Como as membranas biológicas delimitam e separam um ambiente interno do externo, é necessário que formas de transporte e de comunicação sejam constantemente estabelecidas através delas. Em outras palavras, as membranas biológicas têm a função básica de criar um meio interno diferente do meio externo que as circundam e permitir que haja trocas entre estes dois meios.
Tais trocas se dão através de vários tipos de transporte: através da bicamada lipídica ou diferentes poros protéicos. Basicamente, os transportes podem ou não envolver gasto de energia, sendo classificados como ativo ou passivo, respectivamente.
Quando o transporte se dá através da bicamada é denominado não-mediado e será sempre do tipo passivo.
Para tornar o meio interno propício ao funcionamento da célula as concentrações de água e sais devem ser mantidas constantes. Mudanças nas concentrações de sais ou da água podem levar as células a murcharem ou incharem, gerando danos imprevisíveis e até a morte celular.
Assim os transportadores localizados na membrana são fundamentais para manutenção das condições ideais a qualquer custo. Estes transportadores nada mais são do que poros específicos que permitem a passagem, em alguns casos, de apenas um tipo de substâncias.
Além de manter as condições idéias para o metabolismo celular, estes mecanismos de transporte através das membranas também são essenciais para que as células executem suas funções. Os neurônios, por exemplo, necessitam propagar o impulso nervoso ao longo de suas membranas e fazem isto através do transporte de íons. As contrações dos músculos também dependem do transporte celular.
Difusão por definição é o movimento de íons ou moléculas de regiões de alta concentração para regiões de baixa concentração, ou seja, a favor de um gradiente de concentração.
Moléculas pequenas como CO², O², etanol e água, bem como moléculas solúveis em lipídios cruzam através da bicamada lipídica. Moléculas maiores como a glicose e os aminoácidos, que são insolúveis em lipídios, atravessam através de poros proteicos.
O principal caso de transporte passivo é o da água. A membrana celular é muito permeável à água e são poucas as substâncias que a atravessam com igual facilidade. Esse transporte específico é denominado osmose.
Caso as células sejam colocadas numa solução hipotônica elas aumentam de volume devido à penetração de água. Se o aumento de volume for muito acentuado a membrana se rompe e o conteúdo da célula extravasa. Este fenômeno é conhecido como lise celular. No caso das células vegetais, a presença de uma parede celular permite que se estabeleça uma pressão osmótica que impede a água de entrar na célula indefinidamente. Assim, numa solução hipotônica as células vegetais ficam apenas túrgidas, mas não rompem.
Células colocadas em solução hipertônica diminuem de volume em razão da perda de água. Se esta perda for muito intensa e por muito tempo as células tendem a entrar em colapso e morrer. Todavia, nas células animais a perda de líquidos é mais facilmente revertida ao restabelecerem-se as condições normais. Já as células vegetais suportam menos os meios hipertônicos, sofrendo plasmólise.
Em soluções isotônicas o volume e a forma da célula não se alteram, desde que a membrana seja impermeável ao soluto. Se a membrana for permeável ao soluto este penetrará na célula e alterará a concentração do citoplasma deixando-o mais concentrado e desencadeando a entrada de água.
Difusão facilitada:
Numerosas substâncias atravessam a membrana de certas células a favor de um gradiente, porém o fazem em velocidade maior do que seria de se esperar se fosse uma difusão passiva.
Este fenômeno é observado quando se estuda a penetração de glicose, alguns aminoácidos e certas vitaminadas em alguns tipos celulares.
O caso da água:
Peter Agre, professor da Escola de Medicina da Universidade Jonh Hopkins (EUA), recebeu o premio Nobel de Química de 2003, por seus trabalhos publicados a partir de 1988 sobre a proteína aquaporina, a qual é responsável pelo transporte de água e está presente em alguns tecidos como o epitélio dos túbulos renais, responsáveis pela reabsorção de água para o organismo. Se neste órgão dependêssemos apenas da passagem através da bicamada lipídica ficaríamos desidratados.
“Para se termos uma idéia da importância das aquaporinas nos seres humanos, nossos rins filtram, por dia, mais de 140 litros de plasma (parte líquida do sangue) e somente formamos de um a dois litros de urina nesse período. Isso ocorre porque as células renais possuem transportadores de água capazes de devolver esse grande volume de água para o sistema circulatório e assim conservar a água no nosso organismo – caso contrário ficaríamos desidratados.” (CIÊNCIA HOJE 2003, pg. 17 apud BIONET).
Quando o transporte acoplado é realizado no mesmo sentido chama-se SINPORTE, mas quando as moléculas acopladas são transportadas para lados opostos da membrana chama-se ANTIPORTE.
Um exemplo de SIMPORTE ocorre nas células epiteliais do intestino que transportam glicose e sódio. Por tal motivo, em caso de diarreia, deve-se fazer o paciente ingerir um soro elaborado com água, açúcar (uma colher de sopa) e sal (uma pitada).
Transporte ativo:
Portanto o soluto pode ser transportado contra um gradiente tanto químico quanto elétrico - no caso de íons com carga elétrica.
A energia gasta no transporte ativo provém das moléculas de ATP que são hidrolisadas em ADP.
Um exemplo clássico de transporte ativo é a Bomba de sódio e potássio - presente em células nervosas e em hemácias. Nestas células há uma relação entre a saída de sódio e entrada de potássio. Penetram dois íons potássio para cada três íons sódio que saem da célula.O vídeo abaixo apresenta uma animação do funcionamento da bomba de sódio e potássio.
