Membrana Biológica ou Celular
A membrana celular ou biológica que envolve completamente as células corporais é constituída quase que exclusivamente de proteínas e lipídios. Essa membrana é formada por dupla camada lipídica, com grandes números de moléculas de proteínas flutuando na bicamada, e às vezes, atravessando toda a espessura da membrana.
A dupla camada lipídica atua como uma barreira que impede o livre movimento das substâncias para
dentro e fora da célula. Assim sendo, possibilita dois meios: meio intracelular paço físico dentro da célula) e meio extracelular. Tanto o meio extracelular,
quanto o intracelular, possuem mesmas substâncias, mas com diferentes concentrações. Por exemplo:
TABELA 01. Algumas substâncias e suas concentrações entre os meios
Para que a célula se mantenha em equilíbrio (homeostase), as concentrações dessas substâncias terão que ser mantidas em valores muito próximos aos encontrados no quadro anterior. Mas, a membrana não é totalmente impermeável, possibilitando que algumas substâncias desloquem de um meio para o outro e consequentemente alterando a homeostase da célula. As substâncias que apresentam uma facilidade deslocar pela membrana, são em sua maioria lipossolúveis (se dissolvem em meio lipídico) e a água. Outras, que são hidrossolúveis (se dissolvem em meio aquoso) não apresentam a mesma facilidade.
Os mecanismos que essas substâncias utilizam para deslocarem pela membrana e a estratégia que a membrana utiliza para normalizar essas concentrações recebem dois nomes: TRANSPORTE PASSIVO e TRANSPORTE ATIVO.
TRANSPORTE PASSIVO ou DIFUSÃO
Todas as moléculas e íons dos líquidos corporais estão em movimento constante, no qual cada molécula possui seu movimento particular. É denominado de difusão esse movimento contínuo das moléculas entre si, nos líquidos e nos gases. A grande característica da Difusão é o sentido da direção do movimento das moléculas, o movimento sempre será do meio mais concentrado para o meio menos concentrado, isto é, a difusão é sempre a favor do seu gradiente de concentração, ou eletroquímico ou de pressão, sendo, portanto, SEM GASTO DE ENERGIA. Existem 4 tipos diferentes de difusão: simples, por carreadores, por canal protéico e osmose.
Difusão Simples
Algumas substâncias têm a capacidade de difundirem-se pela porção lipídica da membrana celular sem a necessidade de qualquer meio de transporte. Essas substâncias simplesmente atravessam a camada lipídica, são elas: oxigênio (O2), dióxido de carbono (CO2), ácido graxo
(gordura) e álcool. Assim sendo, essas substâncias apresentam uma
característica importante: alta solubilidade em lipídios.
Difusão Facilitada ou por Carreadores
As proteínas que constituem a membrana celular interrompem a sua continuidade e possibilita canais estruturais (também denominados de poros) pelos quais podem difundir determinados tipos de substâncias. Além desses canais, essas proteínas possibilitam a formação de determinados tipos de carreadores (estruturas transportadoras). Ambas estruturas, canais ou carreadores, permitem o deslocamento de substâncias impermeáveis pela membrana nos dois sentidos (para fora e para dentro da célula).
A difusão facilitada se faz por meio de uma proteína carreadora que transporta as substâncias glicose e Aminoácido (Aa).
O mecanismo funciona da seguinte maneira: o carreador está situado na membrana celular e apresenta em sua estrutura um ponto de fixação (binding site) que possui afinidade ou a glicose ou Aa. Sendo assim, a molécula a ser transportada uniu-se a ponto de fixação, ao fazê-lo, altera a estrutura do carreador que a desloca para dentro célula. Após esse transporte, a molécula transporta se solta, a alteração estrutural do carreador se desfaz e reinicia o processo. Vale ressaltar que, não há gasto de energia e tanto a glicose quanto os AAs são transportados sempre do meio mais concentrado para o menos. Um detalhe importante é que o carreador da glicose não possui afinidade aos AAs e vice-versa, portanto, cada molécula possui seu próprio meio de transporte. As figuras abaixo são exemplos dessa difusão.
Difusão pelos Canais Protéicos
Além de formar carreadores, as proteínas que constituem a membrana celular podem formar canais denominados de canais protéicos. Esses canais são um conjunto de moléculas de proteínas que possibilitam um canal (um túnel) pela membrana, permitindo o transporte de determinadas moléculas. Os canais possuem uma característica importante, a permeabilidade seletiva. As próprias formas, diâmetro e natureza das cargas elétricas ao longo da superfície dos canais possibilitam esse fenômeno. A figura abaixo apresenta uma idéia de como é o mecanismo.
