TRANSPORTES ATRAVÉS
DA MEMBRANA CELULAR
A membrana celular é o envoltório
que limita os meios extracelular e intracelular, porém não constitui uma
barreira, muitas substâncias conseguem atravessar a sua estrutura, mas o fazem
sob seu controle, ou seja, apresenta permeabilidade seletiva (semipermeável). O
transporte através da membrana é dividido em dois grupos: o transporte de
pequenas moléculas e íons e o transporte de macromoléculas e grandes partículas.
O transporte de íons e micromoléculas
Os íons e micromoléculas
atravessam a membrana celular obedecendo dois tipos de processos: o transporte
passivo e o transporte ativo. Para entender o transporte ativo e passivo pelas
membranas celulares é preciso ter bem claro o conceito de difusão.
Difusão
Difusão é um movimento direcional
de íons e moléculas de regiões de alta concentração para regiões de baixa
concentração, utilizando a energia cinética da própria substância. A difusão
ocorre, pois os íons e moléculas possuem um constante estado de agitação e se quando
se chocam transferem energia, gerando movimento. A probabilidade de choque é
maior onde as partículas estão mais concentradas forçando sua distribuição
preferencialmente para zonas de menor concentração, até que se atinja um
equilíbrio. A velocidade de difusão é influenciada pelo do diâmetro das
moléculas e íons, quanto menor maior a velocidade; pela temperatura da solução,
quanto maior a temperatura maior a velocidade; pelo gradiente de concentração,
quanto maior a diferença de concentração maior a velocidade. A difusão é um
processo que pode ocorrer através das membranas celulares, mas é afetado pelas
propriedades da membrana.
Transporte passivo e ativo através da membrana
No transporte passivo as
substâncias atravessam a membrana sem gasto de energia metabólica pela célula,
ou seja, sem gasto de ATP, utilizando a energia cinética da própria substância.
Este tipo de transporte ocorre sempre a favor de gradientes de concentração, pois
ocorre da região de maior concentração em direção a de menor concentração,
portanto por difusão. No transporte ativo as substâncias atravessam a membrana
com gasto de energia metabólica pela célula, ou seja, com gasto de ATP. Neste
tipo de transporte a célula gasta de energia, pois, o transporte se opõe ao
gradiente de concentração, ou seja, ocorre do meio onde a substância
encontra-se menos concentrada para onde é mais concentrada. Reforçando: se o
transporte ocorre a favor do gradiente de concentração é passivo se ocorre
contra é ativo.
Transporte passivo através da membrana celular
Há três tipos de transporte
passivo: a difusão simples, a difusão facilitada e a osmose.
Difusão simples
Difusão simples é a passagem de
pequenas moléculas apolares através da bicamada lipídica, ocorrendo a favor de
gradientes de concentração, ou seja, do meio mais concentrado em direção ao
meio menos concentrado. Os gases oxigênio e dióxido de carbono, vitaminas
lipossolúveis, alcoóis e a amônia atravessam a membrana pela bicamada lipídica
por difusão simples.
Difusão facilitada
Difusão facilitada é a passagem
de pequenas moléculas polares e íons pela membrana através de proteínas
integrais da membrana. Ocorre a favor de gradientes de concentração, ou seja,
do meio mais concentrado para o menos concentrado. Na difusão facilitada os
íons atravessam a membrana por proteínas integrais que funcionam como canais
iônicos. Moléculas um pouco maiores como a glicose atravessam a membrana por
proteínas transportadoras, também chamadas de proteínas carreadoras. Os canais
iônicos são proteínas integrais que apresentam um canal que serve a passagem
aos íons. Alguns canais permanecem abertos o tempo todo, são chamados de canais
vazantes, outros podem variar de um estado aberto ou fechado, estes canais são
chamados canais comporta e sua abertura é regulada por variações de voltagem na
superfície da membrana ou por substâncias ligantes, como hormônios e
neurotransmissores. As proteínas transportadoras possuem um sítio de ligação
para a molécula que será transportada. Após a ligação a proteína transportadora
muda de forma e libera a molécula no outro lado da membrana. A difusão
facilitada é um processo altamente específico e ajuda a explicar a
permeabilidade seletiva da membrana sempre ocorre a favor de gradientes.