Em outros tipos de célula há saída de sódio sem a entrada concomitante de potássio, isto significa que há outros sistemas enzimáticos envolvidos. A energia liberada por cada molécula de ATP é suficiente para promover o transporte ativo de três íons sódio.
Transporte de Ca++ - observado em células musculares, onde os íons cálcio são capturados do citoplasma e armazenados no sarcoplasma. Para tanto há utilização de ATP por enzimas específicas.
O vídeo abaixo resume os principais tipos de transporte de moléculas:
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Também podem ser encontradas várias animações sobre transportes e comunicações com o meio ambiente. Outro link que mostra de forma simples e elegante uma série de figuras compreensivas sobre transportes celulares pode ser acessado aqui.
Transporte em quantidade:
Este tipo de transporte engloba os processos de fagocitose e pinocitose. Tais processos se dão pelo englobamento de partículas, formação de vacúolo e digestão intracelular.
Para maior compreensão assista aos vídeos descritos no post: Fagocitose, pinocitose e movimento em amebas e ciliados.
Questões para fixação:
1. O que significa dizer que a membrana plasmática tem permeabilidade seletiva?
Significa que ela permite troca entre o citoplasma e o ambiente externo, mas é capaz de selecionar o que pode entrar ou sair da célula. Por exemplo, mesmo os íons sendo moléculas muito pequenas somente cruzam uma membrana se houver cais iônicos.
2. Quais as diferenças básicas entre transporte ativo e passivo?
No transporte ativo sempre há gasto de energia e o transporte é feito contra um gradiente, ou seja, do meio mais concentrado para o menos concentrado. Já o transporte passivo sempre ocorre de forma espontânea do meio em que a molécula esteja em maior concentração para a de menor concentração.
3. Em que regiões das células ocorrem e para que servem as proteínas conhecidas como: carreadores, permeases e transladadores?
Estas são proteínas integrais de membrana que atuam na difusão facilitada, um tipo de transporte passivo que ocorre com uma velocidade maior do que quando não é mediado por estes tipos de proteínas.
4. Compare a pinocitose com a fagocitose identificando semelhanças e diferenças.
Ambas envolvem o transporte em quantidade. Na pinocitose são englobadas gotículas e não se observa mudanças na forma da célula, quando observada em microscopia ótica. Já a fagocitose permite que sejam englobadas partículas sólidas e maiores, além disso, durante a fagocitose ocorrem grandes alterações na forma da célula. A fagocitose em amebas é facilmente visualizada ao microscópio óptico.
5. O que é um vacúolo digestivo?
É um endossomo ao qual se fundiram Lisossomos. Também pode ser chamado de Lisossomo secundário.
6. Caracterize osmose.
Osmose é o transporte de água que ocorre quando a membrana é impermeável a determinado soluto. Assim, para equilibrar a concentração de duas soluções separadas por essa membrana semipermeável a água se movimenta da solução mais diluída para a menos diluída, caracterizando-se como um transporte do tipo passivo, ou seja, sem gasto de energia.
7. O que acontece com as células, quando suas membranas são impermeáveis aos solutos e elas são colocadas em:
a) Uma solução hipotônica: a célula inchará devido a entrada de água, podendo romper-se (lise).
b) Uma solução isotônica: a célula permanecerá normal sem entradas ou saída significativa de água.
c) Uma solução hipertônica: a célula murchará devido a saída de água, podendo sofrer plasmólise.
Referências:
ALBERTS, B. ; Bray, D. ; Lewis, J. ; Raff, M. ; Roberts, K. ; Watson, J. - Biologia Molecular da Célula. 3a edição - Artes Médicas - 1997.
DUTRA, Walderez Ornelas. Membrana plasmática. disponível em: http://www.icb.ufmg.br/mor/biocelch/membrana/membrana.html
JUNQUEIRA, L.C. e Carneiro, J. - Biologia Celular e Molecular. 6a edição - Guanabara Coogan - 1997.
SANCHO, Javier. Introducción a la estructura de las proteínas. Dep. Bioquímica y Biología Molecular y Celular & Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI). Universidad de Zaragoza. DEPARTAMENTO DE FÍSICA DA MATÉRIA CONDENSADA. Disponível em: http://fmc.unizar.es/people/fff/Jsancho1/Introduccionalaestructuradelasproteinas.html
ARAÚJO, Jorge. Transportes transmembranares. 2002-2003 disponível em: http://www.dbio.uevora.pt/jaraujo/biocel/transportes.htm acesso em 30/05/2010.
Fontes de imagens e animações:
DOWNING, Steve. (Página de imagens e animações sobre célula). (sdowning@d.umn.edu)
Viagens Oníricas (capa do disco do Rush)
NETVISÃO, Difusão facilitada (imagem e animação de permeases).
SBI3U1-03. Cellular Functions (difusão simples e facilitada)
UFMT – Bionet: Curiosidades (aquaporina)
UFMG - ACTINA (esquema da fagocitose)
Biólogo.Com (fagocitose em célula vaginal)
Evolução Biológica (esquema da pinocitose)
Eu ainda não intendi a origem e a propagação do impulso nervoso que é da bombda de sódio e potásso.
ResponderExcluirOlá,
ResponderExcluirVou fazer uma postagem sobre impulso nervoso, nesta semana.
Em resumo para o impulso nervoso percorrer o neurônio o sódio entra na célula e o potássio sai. Isso ocorre sem gasto de energia.
A fim de deixar o neurônio disponível para outro impulso o sódio tem que sair e o potássio entrar novamente, neste processo é ativada a bomba de sódio e potássio e há gasto de energia.