Pode-se observar que o canal aberto (open íon channel) possibilita o transporte do íon, após esse ser efetuado, o canal se fecha (closed ion channel). Existem canais específicos para determinados íons. Dentre os variados íons, os mais representativos são: sódio e potássio. Observe a figura abaixo:
Como vimos na figura, o canal do sódio possui diâmetro ideal para o íon e a superfície interna deste canal é revestida de cargas elétricas negativas. Essa carga negativa atrai o íon e juntamente com o seu diâmetro, possibilita a difusão do mesmo. Na parte inferior da figura mostra o canal do potássio. A diferença entre o canal do potássio e o do sódio é que: o canal do potássio não apresenta cargas elétricas e o seu diâmetro permite a passagem do íon. A permeabilidade seletiva desses canais é controlada por prolongamentos da própria molécula de proteína transportadora (comportas), que podem ocluir ou abrir a passagem.
Osmose
Osmose é a difusão da molécula de água pela membrana celular. A água, por ser o solvente universal difunde pela membrana sem necessitar de qualquer canal ou carreador, e em uma velocidade muito grande. Assim denomina-se movimento efetivo, a diferença entre a difusão para o meio interno em relação ao meio externo.
Fatores que influenciam a cinética da Difusão
Alguns fatores podem alterar a cinética da difusão, tornando-a mais lenta ou acelerando-a. Para entender melhor, observe a fórmula que se segue.
A diferença de concentração (ou simplesmente o uso de concentração), é a diferença na quantidade de qualquer substância entre dois meios (podendo ser meio intra ou extra celular). Área de secção reta, é o espaço pelo qual ocorrerá a difusão (seria o tamanho “porta” pelo qual ocorrerá a difusão). A difusão será maior em ambientes quentes, locais com temperaturas elevadas aceleram o movimento das moléculas.
A distância corresponde o percurso que a molécula irá percorrer para difundir, isto é, à distância entre os dois meios. E o peso molecular refere-se ao próprio peso da molécula, moléculas muito pesadas dificultam os seus transporte. Assim sendo, a diferença de concentração, área de secção reta e temperatura são diretamente proporcionais, isto é, esses fatores aumentando, aceleram a difusão.
Os demais, distância e peso molecular são inversamente proporcionais, e portanto, a diminuem.
TRANSPORTE ATIVO
Estudando difusão podemos concluir que não é possível uma molécula difundir contra o seu gradiente. No entanto, ocorrem determinadas situações nos quais uma determinada substância difunde-se contra seu gradiente, por exemplo: uma substância em concentração reduzida no líquido extracelular e mesmo assim, há necessidade de concentração elevada no meio intracelular. Ou ainda, substância que difunde para o meio intracelular e há necessidade de sua remoção, mesmo que apresente reduzida concentração no meio intracelular em relação ao extracelular. Esse transporte de substância contra seu gradiente denomina-se de TRANSPORTE ATIVO. Podemos caracterizá-lo como um transporte que GASTA ENERGIA e utiliza CARREADORES. Como ocorre na difusão facilitada.
As proteínas carreadoras se estendem por toda a espessura da membrana e nesse caso, transporte à substância contra o gradiente como uso de energia. A figura abaixo busca explicar como ocorre o transporte ativo. Na figura a letra E representa enzima e a letra E a fonte de energia. Como também, o circulo branco representa o carreador e o cinza a molécula a ser transportada.
Seguindo o sentido da numeração pode-se entender melhor esse modelo:
1. A molécula a ser transporta combina-se com o seu carreador (complexo molécula-carreador), tanto no transporte ativo quanto na difusão facilitada, os carreadores são específicos.
2. Com o acoplamento, ocorre a alteração na estrutura do carreador e esse inicia o transporte da molécula, que nesse estudo para dentro da célula.
3. Ao chegar na parte interna da membrana, a enzima E, atua sobre o complexo molécula carreador, separando a molécula de seu carreador.
4. Com a separação, o carreador retorna a sua forma original onde não apresenta afinidade à molécula. A ação da enzima e a separação da molécula tornam o carreador inativo. Nessa fase, a molécula foi transportada para dentro da célula.
