Potencial de membrana mediante bombas iónicas

Todas las células tienen voltajes a través de las membranas plasmáticas. El voltaje es energía potencial eléctrica: una separación de cargas opuestas. El citoplasma de una célula está cargado negativamente en comparación con el líquido extracelular, debido a una distribución desigual de aniones y cationes en las caras opuestas de la membrana. El voltaje a través de una membrana, denominado potencial de membrana, tiene un rango entre -50 y -200 milivoltios (mV) (el signo “menos” indica que el interior de la célula es negativo en comparación con el exterior).

El potencial de membrana actúa como una batería, una fuente de energía que afecta al tránsito de todas las sustancias cargadas a través de la membrana. Dado que el interior de la célula es negativo en comparación con el exterior, el potencial de membrana favorece al transporte pasivo de cationes hacia dentro de la célula y aniones hacia fuera de ella. Por esa razón, dos fuerzas impulsan la difusión de iones a través de una membrana: una fuerza química (el efecto del potencial de membrana en el movimiento del ion). Esta combinación de fuerzas que actúan sobre un ion se denomina gradiente electroquímico.

En el caso de los iones debemos refinar nuestro concepto de transporte pasivo: un ion no se difunde simplemente a favor de su gradiente de concentración, sino que se difunde a favor de su gradiente electroquímico. Por ejemplo, la concentración de iones sodio (Na+) dentro de una célula nerviosa en reposo es muy inferior a la que existe fuera de ella. Cuando la célula es estimulada, los canales regulados que facilitan la difusión de Na+ se abren. Entonces, los iones sodio “caen” a favor de su gradiente electroquímico, impulsados por el gradiente de concentración de Na+ y por la atracción de los cationes hacia el lado negativo de la membrana.

Algunas proteínas de membrana que transportan activamente iones contribuyen al potencial de membrana. Un ejemplo es la bomba de sodio y potasio. La bomba no transloca el Na+ y el K+ uno por uno, sino que, en realidad, bombea tres iones sodio fuera de la célula por cada dos iones potasio que bombea dentro de la célula. Con cada “vuelta del motor” de la bomba hay una transferencia neta de una carga positiva desde el citoplasma hacia el líquido extracelular, un proceso que almacena energía en forma de voltaje.

Bomba electrógena

Una proteína de transporte que genera voltaje a través de una membrana se denomina bomba electrógena. La bomba de sodio y potasio parece ser la principal bomba electrógena de las células animales. La principal bomba electrógena de las plantas, los hongos y las bacterias es la bomba de protones, que transporta activamente los iones hidrógeno (protones) hacia fuera de la célula. El bombeo de H+ transfiere cargas positivas del citoplasma a la solución extracelular. Mediante la generación de voltaje a través de la membrana, las bombas electrógenas almacenan energía que puede emplearse para el trabajo celular, incluido un tipo de tránsito de membrana que se denomina cotransporte.