Transporte Através da Membrana
Biológicas > Biologia

TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA


Introdução

Nosso corpo é composto predominantemente por água. A maioria das substâncias sólidas são dissolvidas em água e as reações bioquímicas podem ocorrer somente nesta solução.

Dentro da célula existe um complexo ambiente químico, chamado espaço intracelular, que é constituído predominantemente por água, proteínas e sais inorgânicos.

As células são imersas em uma outra grande solução, que é chamada de espaço extracelular. As soluções dentro e fora da célula têm diferentes composições e este fato é muito importante para a função da célula.

Este trabalho tem como objetivo trazer o conhecimento sobre alguns tipos de transporte através da membrana celular. Tais transportes ajudam a célula a manter-se em homeostasia com o nosso complexo organismo.


Difusão

Chama-se difusão a passagem de substâncias do meio mais concentrado (hipertônico) para o meio menos concentrado (hipotônico). Quando cada meio está com quantidades iguais de soluto para cada solvente, diz-se que o meio é isotônico (igual).

Para que seja controlada a entrada e a saída de substâncias, existem dois tipos de membranas: as permeáveis e as semi-permeáveis. Nas permeáveis passam o soluto e o solvente sem nenhum problema, nas semi-permeáveis, passa apenas o solvente.

Quando há um desequilíbrio em células que tenham membranas semi-permeáveis, ocorre a osmose (passagem do solvente do meio hipotônico para o meio hipertônico).

Difusão Simples

Algumas substâncias passam para dentro ou para fora de uma célula dissolvendo-se na bicamada lipídica da membrana sem qualquer participação de proteínas carreadoras ou formadoras de poros. Esse tipo de movimento depende unicamente das diferenças de concentrações de uma determinada substância nos meios intra e extracelular e é denominado difusão simples. Neste processo não há gasto de energia.

A difusão simples leva a um equilíbrio de concentrações de uma dada substância entre os meios intra e extracelular.

Como exemplo tem-se os gases, estes não encontram dificuldades para entrar ou sair das células, pois são moléculas pequenas. De acordo com as concentrações dentro e fora da célula um determinado gás terá movimento para o citoplasma ou para longe dele. O oxigênio e o gás carbônico estão entre os gases que mais transitam pela superfície celular.

Difusão Facilitada

A difusão facilitada está associada a duas categorias de proteínas presentes nas membranas celulares: as "proteínas carreadoras ou permeases", que se ligam especificamente a açúcares, aminoácidos, nucleosídeos; e as "proteínas formadoras de poros", que podem estar abertos permanente ou temporariamente para a passagem de íons ou de outras moléculas com cargas e tamanhos que se compatibilizam com a dimensão dos poros.

Neste processo não ocorre gasto de energia, as proteínas apenas facilitam a passagem de substâncias para dentro e para fora da célula.

Um exemplo de difusão facilitada é a entrada da glicose nas células.


Difusão por canais proteicos

A polaridade de certas moléculas tem grande importância na sua solubilidade e na sua absorção, especialmente quando esta se faz pela modalidade de difusão passiva.

Na molécula polar há distorção elétrica que dá origem a um dipolo, isto é, existem uma área da molécula com predominância de carga positiva.

Essa distorção elétrica é mínima ou ausente nos hidrocarbonetos, chamados, por este motivo, apolar (passam facilmente pela membrana).

Certos átomos e grupos fortemente eletronegativos aumentam a polaridade das moléculas que as encerram.

Entre os átomos estão, por exemplo, o oxigênio e o nitrogênio.

Entre os grupos polares mais comuns temos a hidroxila (-OH) e o grupamento nitroso (-NO2 ).

Os íons, por serem carregados eletricamente, são ainda mais polares que as moléculas polares.

De modo geral, os compostos polares dissolvem-se em solventes polares ex. (água, álcool), mas não se dissolvem em solventes apolares do tipo hidrocarbonetos.

Os compostos apolares, como era de se esperar, não se dissolvem em solventes polares.

As bicamadas lipídicas das membranas biológicas têm permeabilidade muito baixa para os íons e para a maioria das moléculas polares.

A água, molécula polar, constitui exceção, pois atravessa facilmente as membranas plasmáticas.

Mesmo a água não sendo solúvel em lipídios da membrana, ela passa com muita facilidade para o interior da célula pelos canais protéicos.

As outras moléculas polares, para serem absorvidas, exigem sistemas especiais de transporte.

Outras moléculas insolúveis em lipídios podem passar através dos poros formados pelos canais protéicos do mesmo modo como fazem as moléculas de água, desde que sejam suficientemente pequenas.

A medida que são maiores, sua penetração diminui de forma muito rápida, por exemplo, a molécula de uréia é apenas 20% maior que a da água, entretanto sua passagem pela membrana é mil vezes menor que a da água.


Permeabilidade seletiva dos canais protéicos

A maioria dos canais protéicos é extremamente seletivo para o transporte de um ou mais íons ou moléculas específicas.

Isso é resultado da própria característica do canal, como diâmetro, forma das cargas elétricas.

