Bioquímica

Transporte Ativo: tipos, função, exemplos – Resumo

Transporte Ativo: tipos, função, exemplos – Resumo
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Mecanismos de transporte ativo requerem o uso da energia da célula, geralmente na forma de adenosina trifosfato (ATP). Se uma substância precisa se mover para dentro da célula contra seu gradiente de concentração, ou seja, se a concentração da substância dentro da célula deve ser maior que sua concentração no fluido extracelular, a célula deve usar energia para mover a substância. Alguns mecanismos de transporte ativo movem material de pequeno peso molecular, como íons, através da membrana.

Além de mover pequenos íons e moléculas através da membrana, as células também precisam remover e absorver moléculas e partículas maiores. Algumas células são capazes de englobar microrganismos unicelulares inteiros. Você pode ter formulado a hipótese de que a captação e liberação de partículas grandes pela célula requer energia. Uma partícula grande, no entanto, não pode passar através da membrana, mesmo com energia fornecida pela célula.

Gradiente eletroquímico

Discutimos gradientes de concentração simples – concentrações diferenciais de uma substância através de um espaço ou uma membrana – mas, nos sistemas vivos, os gradientes são mais complexos. Como as células contêm proteínas, a maioria das quais são negativamente carregadas, e como os íons se movem para dentro e para fora das células, há um gradiente elétrico, uma diferença de carga, através da membrana plasmática.

O interior das células vivas é eletricamente negativo em relação ao fluido extracelular no qual eles são banhados; ao mesmo tempo, as células têm maiores concentrações de potássio (K + ) e menores concentrações de sódio (Na + ) do que o líquido extracelular.

Assim, em uma célula viva, o gradiente de concentração e gradiente elétrico de Na +Promove a difusão do íon na célula, e o gradiente elétrico de Na + (um íon positivo) tende a direcioná-lo para dentro do interior carregado negativamente. A situação é mais complexa, no entanto, para outros elementos, como o potássio.

O gradiente elétrico de K + promove a difusão do íon na célula, mas o gradiente de concentração de K + promove a difusão para forada célula ( Figura ). O gradiente combinado que afeta um íon é chamado de gradiente eletroquímico e é especialmente importante para as células musculares e nervosas.

Uma membrana celular é mostrada com um canal de proteína que permite a passagem de íons para dentro e para fora da célula. O citoplasma tem maior concentração de potássio e o líquido extracelular tem maior concentração de sódio. Uma seta mostra o movimento de um íon de potássio para fora da célula através do canal de proteína.
Gradientes eletroquímicos surgem dos efeitos combinados de gradientes de concentração e gradientes elétricos. (crédito: modificação do trabalho por “Synaptitude” / Wikimedia Commons)
Veja também:

Movendo-se contra um gradiente

Para mover substâncias contra uma concentração ou um gradiente eletroquímico, a célula deve usar energia. Esta energia é colhida do ATP que é gerado pelo metabolismo celular. Mecanismos de transporte ativo, coletivamente chamados de bombas ou proteínas transportadoras, trabalham contra gradientes eletroquímicos.

Com exceção dos íons, pequenas substâncias passam constantemente pelas membranas plasmáticas. O transporte ativo mantém concentrações de íons e outras substâncias necessárias às células vivas frente a essas mudanças passivas. Muito do suprimento de energia metabólica de uma célula pode ser gasto na manutenção desses processos. Como os mecanismos de transporte ativo dependem do metabolismo celular para obter energia, eles são sensíveis a muitos venenos metabólicos que interferem no suprimento de ATP.

Existem dois mecanismos para o transporte de material de pequenas massas moleculares e macromoléculas. O transporte ativo primário move os íons através de uma membrana e cria uma diferença de carga através dessa membrana.

