58{,}44$ g/mol; el NaCl se disocia en dos iones, Na⁺ y Cl⁻.)

$\frac{9\ \text{g/L}}{58{,}44\ \text{g/mol}} = 0{,}154\ \text{mol/L} \quad\Rightarrow\quad 0{,}154 \cdot 2 = 0{,}308\ \text{Osm/L} = 308\ \text{mOsm/L}$

308 mOsm/L es prácticamente igual a los 300 mOsm/L del plasma: la disolución es isotónica, y por eso se puede inyectar sin dañar los glóbulos rojos.

Problema 2: suero glucosado

El suero glucosado es una disolución de glucosa al 5 % (50 g/L). La glucosa no se disocia. ¿Qué osmolaridad tiene?

$\frac{50}{180{,}16} = 0{,}277\ \text{mol/L} = 277{,}5\ \text{mOsm/L} \approx 278\ \text{mOsm/L}$

También es aproximadamente isotónico con el plasma.

Problema 3: glóbulos rojos en medios distintos

Se introducen glóbulos rojos en una disolución de NaCl al 0,3 % y en otra al 3 %. ¿Qué ocurre en cada caso?

$0{,}3\,\% \;(3\ \text{g/L}):\ \frac{3}{58{,}44} \cdot 2 \approx 0{,}103\ \text{Osm/L} = 103\ \text{mOsm/L} \quad (\text{hipotónica})$

$3\,\% \;(30\ \text{g/L}):\ \frac{30}{58{,}44} \cdot 2 \approx 1{,}027\ \text{Osm/L} = 1027\ \text{mOsm/L} \quad (\text{hipertónica})$

En la de 103 mOsm/L el medio es hipotónico: entra agua en los glóbulos, que se hinchan y pueden romperse (hemólisis). En la de 1027 mOsm/L es hipertónico: sale agua y los glóbulos se arrugan (crenación).

Problema 4: la bomba sodio-potasio

Una célula gasta 1000 ATP en la bomba de sodio-potasio. ¿Cuántos iones se mueven y qué balance de carga se produce?

$\text{Na}^+\ \text{expulsados} = 3 \cdot 1000 = 3000 \qquad \text{K}^+\ \text{introducidos} = 2 \cdot 1000 = 2000$

Salen 3000 cargas positivas y entran 2000: el interior pierde 1000 cargas positivas netas, con lo que se hace más negativo. Por eso la bomba contribuye al potencial de membrana.

Problema 5: clasifica el transporte

Indica el tipo de transporte de cada caso:

• El O₂ entra en la célula: difusión simple (pequeño y apolar, a favor de gradiente).
• La glucosa entra en un glóbulo rojo por una proteína transportadora, a favor de gradiente: difusión facilitada.
• El agua pasa por la membrana hacia el medio más concentrado: ósmosis.
• Una célula expulsa Na⁺ en contra de gradiente con gasto de ATP: transporte activo.
• Una célula secreta insulina empaquetada en vesículas: exocitosis.

6. Errores frecuentes

• ⚠️ Pensar que la ósmosis mueve el soluto. En la ósmosis se mueve el agua, hacia el lado con más soluto
• ⚠️ Confundir hipotónico con hipertónico. El prefijo se refiere al medio exterior: hipotónico = menos soluto fuera que dentro
• ⚠️ Creer que el transporte pasivo no necesita proteínas. La difusión facilitada sí usa proteínas, pero no gasta ATP
• ⚠️ Olvidar que el NaCl se disocia al calcular la osmolaridad. Cuenta como dos partículas por fórmula (Na⁺ y Cl⁻)
• ⚠️ Pensar que el transporte activo va a favor de gradiente. Va en contra del gradiente y requiere energía

7. 📌 En 30 segundos

1. Membrana: bicapa de fosfolípidos con proteínas (mosaico fluido); permeabilidad selectiva.
2. Transporte pasivo (sin ATP): difusión simple, facilitada y ósmosis.
3. Ósmosis: el agua va hacia el medio con más soluto.
4. Hipotónico: la célula se hincha; isotónico: no cambia; hipertónico: se arruga.
5. Transporte activo (con ATP): bomba Na⁺/K⁺ (3 Na⁺ fuera, 2 K⁺ dentro) y vesículas.

Para seguir estudiando

• La célula: estructura y tipos
• ¿Por qué el agua es un disolvente universal?
• ¿Qué sabemos de las biomoléculas?