Osmose
Enquanto a difusão simples e a
difusão facilitada explica o transporte de soluto através das membranas
celulares, há outro mecanismo para explicar o transporte de solventes, a
osmose. Lembre-se que a água é o principal solvente nos meios extracelular e
intracelular. Osmose é passagem de solvente de uma região menos concentrada em
soluto em direção a uma região mais concentrada em soluto através de uma
membrana impermeável ao soluto, mas permeável ao solvente, ou seja, uma
membrana semipermeável. Para que a osmose aconteça o soluto não deve conseguir
atravessar a membrana e deve ser carregado eletricamente, ou seja, polar. Se
for carregado positivamente atrairá a molécula da água pelo seu polo negativo,
se for positivo atraíra a molécula da água pelo seu polo negativo. Portanto
quanto maior a diferença de concentração de solutos carregados eletricamente,
maior será a passagem de água pela membrana semipermeável em direção ao meio
com mais solutos carregados eletricamente. Podemos dizer que a osmose ocorre
graças à existência de um gradiente eletroquímico. Vamos tomar cuidado com
alguns termos: o meio menos concentrado em soluto é chamado hipotônico; o meio
mais concentrado em soluto é denominado hipertônico. Então podemos dizer que a
osmose é o transporte de solvente através de uma membrana semipermeável do meio
hipotônico para o meio hipertônico. Se os dois meios separados pela membrana
semipermeável tiverem a mesma concentração de soluto os dois meios serão
considerados isotônicos, e a água se deslocará em mesma quantidade nos dois
sentidos, não ocorrendo transporte efetivo de água.
Osmose em células
Vou mostrar algumas situações
onde a osmose esteja ocorrendo através de uma membrana celular.
Imagine uma célula animal, como
uma hemácia, sendo colocada em três meios: hipotônico, como a água destilada,
hipertônico, como uma solução salina e num meio isotônico. Ao ser mergulhado em
meio hipotônico a hemácia ganhara água por osmose, aumentará de volume, podendo
inchar tanto até se romper. Nesta situação a hemácia poderá sofrer hemólise. Ao
ser inserida em meio hipertônico, a hemácia perderá água, diminuirá de volume e
encolherá, ou seja desidratará. Este estado pode ser chamado de crenação. E ao
introduzir a hemácia em um meio isotônico ela manterá seu volume de água, pois
a quantidade de água que ganhará será o mesmo que perde.
Agora vamos simular a mesma
situação em uma célula vegetal. Em meio hipotônico ela também ganha água por
osmose, inchará, mas não se romperá graças à presença da parede celular que
envolve a membrana. Nesta situação a ela fica em um estado turgido. Em meio
hipertônico ela também perderá água, diminuindo de volume, ficando murcha.
Neste estado ficará plasmolisada. E no meio isotônico não sofrerá alterações de
volume, pois ganhara é perderá o mesmo volume de água.
Vamos analisar um exemplo mais
cotidiano. Quando temperamos folhas de alface com sal e vinagre um tempo depois
elas murcham, pois o tempero é uma solução salina, portanto hipertônica,
fazendo as células das folhas de alface perder água por osmose.
Transporte Ativo
Vamos recordar a definição de
transporte ativo. É o tipo de transporte onde substâncias atravessam a membrana
com gasto de energia metabólica pela célula, ou seja, com gasto de ATP. Neste
tipo de transporte a célula gasta de energia, pois, o transporte se opõe ao
gradiente de concentração, ou seja, ocorre do meio onde a substância
encontra-se menos concentrada para onde é mais concentrada. Este tipo de
transporte ocorre com o uso de proteínas transportadoras nas membranas celulares.
Existem dois tipos de transporte
ativo: o primário e o secundário. No transporte ativo primário ocorre gasto
direto de ATP para realizar o transporte de um soluto pela membrana. No
transporte ativo secundário o gasto de ATP é indireto.
Como exemplo de transporte ativo primário
vamos mostrar o transporte de sódio e potássio realizado por uma proteína
transportadora da membrana chamada de bomba de Na+/K+.
Nas células ocorrem íons sódio e
potássio nos meios extracelular e intracelular, mas a concentração de sódio é
muito maior fora da célula e o potássio é muito mais concentrado no interior da
célula. Obedecendo as leis da difusão os íons sódio e potássio se difundem a
favor dos seus gradientes de concentração, o sódio entrando na célula por
canais iônicos de sódio e o potássio saindo por canais iônicos de potássio. Mas
apesar do fluxo constante destes íons pela membrana a diferença de concentração
tende a se manter constante. Isto acontece, pois o sódio é devolvido para o
meio externo e o potássio para o meio interno, em ambos os casos contra os seus
gradientes de concentração. Este processo é realizado pela bomba de Na+/K+
que quebra moléculas de ATP para obter energia para mudar de forma e transportar
os íons sódio e potássio contra os seus gradientes, caracterizando um
transporte ativo.
