Transporte pelas Membranas

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
Concentração no meio extracelular e intracelular

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.

Difusão simples

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:

Difusão simplesNa difusão simples as mólecuas vão do meio mais concentrado para o meio menos concentrado. Não há gasto de energia.Na difusão simples as mólecuas vão do meio mais concentrado para o meio menos concentrado. Não há gasto de energia.

Difusão facilitada

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.
Fatores desencadeantes da abertura dos canais

Podemos observar um esquema desse tipo de transporte:

Difusão facilitadaA difusão facilitada é parecida com a simples. A diferença é que a difusão facilitada usa proteínas carregadoras. Também não há gasto de energia.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:

  • Uniportadores (ou transportadores uniport): transportam um único tipo de substrato, seguindo o gradiente de concentração. Um exemplo disso é a proteína de transporte para a glicose (carreador GLUT);
  • Antiportadores (ou transportadores antiports): fazem a translocação de dois tipos de substratos diferentes em direção opostas, usando o gradiente de concentração de um deles para impulsionar o outro contra o gradiente de concentração. Um exemplo disso é o trocador Na+/Ca2+, o qual o sódio entra na célula (a favor do gradiente químico) e o cálcio sai da célula (contra o gradiente químico);
  • Simportadores (ou transportadores simport): fazem a translocação de dois substratos diferentes na mesma direção, usando o gradiente de concentração de um deles para impulsionar o outro contra o seu gradiente químico. Um exemplo disso é o carreador Na+/Glicose no intestino (carreador SGLT1) o qual deixa entrar sódio em função do gradiente químico, e impulsiona a entrada também de glicose (contra o gradiente químico).

Transporte ativo

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:

Transporte ativoNo transporte ativo há gasto de energia (ATP), pois as substâncias são transportadas contra o seu gradiente de concentração através de proteínas integrais especiais.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.

Bomba de sódio e potássio

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?

Exercícios de Transporte pelas Membranas

(UEL) O movimento de moléculas de aminoácidos para o interior das células faz-se, geralmente, por

  • osmose.
  • simples difusão.
  • difusão facilitada. x
  • transporte ativo.
  • fagocitose.

(UFPE) A passagem de substâncias através da membrana se dá pelos seguintes processos:

  1. Difusão Simples
  2. Difusão Facilitada
  3. Transporte Ativo

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):

  • 2 e 3
  • 1 e 3
  • 2
  • 1 x
  • 1 e 2

(UFSC) Considerando os diferentes processos de passagem através da membrana plasmática, assinale as proposições verdadeiras

  • Fagocitose é um tipo de endocito onde ocorre o englobamento de partículas sólidas. Nos protozoários, serve para obtenção de alimentos; em nosso organismo, está envolvida nos mecanismos de defesa. x
  • Transporte ativo utiliza proteínas presentes nas membranas que agem como transportadoras de moléculas, tais como a glicose.
  • Osmose é a passagem de moléculas de água através da membrana, do meio mais concentrado para o menos concentrado, garantindo, assim, o equilíbrio osmótico entre diferentes compartimentos do organismo.
  • Difusão facilitada envolve um sistema enzimático complexo que necessita de gasto de energia, pois atua contra um gradiente de concentração.
  • Exocitose permite que substâncias inúteis à célula sejam eliminadas com o auxílio dos centríolos.

(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)

  • a OSMOSE é a passagem de moléculas de água sempre no sentido do meio mais concentrado para o menos concentrado.
  • a PINOCITOSE é outro tipo de ENDOCITOSE, ocorrendo, neste caso, o englobamento de pequenas porções de substâncias líquidas. x
  • no TRANSPORTE ATIVO, enzimas agem como transportadoras de moléculas, tais como o açúcar ou íons. x
  • a FAGOCITOSE é um tipo de ENDOCITOSE, onde ocorre o englobamento de partículas sólidas. x
  • na DIFUSÃO FACILITADA, participam moléculas especiais de natureza lipídica e há gasto de energia.
  • para EXOCITOSE, substâncias inúteis à célula são eliminadas com o auxílio dos centríolos.
Bibliografia
  • Alberts, B. Fundamentos da Biologia Celular: Uma introdução à biologia molecular da célula (1° Ed.)
  • Nelson, D. L. Princípios de Bioquímica de Lehninger (5° ed.). Porto Alegre: ARTMED.

Rodrigo de Andrade Natal

Medicina - Unicamp

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