Todas as células do organismo, para sobreviver e praticar suas atividades orgânicas, têm que construir um ambiente favorável e apto. Isto é, ela deve construir um meio individualizado com características próprias que darão suporte a sua funcionalidade e sobrevivência. Diante desse fato, é razoável supor a existência de mecanismos intrínsecos capazes de controlar o ambiente interno das células em relação ao meio externo (plasma). Observe, na tabela abaixo, algumas diferenças do meio extracelular para o meio intracelular:
| Componente químico | Meio extracelular | Meio intracelular |
|---|---|---|
| Na+ | 142 mEq/L | 10 mEq/L |
| K+ | 4 mEq/L | 140 mEq/L |
| Glicose | 90 mg/dL | 0 a 20 mg/dL |
| Proteínas | 2 g/dL | 16 g/dL |
| Aminoácidos | 30 mg/dL | 200 mg/dL |
Mas como as células conseguem atingir essa diferença?
De início, deve-se lembrar que há uma barreira que limita o meio extracelular e intracelular – membrana celular. A composição de fosfolipídeos dessa membrana garante que ela seja imiscível tanto a componentes internos e externos da célula, dessa forma há a construção de uma estrutura celular que restringe o transito de substâncias. Entretanto, a limitação imposta pela membrana celular é reservada a um grupo de substâncias, outras substâncias, como as lipossolúveis, podem atravessá-la, criando um novo problema.
Para a resolução definitiva, além da membrana, é necessária outra forma de criar a individualização celular com mais eficiência. Dessa forma, proteínas foram inseridas na membrana com função de, justamente, regular a passagem de substâncias a qual a membrana celular é ineficiente. Essas proteínas ficaram conhecidas como proteínas transportadoras.
Em resumo, pode-se assumir que a membrana celular e as proteínas transportadoras são responsáveis pela delimitação de um ambiente interno e controle do gradiente de concentração e do gradiente químico.
Esse meio de transporte é o mais simples da célula, onde moléculas pequenas, não-polares e lipossolúveis se difundem livremente através da bicamada lipídica constituinte da membrana plasmática. Essas moléculas podem ser o O2, CO2, NO, esteróides, glicerol, ácidos graxos, entre outras moléculas enquadradas nesse sistema.
As moléculas grandes, não lipossolúveis ou com presença de cargas elétricas não conseguem se difundir através dessa membrana plasmática. É o caso de glicose, aminoácidos, íons, nucleotídeos, entre outros.
Esse meio de transporte é coordenado pelo gradiente de concentração, no qual as moléculas vão do meio mais concentrado para o meio menos concentrado. Observe um esquema desse transporte:
Na difusão simples as mólecuas vão do meio mais concentrado para o meio menos concentrado. Não há gasto de energia.A difusão facilitada se assemelha ao padrão de funcionamento da difusão simples, isto é, ocorre em virtude do gradiente de concentração, do mais concentrado para o menos concentrado. Entretanto, a diferença é que a difusão facilitada utiliza proteínas carreadoras, que dependendo do meio pode se apresentar fechadas ou abertas.
As proteínas carreadoras são aquelas inseridas na bicamada lipídica (proteínas integrais) que fornecem um caminho passivo, isto é, sem custo energético, para que as moléculas se movimentem através da membrana. Esse tipo de transporte ocorre em solutos de alto peso molecular, com carga elétrica e não lipossolúveis, como é o caso da glicose, íons, água, entre outros.
A principal função desse transporte é controlar o potencial elétrico das membranas, uma vez que a passagem de moléculas se dá de maneira rápida o suficiente para gerar um potencial de membrana que produzirá efeitos fisiológicos importantes, como o impulso elétrico.
Cada proteína carreadora possui uma estrutura química e conformacional diferente, isto agrega seletividade ao canal transportador. Ou seja, haverá canais seletivos para cada molécula que precisar atravessar na membrana celular. Além disso, a conformação aberta ou fechada dessas proteínas depende de diversos fatores, como:
| Nome do canal | Fator desencadeante |
|---|---|
| Canais dependentes de voltagem | Mudança no potencial elétrico na membrana. |
| Canais dependentes de ligante | Ligação outros ligantes, como nucleotídeos, neurotransmissores, toxinas, etc. |
Podemos observar um esquema desse tipo de transporte:
A difusão facilitada é parecida com a simples. A diferença é que a difusão facilitada usa proteínas carregadoras. Também não há gasto de energia.Outra característica importante, que influencia na difusão facilitada, é os mecanismos de ação para o transporte pela membrana. Podemos ter três diferentes mecanismos, sendo:
O transporte ativo é o transporte de substâncias contra seu gradiente de concentração. Esse fato requer o gasto de energia, ATP, e proteínas integrais especiais, conhecidas como bombas.
Bombas são proteínas integrais que transportam íons e outras substâncias através da bicamada lipídica com gasto de ATP, traduzido como energia. Esse gasto energético é essencial para a mudança da conformação das bombas e seu conseqüente impulso de substrato contra o gradiente químico. Observe o esquema abaixo:
No transporte ativo há gasto de energia (ATP), pois as substâncias são transportadas contra o seu gradiente de concentração através de proteínas integrais especiais.As substâncias envolvidas nesse tipo de transporte geralmente são íons que devem ser controlados de maneira intermitente, como é o caso do sódio, potássio, cálcio, cloreto, entre outros.
A bomba mais conhecida é a bomba de Na+/K+, cuja função é manter o potencial elétrico e as condições fisiológicas essenciais para a sobrevivência das células. Essa bomba bombeia sódio do meio intracelular para o meio extracelular, isto é, contra seu gradiente químico. Concomitante a esse processo, essa mesma bomba carrega potássio o meio extracelular para o meio intracelular, também contra o gradiente químico.
Curiosidade
As células podem gastar, aproximadamente, 100 moléculas de ATPs por segundo somente para manter as concentrações fisiológicas de íons intracelularmente. Para suprir essa demanda é necessário ingerir alimentos que tenham o combustível necessário para a manutenção desse ATP. A molécula glicose, por exemplo, é capaz de produzir 36 ATPs livres para o consumo.
O interessante surge quando descobrimos que um corpo humano tem, aproximadamente, 100 trilhões de células em constante controle fisiológico. Já imaginou o tanto de energia despendida somente para o controle de concentrações? Não podemos nos esquecer de outras atividades celulares que provocam também gasto de ATP, como a concentração muscular, raciocínio, entre outras atividades normais. Imaginou quanto combustível temos que ingerir diariamente só para as necessidades básicas?
(UEL) O movimento de moléculas de aminoácidos para o interior das células faz-se, geralmente, por
(UFPE) A passagem de substâncias através da membrana se dá pelos seguintes processos:
É correto afirmar que os processos envolvidos na passagem de água, O2, CO2 e substâncias solúveis em lipídios estão representados apenas no(s) item(ns):
(UFSC) Considerando os diferentes processos de passagem através da membrana plasmática, assinale as proposições verdadeiras
(UFSC) A membrana plasmática é uma membrana semipermeável, não havendo condições, normalmente, para o extravasamento dos colóides citoplasmáticos para fora da célula. Sob esse aspecto, a membrana já começa a selecionar o que deve entrar na célula ou dela sair. Considerando os diferentes processos de passagem através da membrana plasmática, assinale a(s) alternativa(s) correta(s)
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