Agora um exemplo de transporte
ativo secundário, o transporte conjugado de íons Na+ e glicose
através das membranas celulares. Em várias células a glicose penetra no meio
intracelular contra o gradiente de concentração por proteínas transportadoras,
utilizando o gradiente de concentração dos íons sódio que é mais concentrado no
meio extracelular. É considerado um transporte ativo secundário, pois não
envolve um gasto direto de ATP, mas lembre-se que o gradiente do sódio é mantido
pela atividade da bomba de sódio potássio, portanto existe um gasto indireto de
ATP.
Transporte
de grandes moléculas e partículas pelas membranas celulares
Macromoléculas como proteínas,
polissacarídeos, ácidos nucleicos e grandes partículas como vírus e outras
células não podem atravessar a membrana celular, pois são muito grandes para
passar pela estrutura molecular da membrana celular. Estas substâncias para
passar entre os dois meios celulares são englobadas pela membrana ou utilizam mecanismos
de fusão de vesículas membranosas.
O transporte de grandes moléculas
e partículas pela membrana é classificado em duas categorias: a endocitose e a
exocitose.
A endocitose
A endocitose corresponde à
entrada de macromoléculas e grandes partículas pela criação de uma dobra da
membrana ao redor do material. Posteriormente esta dobra se aprofunda, se funde
e coloca o material em uma vesícula membranosa no interior da célula.
Existem três tipos de endocitose:
a fagocitose, a pinocitose e a endocitose mediada por receptor.
A fagocitose é o englobamento de
partículas sólidas pela membrana através de expansões da membrana chamadas
pseudópodos, que envolvem as partículas sólidas até se fundirem formando uma
vesícula membranosa no interior celular chamada fagossomo. Posteriormente o
conteúdo do fagossomo será digerido pela ação dos lisossomos. Amebas se
alimentam por este processo e glóbulos brancos do sangue protegem nosso corpo de
corpos estranhos desta maneira.
A pinocitose é o englobamento de
partículas dissolvidas em líquidos pela membrana através de invaginações da
membrana que envolve o líquido até se fundirem formando uma vesícula membranosa
no interior da célula chamada pinossomo. Este processo é utilizado para muitas
substâncias presentes no sangue entrarem nas células dos vasos sanguíneos e para
depois saírem e chegarem ao líquido que envolve as células.
A endocitose mediada por receptor
é um processo altamente específico onde à partícula entrará na célula em pontos
que possuam receptores proteicos específicos. Nesta região a membrana
apresenta-se na forma de uma depressão e é revestida internamente por uma
proteína chamada clatrina. Após ocorrer a ligação da partícula com os
receptores forma-se uma invaginação ao redor da partícula até se fundirem
formando uma vesícula membranosa chamada vesícula revestida por clatrina.
Posteriormente a vesícula se fundirá a lisossomos e seu conteúdo processado
pelas enzimas digestivas. O colesterol é um exemplo de molécula que entra nas
células por este processo.
A exocitose
A exocitose corresponde à saída
de macromoléculas do interior celular que estavam empacotadas no interior de
vesículas membranosas que se fundiram a membrana celular. Por exocitose,
substâncias são excretadas e secretadas pelas células.
Vamos apresentar um exemplo que represente
tanto a endocitose como a exocitose. Uma ameba vai se alimentar de uma
bactéria. O processo tem início como a ameba emitindo expansões celulares que
envolvem a bactéria, estas expansões são chamadas de pseudópodos. As margens
dos pseudópodos se fundem englobando a bactéria no interior do citoplasma em
uma vesícula membranosa chamada fagossomo. Ocorreu o processo endocitose por
fagocitose. Posteriormente o fagossomo se unirá ao lisossomo contendo enzimas digestivas.
Esta fusão forma o vacúolo digestivo, também chamado de lisossomo secundário.
Após a digestão da bactéria e absorção de seus constituintes químicos para o
citoplasma, ficará dentro do vacúolo o material não aproveitado na digestão.
Neste momento, o vacúolo digestivo passa a ser chamado de vacúolo excretor e se
deslocará em direção a membrana celular, fundindo-se a ela e liberando seu
conteúdo para o meio extracelular. Este processo é chamado clasmocitose ou
excreção celular e corresponde a um processo de exocitose.
Resumindo, o transporte de
substância através das membranas celulares pode ocorrer de diferentes maneiras,
íons e pequenas moléculas podem atravessar a membrana celular, por processos
passivos, como a difusão simples, difusão facilitada e a osmose e por processos
ativos primários e secundários. Macromoléculas e grandes partículas entram na
célula por endocitose do tipo fagocitose, pinocitose e mediada por receptor e
saem da célula por exocitose.