Intercambiador iónico

Qué es un intercambiador iónico

La palabra clave del término es "ion". Procede del griego ἰόν (ión), participio del verbo ἰέναι (iénai), "ir", y podría traducirse como "el que va" o "el que camina". La acuñó en 1834 el físico Michael Faraday, a sugerencia del filósofo William Whewell, para nombrar a las partículas cargadas que migran hacia los electrodos cuando una corriente atraviesa una disolución. Un ion, por tanto, es un átomo o una molécula con carga eléctrica, y un intercambiador es aquello que los pone en circulación de forma ordenada.

Bajo ese nombre conviven dos realidades que la medicina utiliza a diario. Una es biológica: determinadas proteínas insertadas en la membrana de las células mueven iones de un lado a otro intercambiándolos entre sí. La otra es fisicoquímica: hay materiales sólidos, casi siempre polímeros, que llevan cargas fijas y liberan sus propios iones móviles a cambio de capturar otros presentes en el líquido que los baña. El principio de fondo no cambia. En ambos casos, por cada carga que entra sale otra equivalente, de modo que el conjunto se mantiene eléctricamente neutro.

Los intercambiadores de la membrana celular

En fisiología, un intercambiador iónico es una proteína integral de membrana, también llamada antiportador o contratransportador, que desplaza dos especies iónicas en sentidos opuestos: una entra en la célula mientras la otra sale. Pertenecen al transporte activo secundario, una categoría con una particularidad interesante. No queman energía directamente. Aprovechan el gradiente de un ion, casi siempre el sodio, que la bomba de sodio-potasio ha acumulado antes a costa de ATP, y lo usan como moneda para arrastrar a otra sustancia contra corriente.

El intercambiador de sodio-calcio (NCX) es uno de los más estudiados: saca calcio del citoplasma valiéndose del gradiente de sodio, e introduce tres iones de sodio por cada ion de calcio que expulsa. Abunda en las células cardíacas y musculares, donde mantener el calcio bajo entre latido y latido resulta determinante. El intercambiador de sodio-hidrógeno (NHE) sigue otra lógica: expulsa protones para corregir la acidez interna, y es una de las herramientas con que la célula defiende su pH. Un tercer ejemplo vive en la membrana del glóbulo rojo. La proteína banda 3, o AE1, intercambia cloruro por bicarbonato en proporción de uno a uno y participa en el transporte de dióxido de carbono por la sangre.

Las resinas de intercambio iónico

Fuera de la célula, el mismo concepto adopta la forma de un material. Una resina de intercambio iónico es una matriz polimérica con grupos cargados fijos y contraiones débilmente unidos que pueden soltarse y ser sustituidos por otros iones del medio. Las hay de dos clases según qué capturen: las catiónicas retienen iones positivos y las aniónicas, negativos.

Sus aplicaciones recorren varios campos. En el laboratorio, la cromatografía de intercambio iónico separa proteínas, aminoácidos o ácidos nucleicos según su carga, y es una técnica habitual en bioquímica. En la industria se usa para ablandar o desmineralizar el agua. Y en el ámbito clínico existen resinas que, administradas por vía oral, capturan determinados iones o moléculas dentro del tubo digestivo sin llegar a absorberse. La química es la de siempre: dar un ion propio, tomar otro ajeno.

Preguntas frecuentes

¿Qué significa "ion" en el nombre?

Ion viene del griego ἰόν, "el que va". Faraday eligió esa raíz precisamente porque los iones son partículas que se mueven: en una disolución sometida a corriente, los positivos caminan hacia un electrodo y los negativos hacia el otro. Un intercambiador no hace más que gobernar ese ir y venir.

¿Es lo mismo un intercambiador iónico que un canal iónico?

No. Un canal es un poro que, cuando se abre, deja pasar iones a favor de su gradiente a gran velocidad, del orden de millones por segundo. Un intercambiador es un transportador que cambia de forma en cada ciclo y solo mueve unos pocos iones cada vez, mucho más despacio, pero con una ventaja: acopla dos flujos, uno a favor y otro en contra del gradiente, y así puede transportar sustancias que un canal nunca movería cuesta arriba.

¿Por qué se dice que no gasta energía si mueve iones contra corriente?

Porque no hidroliza ATP él mismo. La energía la puso antes la bomba de sodio-potasio al crear el gradiente de sodio. El intercambiador se limita a cobrarse esa energía almacenada, dejando entrar sodio a favor de gradiente para sacar otra cosa en contra. Por eso se habla de transporte activo secundario: la factura energética se paga en otra ventanilla.

¿Qué hace el intercambiador de la membrana del glóbulo rojo?

La proteína banda 3 (AE1) es una de las más abundantes del eritrocito, con cerca de un millón de copias por célula. Intercambia cloruro por bicarbonato y hace posible el llamado desplazamiento del cloruro, el mecanismo por el que la sangre carga el dióxido de carbono en los tejidos y lo descarga en el pulmón. Sin ese trasiego, buena parte del CO₂ no podría viajar disuelto como bicarbonato.

Referencias

1. Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México. Mecanismos de transporte a través de la membrana celular.
2. Megías M, Molist P, Pombal MA. Atlas de Histología Vegetal y Animal, Universidad de Vigo. La célula. Membrana celular. Transporte.
3. Manual MSD, versión para profesionales. Absorción de los fármacos.
4. Real Academia Española. Ion. Diccionario de la lengua española.