O sistema de transporte ativo primário usa o ATP para mover uma substância, como um íon, para a célula e, muitas vezes, ao mesmo tempo, uma segunda substância é removida da célula. A bomba de sódio-potássio, uma bomba importante em células animais, gasta energia para mover íons de potássio para a célula e um número diferente de íons de sódio para fora da célula ( Figura ). A ação desta bomba resulta em uma diferença de concentração e carga através da membrana.

Esta ilustração mostra a bomba de sódio-potássio. Inicialmente, a abertura da bomba está voltada para o citoplasma, onde três íons de sódio se ligam a ele. A bomba hidrolisa ATP para ADP e, como resultado, sofre uma mudança conformacional. Os íons de sódio são liberados no espaço extracelular. Dois íons de potássio do espaço extracelular agora ligam a bomba, que muda a conformação novamente, liberando os íons de potássio no citoplasma.
A bomba de sódio e potássio move os íons potássio e sódio através da membrana plasmática. (crédito: modificação do trabalho por Mariana Ruiz Villarreal)

O transporte ativo secundário descreve o movimento do material usando a energia do gradiente eletroquímico estabelecido pelo transporte ativo primário. Usando a energia do gradiente eletroquímico criado pelo sistema de transporte ativo primário, outras substâncias, como aminoácidos e glicose, podem ser trazidas para a célula através de canais de membrana. O próprio ATP é formado através de transporte ativo secundário usando um gradiente de íons de hidrogênio na mitocôndria.

Endocitose

A endocitose é um tipo de transporte ativo que move partículas, como grandes moléculas, partes de células e até mesmo células inteiras, para dentro de uma célula. Existem diferentes variações de endocitose, mas todas compartilham uma característica comum: a membrana plasmática da célula invagina, formando uma bolsa ao redor da partícula alvo. O bolso aperta, resultando na contenção da partícula em um vacúolo recém-criado que é formado a partir da membrana plasmática.

Três tipos de endocitose são mostrados: (a) fagocitose, (b) pinocitose, e (c) endocitose mediada por receptor. A parte a mostra a membrana plasmática formando uma bolsa em torno de uma partícula no fluido extracelular. A membrana subsequentemente engole a partícula, que fica presa em um vacúolo. A parte b mostra uma membrana plasmática formando uma bolsa ao redor do fluido no fluido extracelular. A membrana subsequentemente engole o fluido, que fica preso em um vacúolo. A parte c mostra uma parte da membrana plasmática que é revestida por clatrina no lado citoplasmático e tem receptores no lado extracelular. Os receptores se ligam a uma substância, depois se comprimem para formar uma vesícula revestida.
Três variações de endocitose são mostradas. (a) Em uma forma de endocitose, fagocitose, a membrana celular envolve a partícula e se espreme para formar um vacúolo intracelular. (b) Em outro tipo de endocitose, pinocitose, a membrana celular envolve um pequeno volume de fluido e se espreme, formando uma vesícula. (c) Na endocitose mediada por receptor, a captação de substâncias pela célula é direcionada para um único tipo de substância que se liga ao receptor na membrana celular externa. (crédito: modificação do trabalho por Mariana Ruiz Villarreal)

A fagocitose é o processo pelo qual partículas grandes, como células, são captadas por uma célula. Por exemplo, quando microrganismos invadem o corpo humano, um tipo de glóbulo branco chamado neutrófilo remove o invasor através desse processo, cercando e englobando o microrganismo, que é então destruído pelo neutrófilo ( Figura ).

Uma variação da endocitose é chamada pinocitose . Isso significa literalmente “beber de celular” e foi nomeado em um momento em que a suposição era de que a célula estava propositalmente absorvendo o líquido extracelular. Na realidade, esse processo leva em solutos que a célula precisa do fluido extracelular ( Figura ).

Uma variação direcionada de endocitose emprega proteínas de ligação na membrana plasmática que são específicas para certas substâncias ( Figura ). As partículas se ligam às proteínas e a membrana plasmática invagina, levando a substância e as proteínas para dentro da célula. Se a passagem através da membrana do alvo de endocitose mediada por receptoré ineficaz, não será removido dos fluidos dos tecidos ou do sangue. Em vez disso, ele permanecerá nesses fluidos e aumentará sua concentração.

