Gradiente de Concentración: Definición, tipos y ejemplos

¿Qué es un gradiente de concentración?

La definición de gradiente de concentración es una diferencia en la concentración de soluto a través de una membrana. El soluto es una parte de una solución y el disolvente la otra parte. El soluto es lo que está presente en menor cantidad y el disolvente es lo que está presente en mayor cantidad. Las soluciones pueden ser líquidas, como una solución en jarabe de azúcar (el soluto) y agua (el solvente), o pueden ser gases como el aire que respiramos. En el aire, el oxígeno es uno de los solutos y el nitrógeno es el disolvente.

Existen gradientes de concentración a través de una membrana donde cada lado tiene diferentes concentraciones de soluto. Hay diferentes tipos de membranas. Una membrana permeable permite el paso tanto del soluto como del disolvente. Un ejemplo de membrana permeable sería un colador en la cocina. Permitiría que tanto la sal como el agua pasaran fácilmente. Las membranas semipermeables permiten el paso sólo de determinadas moléculas. Nuestras membranas plasmáticas celulares son un ejemplo de membrana semipermeable. Permiten el paso de agua y de moléculas pequeñas sin carga, pero no de moléculas polares ni de moléculas grandes. Finalmente, una membrana no permeable no permite el paso de ninguna molécula.

Osmosis y gradiente de concentración

La ósmosis es el movimiento del agua desde donde hay menor concentración de soluto hacia donde hay mayor concentración de soluto. Un gradiente de concentración de ósmosis impulsa el movimiento del agua desde el lado de la membrana con mayor concentración de agua hacia el lado con menor concentración de agua. El agua puede moverse por sí sola a través de la membrana celular, pero ciertas células que necesitan regular el equilibrio hídrico tienen canales llamados acuaporinas que permiten específicamente la ósmosis.

La ósmosis es importante porque controla el equilibrio de agua, sal y volumen dentro de la célula. Si la ósmosis se produce demasiado en una dirección, la célula puede arrugarse y morir o puede absorber demasiada agua e incluso explotar. Así, los seres vivos gastan energía para ayudar a mantener el equilibrio salino correcto para regular la ósmosis.

Ejemplos de gradientes de concentración en biología

Los siguientes ejemplos de gradientes de concentración muestran cuán importantes son los gradientes de concentración para diversas funciones biológicas de nuestro cuerpo.

Pulmones y branquias

Los pulmones y las branquias utilizan gradientes de concentración de transporte pasivo. En estos órganos respiratorios, el oxígeno ingresa al órgano a través de la boca o branquias en el caso de los animales acuáticos. El oxígeno tiene una mayor concentración en el órgano respiratorio en comparación con la sangre. Así, el oxígeno se difunde siguiendo su gradiente de concentración y entra en la sangre. Luego, la sangre puede distribuirse de regreso al corazón y bombearse al resto del cuerpo para llevar oxígeno a los tejidos. De manera similar, la sangre que ingresa a los órganos respiratorios tiene una mayor concentración de dióxido de carbono. El dióxido de carbono se difunde siguiendo su gradiente de concentración desde la sangre hasta los pulmones o las branquias, donde puede liberarse.

Contracción muscular

Los gradientes de iones son especialmente importantes en la contracción muscular. Por ejemplo, nuestras células musculares mantienen un potencial eléctrico negativo y tienen un gradiente electroquímico con más sodio y calcio fuera de la célula. Cuando la señal de contracción surge de las neuronas motoras, las células musculares abren canales que permiten la entrada de sodio y calcio a través de la difusión facilitadora. Esto provoca cascadas de señalización que, en última instancia, conducen a la contracción muscular.

Gradientes de protones

Los gradientes de protones son otro ejemplo de difusión facilitada. Dentro de las mitocondrias, se utilizan gradientes de protones para crear ATP para la célula. Los protones se almacenan en el espacio intermembrana de las mitocondrias y, por tanto, crean un gradiente entre este espacio y la matriz. Los protones fluyen a través de la proteína ATP sintasa y la energía almacenada en el gradiente se utiliza para producir ATP.

Resumen de la lección

Un gradiente de concentración es una diferencia en la concentración de soluto y disolvente entre los lados de una membrana. La membrana celular es semipermeable, lo que significa que sólo deja entrar y salir determinadas sustancias. La difusión es el movimiento de moléculas a través de la membrana a favor de su gradiente de concentración y el proceso continúa hasta que hay concentraciones iguales en ambos lados de la membrana.

Las células pueden utilizar gradientes de concentración para tres tipos principales de transporte:

• Difusión pasiva: las moléculas se mueven directamente a través de la membrana siguiendo su gradiente de concentración sin energía.
• Difusión facilitadora: las moléculas se mueven a través de transportadores conocidos como proteínas de canal a través de la membrana siguiendo su gradiente de concentración sin usar energía.
• Transporte activo: las moléculas se mueven contra su gradiente de concentración con el uso de energía.