Por exemplo, um dos importantes canais é o canal de sódio têm diâmetro entre 0,3 a 0,5 nm, e sua superfície interna é revestida por cargas elétricas negativas, essas cargas negativas puxam os íons de sódio para dentro desses canais, removendo deles a água.

Uma vez no interior dos canais, os íons se difundem em qualquer direção, dessa forma, o canal de sódio é específico e seletivo para a passagem dos íons de sódio.

Desta mesma maneira, outro grupo de canais é seletivo para o transporte de potássio, com diferença por não possuírem carga negativa, isto permite que não sejam atraídos ou puxados para dentro dos canais, com isto permanecem juntos com a molécula de água e não são desidratados.

Comportas

Outro mecanismo que permite o controle da permeabilidade da membrana são as comportas.

As comportas são projeções que a molécula possui que podem ocluir a entrada do canal ou ser afastadas dessa entrada por alterações conformacionais da própria molécula.

Observa – se que as moléculas de sódio possuem as comportas pelo lado externo da membrana celular, enquanto que o potássio possui a comporta pelo lado interno do canal.

A abertura e fechamento das comportas são regulados por:

  • Pela voltagem (potencial elétrico)
  • Regulação por agentes químicos ex. Acetilcolina.


Osmose

O nome osmose vem da palavra grega para "empurrar". A passagem de um solvente através de uma membrana semi-permeável separando duas soluções de concentrações diferentes. Uma membrana semi-permeável é aquela através da qual as moléculas de solvente podem passar mas que a maioria das moléculas de soluto não conseguem. Existe uma tendência termodinâmica para soluções separadas por membrana deste tipo ficarem com concentrações iguais, em que a água (ou outro solvente) se movimenta da solução menos concentrada para mais concentrada. A osmose pára quando as duas soluções alcançarem concentrações iguais e também pode ser interrompida por aplicação de uma pressão ao líquido do lado da solução em que a solução é mais concentrada. A pressão necessária para parar o fluxo de um solvente puro para outra solução é uma característica da solução e é chamada pressão osmótica. A pressão osmótica depende apenas da concentração das partículas em solução e não da sua natureza. As medidas de pressão osmótica são usadas na determinação das massas moleculares, massa molar, relativas de compostos, em particular macromoléculas. A distribuição de água nos seres vivos depende até certo ponto da osmose, ou seja, da água que entra nas células através da suas membranas. Uma membrana celular não é verdadeiramente semi-permeável uma vez que permite a passagem de certas moléculas de soluto.


Sistema Nervoso.

Os dentritos atuam como receptores de estímulos. Os axônios atuam como condutores de impulso. Já o terminal axônal é o local onde o axônio entra em contato com outro neurônio ou outras células. A região por onde passa o impulso de um neurônio para uma célula chama-se Sinapse.

Impulso ---- Dentrito ---- Corpo celular ---- Axônio.

1. Transporte Ativo.

Neste tipo de transporte a substância é levada de um meio a outro através da membrana celular por uma proteína carregadora que é capaz, inclusive, de transportar esta substância contra um gradiente de concentração de pressão ou elétrico. Para que isso ocorra, o carregador liga-se quimicamente á substância a ser transportadora utilizando uma enzima específica.

O transporte é feito por pequenas "máquinas" moleculares chamadas bombas iônicas. A bomba mais importante para as células excitáveis é a bomba de sódio e potássio. Células mortas perdem essa capacidade, porque bombas ativas requerem energia metabólica para funcionar. Esta energia é extraída de moléculas de glicose pelas células vivas e liberada sob a forma de ATP, para que ocorra o transporte de íons contra um gradiente de concentração.

A bomba de sódio e potássio é uma das estruturas pertencentes ao sistema de regulagem hidroeletrolítica da célula, sendo responsável pela manutenção das membranas das concentrações iônicas do sódio e do potássio. A bomba se localiza na membrana plasmática e qualquer alteração nos sistemas ATP e membrana, podem comprometer o funcionamento dessa bomba.

1.1 A química e o funcionamento da Bomba de Sódio e Potássio.

A bomba de sódio e potássio é uma ATPase que catalisa a transformação da molécula de ATP em ADP. Esse processo é feito à custa da retirada de três íons sódio (Na) da célula, ao mesmo tempo que entram na mesma dois íons potássio (K ). A bomba consiste em uma proteína que atravessa a membrana em toda a sua espessura, ficando a molécula de ATP unida à sua parte interna. De acordo com a hipótese mais aceita sobre o funcionamento dessa bomba, os íons sódio (NA) ligando-se a essa mesma extremidade, lisariam o ATP e mudariam a conformação estrutural dessa proteína, o que favoreceria a saída desse íon da célula; ao mesmo tempo, essa mudança estrutural da bomba forneceria sítios de ligação favoráveis ao potássio. A união de dois íons potássio seria o suficiente para reconformar a bomba à sua estrutura inicial, ao mesmo tempo que introduziria o potássio no interior da célula.

2. Potencial do repouso da membrana celular.

O transporte ativo é constante de íons sódio (NA) de dentro para fora da célula e ao mesmo tempo de íons potássio (K) de fora para dentro. Isso não ocorre com a mesma velocidade. Para cada três íons sódio transportados para fora, dois íons potássio são transportados no sentido inverso.