Algumas doenças humanas são causadas por uma falha na endocitose mediada pelo receptor. Por exemplo, a forma de colesterol denominada lipoproteína de baixa densidade ou LDL (também conhecida como colesterol “ruim”) é removida do sangue por endocitose mediada por receptor. Na doença genética humana, hipercolesterolemia familiar, os receptores de LDL estão com defeito ou faltando completamente. As pessoas com essa condição têm níveis de colesterol com risco de vida em seu sangue, porque suas células não conseguem remover a substância química do sangue.

Exocitose

Em contraste com estes métodos de movimentação de material para uma célula é o processo de exocitose. A exocitose é o oposto dos processos discutidos acima, em que seu objetivo é expelir o material da célula para o fluido extracelular. Uma partícula envolta em membrana se funde com o interior da membrana plasmática. Essa fusão abre o envelope membranoso para o exterior da célula e a partícula é expelida para o espaço extracelular ( Figura ).

Uma vesícula contendo produtos residuais é mostrada no citoplasma. A vesícula migra para a membrana celular. A membrana da vesícula funde-se com a membrana celular e o conteúdo da vesícula é liberado para o fluido extracelular.
Na exocitose, uma vesícula migra para a membrana plasmática, liga-se e libera seu conteúdo para o exterior da célula. (crédito: modificação do trabalho por Mariana Ruiz Villarreal)

Resumo da seção

O gradiente combinado que afeta um íon inclui seu gradiente de concentração e seu gradiente elétrico. As células vivas precisam de certas substâncias em concentrações maiores do que existem no espaço extracelular. Subir as substâncias pelos seus gradientes eletroquímicos requer energia da célula. O transporte ativo usa energia armazenada no ATP para abastecer o transporte.

O transporte ativo de material de pequeno tamanho molecular usa proteínas integrais na membrana celular para mover o material – essas proteínas são análogas às bombas. Algumas bombas, que realizam transporte ativo primário, acoplam-se diretamente ao ATP para conduzir sua ação. No transporte secundário, a energia do transporte primário pode ser usada para mover outra substância para dentro da célula e aumentar seu gradiente de concentração.

Os métodos de endocitose requerem o uso direto de ATP para alimentar o transporte de partículas grandes, como macromoléculas; partes de células ou células inteiras podem ser englobadas por outras células em um processo chamado fagocitose.

Na fagocitose, uma porção da membrana invagina e flui ao redor da partícula, eventualmente se separando e deixando a partícula completamente envolvida por um envelope de membrana plasmática. Os vacúolos são decompostos pela célula, com as partículas usadas como alimento ou despachadas de alguma outra forma. A pinocitose é um processo semelhante em menor escala.

A célula expele resíduos e outras partículas através do processo reverso, exocitose. Os resíduos são movidos para fora da célula, empurrando uma vesícula membranosa para a membrana plasmática, permitindo que a vesícula se funda com a membrana e se incorpore na estrutura da membrana.

Referências:

Glossário

transporte Ativo
o método de transporte de material que requer energia
gradiente eletroquímico
um gradiente produzido pelas forças combinadas do gradiente elétrico e do gradiente químico
endocitose
um tipo de transporte ativo que move substâncias, incluindo fluidos e partículas, para uma célula
exocitose
um processo de passar material de uma célula
fagocitose
um processo que leva macromoléculas que a célula precisa do fluido extracelular; uma variação de endocitose
pinocitose
um processo que leva solutos que a célula precisa do fluido extracelular; uma variação de endocitose
endocitose mediada por receptores
uma variante de endocitose que envolve o uso de proteínas de ligação específica na membrana plasmática para moléculas ou partículas específicas

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