Demostración del transporte de histidina por membrana utilizando sacos invertidos intestinales de cabra: una herramienta pedagógica experiencial para estudiantes universitarios

Las células biológicas están rodeadas por una bicapa lipídica de membrana que separa el citosol intracelular del contenido extracelular. La membrana sirve como una barrera semipermeable que regula el movimiento de los solutos¹. El transporte a través de las membranas biológicas se ve afectado por el coeficiente de permeabilidad de un soluto, que depende de varios factores, incluida la concentración y la carga del soluto. En general, los solutos se mueven a través de la membrana utilizando tres mecanismos (Figura 1): difusión pasiva, difusión facilitada y transporte activo². La difusión simple es el proceso por el cual los solutos solubles, sin carga y no polares pasan por su gradiente de concentración a través de una membrana semipermeable (Figura 1A). Las proteínas de membrana no ayudan en este proceso, ya que implica el movimiento de solutos de una región de mayor concentración a una región de menor concentración. La tasa de difusión se basa en la Ley de Fick³. Por otro lado, la difusión facilitada es un transporte dependiente de proteínas en el que la membrana permite que solo solutos selectivos pasen a lo largo de un gradiente de concentración sin el gasto de energía (Figura 1B). Este tipo de transporte es específico y difiere de la difusión simple en que exhibe una cinética de saturación.

El transporte activo es un transporte de moléculas dependiente de proteínas contra su gradiente de concentración, es decir, de la región de menor concentración a una región de mayor concentración con el uso de ATP o gradientes iónicos (Figura 1C). Cuando el transportador hidroliza ATP, el transporte se denomina transporte activo primario (Figura 1C; panel izquierdo). Otra forma de transporte activo es el transporte activo secundario (Figura 1C; panel derecho). En el transporte activo secundario, los solutos se mueven en función de un gradiente electroquímico. Tiene lugar cuando una proteína transportadora acopla el movimiento de un ion (normalmente Na⁺) a lo largo de su gradiente de concentración con el movimiento de otra molécula o un ion contra su gradiente de concentración. Este tipo de movimiento del soluto puede ser un co-transporte (Symport) en el que tanto el soluto como el ion se mueven en la misma dirección o un intercambio (Antiport), en cuyo caso el soluto y el ion se mueven en direcciones opuestas.

Los aminoácidos dietéticos y los monosacáridos de las fuentes alimentarias se absorben en el intestino delgado. El intestino delgado se puede dividir funcionalmente en tres segmentos: duodeno, yeyuno e íleon (Figura 2). La absorción de soluto se produce en todo el intestino delgado, con la máxima absorción en el yeyuno y en el extremo proximal del íleon. Los enterocitos intestinales son células polarizadas, y las uniones estrechas que conectan dos células adyacentes crean dos sitios de membrana distintos: el sitio de membrana basolateral y el sitio de membrana apical (Figura 2). La absorción de solutos luminales generados por la digestión ocurre en el sitio de la membrana apical⁴.

El transporte de histidina en los enterocitos intestinales en la membrana apical es un ejemplo de un simpuerto activo secundario que es dependiente del sodio. En el extremo basolateral, la histidina que ingresa al enterocito se mueve por el gradiente de concentración hacia la circulación portal hepática. Las concentraciones intracelulares de sodio dentro del enterocito se mantienen en 12 mmoles/L¹, que es menor que las concentraciones extracelulares/luminales, debido al bombeo activo de sodio fuera de la célula por Na⁺ K⁺ATPasa localizada en la membrana basolateral (Figura 3). En la membrana apical de los enterocitos, el AT B⁰y el transportador de aminoácidos neutros en sodio (SNAT) 5 son los principales transportadores que no solo transportan histidina sino también aminoácidos como la asparagina y la glutamina en un cotransporte dependiente de sodio ^5,6. Otra proteína transportadora llamada Transportador de Grandes Aminoácidos (LAT)1 presente en la membrana basolateral de los enterocitos transporta grandes aminoácidos neutros como leucina, triptófano, tirosina y fenilalanina a través de la membrana⁷.

Con el objetivo de enseñar el concepto de transporte de membranas integrado con técnicas como la espectrofotometría y los ensayos bioquímicos de rutina a través de la pedagogía del aprendizaje experiencial, es imperativo desarrollar metodologías que no solo puedan demostrar el concepto en términos fáciles de entender, sino que también permitan el aprendizaje participativo para los estudiantes de pregrado. Actualmente, hay recursos limitados disponibles para que los estudiantes se involucren de manera práctica para aprender dichos conceptos de bioquímica. Aquí, reportamos un protocolo simple para demostrar el transporte de histidina a través de la membrana intestinal de cabra que es fácil de reproducir en laboratorios de pregrado y también se puede adaptar para evaluar el transporte de otros metabolitos. Más importante aún, el método utiliza materiales económicos en un laboratorio de pregrado, lo que permite el aprendizaje experiencial incluso en los entornos de laboratorio más simples.