Isso acaba criando uma diferença de cargas positivas entre o exterior e o interior da célula, pois ambos os íons (NA e K) são cátions com uma valência positiva, assim, a bomba transporta mais carga positiva de dentro para fora do que o contrário. Cria-se assim, um gradiente elétrico na membrana celular. No seu lado externo de cargas positivas enquanto que no seu lado interno há uma falta de cargas positivas, assim, o líquido intracelular tem mais cargas negativas do que positivas. Esse gradiente elétrico formado é conhecido como potencial de repouso da membrana celular.

3. Potencial de ação.

Quando a membrana de uma célula excitável se excita através de estímulos (calor, frio, pressão, corrente elétrica, etc.), uma sucessão de eventos fisiológicos ocorre através da membrana. Tais fenômenos, em conjunto, produzem o que chamamos de potencial de ação.

Um típico potencial de ação em uma célula excitável dura apenas alguns poucos milésimos de segundo e pode ser dividido em fases.

3.1. Despolarização.

Durante esta fase ocorre um significativo aumento na permeabilidade aos íons sódio na membrana celular, abre-se os canais de sódio o que propicia um grande fluxo de íons sódio de fora para dentro da célula, por um processo de difusão simples.

Com isso, o líquido intracelular se torna carregado positivamente e a membrana celular passa a apresentar agora um potencial inverso daquele encontrado nas condições de repouso da célula: mais cargas positivas no interior da célula e mais cargas negativas no seu exterior.

3.2. Repolarização.

Ocorre em seguida à despolarização. Durante este período, a permeabilidade na membrana celular aos íons retorna ao normal e, simultaneamente, ocorre um aumento na permeabilidade aos íons potássio, o que acarreta em grande fluxo de íons potássio para dentro da célula. Enquanto isso ocorre, os íons sódio que estavam em grande quantidade no interior da célula são transportados para o exterior da mesma, pela bomba de sódio-potássio. Com isso, o potencial na membrana celular volta a ser negativo.

3.3. Repouso.

É o retorno às condições normais de repouso encontrados na membrana celular antes da mesma ser excitada e despolarizada. Nesta fase a permeabilidade aos íons potássio retorna ao normal e a célula rapidamente retorna às suas condições normais.

Todo o processo do potencial de ação dura, aproximadamente, dois a três milésimos de segundos na maioria das células excitáveis encontradas em nosso corpo.

4. Como o potencial de membrana é mantido?

A tendência seria das concentrações de íons dos lados internos e externos da membrana se igualar e também os potenciais, devido a membrana semipermeável, levando a uma diferença zero de potencial entre o lado interno e externo.

Duas coisas garantem a manutenção de um estado polarizado e com concentrações diferentes de íons enquanto a célula continuar viva.

A primeira é a existência de íons negativos inorgânicos em maior ocorrência no interior da célula; eles têm um gradiente químico de dentro para fora grande, mas a permeabilidade para eles é zero. Assim, tendem a gerar uma polaridade, pois íons positivos como o potássio, tendem a ficar dentro da célula.

A segunda é a bomba de sódio e potássio, que pega os potássios que saem e joga para dentro, e todos os sódios que entram e jogam para fora, sendo gastos uma molécula de ATP para cada bombeada.


CONCLUSÃO

Conclui-se que: Difusão: é um processo espontâneo onde as partículas tendem a se espalhar graças ao movimento contínuo e casual de átomos e moléculas - diversas substâncias (como água, gases e outras com moléculas peq.) entram e saem da célula por simples difusão - se a substância estiver mais concentrada fora da célula, ela entrará. Se a substância estiver mais concentrada dentro da célula ela sairá.

O Transporte passivo é impulsionado por gradientes iônicos, não havendo gasto de energia a partir da hidrólise de ATP. Podem ocorrer de dois modos: através da bicamada e por difusão facilitada

Osmose é um caso de difusão do solvente através de uma membrana semipermeável. O solvente se difunde em direção à região em que há menor concentração de suas moléculas.

Potencial de Ação e repouso: Na maioria das células, esse potencial permanece inalterado, desde que não haja influências externas. Quando a célula se encontra nessa condição, o potencial de membrana recebe o nome de potencial de repouso. Numa célula nervosa ou músculo, o potencial de repouso é sempre negativo, apresentando um valor constante e característico.

O transporte ativo de Na+ e K+ através da membrana celular é realizado por uma proteína complexa, existente na membrana, denominada "sódio-potássio-adenosina-trifosfatase", ou apenas bomba de sódio.


REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

GARCIA, Eduardo. Biofísica; Ed. Sarvier. São Paulo, 2002. p. 10-14.

BERKALOFF, André et al. Biologia e Fisiologia Celular; Edgard Blücher Ltda. São Paulo, 1975. p. 181-212.

www.afh.bio.br/nervoso/nervoso1.asp

www.fo.usp.br/lido/patoartegeral/patoartedeg2ahtm

www.ocorpohumano.com.br

www.cerebromente.org.br/n09/fundamentos/transmissao/difusaohtm