5. O carreador inativo retorna a parte externa da membrana.
6. Para tornar-se novamente ativo, o carreador é ativado por um processo que requer energia. Reiniciando o transporte ativo.
Bomba de Sódio e Potássio
As concentrações de Na+ e K+ são diferentes (Tabela 01) entre os meios, e assim sendo, tendem a difundir através dos canais protéicos para dentro e fora da célula, respectivamente.
Caso ocorra, a homeostase da célula se perde. Para que não ocorra essa perda da homeostase, a célula utiliza um transporte ativo denominado de K+ bomba de Na+e . A intensidade dessa bomba é suficiente para retornar as concentrações aos valores ideais.
Sendo um meio de transporte, a bomba de Na+ e K+ possui duas proteínas carreadoras, a menor sem função conhecida e a maior, apresenta 3 sítios específicos
1. A parte voltada para o meio interno da célula possui um sítio com afinidade a 3 íons Na+,
2. A parte voltada para o meio exterior da célula possui um sítio com afinidade a 2 íons K+ e
3. A parte próxima ao sítio de afinidade ao Na+ apresenta atividade energética
(ATPase).
Quando na porção interna da proteína fixarem 3 Na+ e na porção externa 2 K+, esse íons são transportados para o meio externo e meio interno, respectivamente. Após o transporte, utiliza-se energia da molécula do ATP para ativar a proteína para no transporte.
Bomba de Cálcio
O íon cálcio é muito importante para o mecanismo de contração muscular, tanto esquelética quanto miocárdica. No coração a [Ca++] no meio intracelular é insuficiente para promover a contração do coração, e elevada no meio externo.
Assim sendo, o Ca++ difunde-se para o meio interno. Porém, ainda assim, é insuficiente. Dentro do citoplasma da célula, existe uma organela denominada de retículo sarcoplasmático que é rico em Ca++, que também, permitirá a difusão desse íon para o citoplasma. Com o Ca++ do meio extracelular mais o Ca++ do retículo, a concentração desse íon é suficiente para promover a contração do coração.
Após a contração, o íon Ca++ deverá retorna aos seus respectivos locais de origem, entrando em o transporte ativo do Ca++. A bomba de Ca++ apresenta características importantes:
1. a bomba de Ca++ é encontrada em 2 locais, nas membranas celulares e nas membranas do retículo sarcoplasmático (mitocôndrias);
2. sua função é só transportar Ca++ do meio intra para dentro do retículo (e mitocôndrias) e para o meio extra.
TRANSPORTES ATIVOS SECUNDÁRIOS
São denominado de transportes ativos secundários, 3 mecanismo que não apresentam as mesmas características das bombas e das difusões que estudamos anteriormente. Mas, são de extrema importância para a nossa sobrevivência.
A. Co-transporte de Sódio com Glicose ou Aminoácidos
Nas células intestinais a glicose e os aminoácidos (Aas, estruturas que irão formar as proteínas) são absorvidos do bolo alimentar por meio de uma proteína carreadora que utiliza o transporte do sódio. A energia para esse transporte não vem do ATP, mas sim da diferença do gradiente de concentração desse íon entre os meios.
A proteína transportadora está localizada na membrana da parede do intestino e apresenta dois sítios de fixação. Sendo um deles para o Na+ e o segundo para a glicose ou para o Aas.
Para o transporte da glicose ou Aas, se um íon Na+ fixar em seu sítio. Assim sendo, somente há transporte se obrigatoriamente tiver um íon Na+ fixado no carreador. A glicose é transporta junto com o sódio, difundindo do intestino (intestinal lumem) passando pela membrana, para dentro da corrente sangüínea (capillary).
B. Contra-transporte ou antiporte
Esse transporte é muito comum nos rins, onde o organismo necessita excretar hidrogênio (H+) para formar a urina e não alterar o pH. O mecanismo desse transporte funciona da seguinte maneira, o movimento de uma substância em uma direção fornece energia para o movimento acoplado de uma segunda na direção oposta. O contra-transporte é muito comum, quando é excretado o H+ e absorvido o Na+.
C. Transporte Dependente
Ocorre também nos rins, onde o organismo absorve um íon de carga positiva juntamente com um de carga negativa, sem alterar as cargas elétricas.
Esse transporte é realizado quando os rins absorvem o Na+ junto com o cloro(Cl ).
