Bioquímica

Transporte passivo: tipos, função – Resumo

As membranas plasmáticas devem permitir que certas substâncias entrem e saiam de uma célula, evitando a entrada de material nocivo e a saída de material essencial. Em outras palavras, as membranas plasmáticas são seletivamente permeáveis. Eles permitem que algumas substâncias passem, mas não outras. Se eles perdessem essa seletividade, a célula não seria mais capaz de se sustentar e seria destruída. Algumas células requerem maiores quantidades de substâncias específicas do que outras células; eles devem ter uma maneira de obter esses materiais dos fluidos extracelulares.

Isso pode acontecer passivamente, conforme certos materiais se movem para frente e para trás, ou a célula pode ter mecanismos especiais que garantem o transporte. A maioria das células gasta a maior parte de sua energia, na forma de trifosfato de adenosina (ATP), para criar e manter uma distribuição desigual de íons nos lados opostos de suas membranas. A estrutura da membrana plasmática contribui para essas funções, mas também apresenta alguns problemas.

As formas mais diretas de transporte de membrana são passivas. O transporte passivo é um fenômeno que ocorre naturalmente e não requer que a célula gaste energia para realizar o movimento. No transporte passivo, as substâncias se movem de uma área de maior concentração para uma área de menor concentração em um processo chamado difusão. Um espaço físico em que há uma concentração diferente de uma única substância é dito ter um gradiente de concentração .

Permeabilidade seletiva

As membranas plasmáticas são assimétricas, o que significa que, apesar da imagem espelhada formada pelos fosfolipídios, o interior da membrana não é idêntico ao exterior da membrana. Proteínas integrais que atuam como canais ou bombas funcionam em uma direção. Carboidratos, ligados a lipídios ou proteínas, também são encontrados na superfície externa da membrana plasmática. Estes complexos de hidratos de carbono ajudam a célula a ligar substâncias que a célula necessita no fluido extracelular. Isso aumenta consideravelmente a natureza seletiva das membranas plasmáticas.

Lembre-se de que as membranas plasmáticas têm regiões hidrofílicas e hidrofóbicas. Essa característica ajuda o movimento de certos materiais através da membrana e dificulta o movimento dos outros. O material lipossolúvel pode deslizar facilmente através do núcleo lipídico hidrofóbico da membrana.

Substâncias como as vitaminas lipossolúveis A, D, E e K passam facilmente através das membranas plasmáticas no trato digestivo e outros tecidos. Drogas solúveis em gordura também ganham fácil entrada nas células e são prontamente transportadas para os tecidos e órgãos do corpo. Moléculas de oxigênio e dióxido de carbono não têm carga e passam por simples difusão.

Substâncias polares, com exceção da água, apresentam problemas para a membrana. Embora algumas moléculas polares se conectem facilmente com o exterior de uma célula, elas não podem passar prontamente através do núcleo lipídico da membrana plasmática.

Além disso, enquanto íons pequenos poderiam facilmente passar pelos espaços no mosaico da membrana, sua carga os impede de fazer isso. Íons como sódio, potássio, cálcio e cloreto devem ter um meio especial de penetrar as membranas plasmáticas. Açúcares simples e aminoácidos também precisam de ajuda com o transporte através das membranas plasmáticas.

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Difusão

A difusão é um processo passivo de transporte. Uma única substância tende a se mover de uma área de alta concentração para uma área de baixa concentração até que a concentração seja igual em todo o espaço. Você está familiarizado com a difusão de substâncias pelo ar. Por exemplo, pense em alguém abrindo um frasco de perfume em uma sala cheia de pessoas. O perfume é a concentração mais alta na garrafa e é mais baixo nas bordas da sala.

O vapor do perfume se difunde, ou se espalha, da garrafa e, gradualmente, mais e mais pessoas sentirão o perfume enquanto ele se espalha. Materiais mover dentro de citosol da célula por difusão, e certos materiais de se mover através da membrana do plasma por difusão ( Figura). Difusão não gasta energia. Em vez disso, as diferentes concentrações de materiais em diferentes áreas são uma forma de energia potencial, e a difusão é a dissipação dessa energia potencial à medida que os materiais se movem pelos seus gradientes de concentração, de alto para baixo.

A parte esquerda desta ilustração mostra uma substância em um lado de uma membrana apenas. A parte do meio mostra que, após algum tempo, parte da substância se difundiu através da membrana plasmática. A parte direita mostra que, após mais tempo, uma quantidade igual da substância está em cada lado da membrana.
A difusão através de uma membrana permeável segue o gradiente de concentração de uma substância, movendo a substância de uma área de alta concentração para uma de baixa concentração. (crédito: modificação do trabalho por Mariana Ruiz Villarreal)

Cada substância separada em um meio, como o fluido extracelular, tem seu próprio gradiente de concentração, independente dos gradientes de concentração de outros materiais. Além disso, cada substância será difundida de acordo com esse gradiente.

Vários fatores afetam a taxa de difusão.

  • Extensão do gradiente de concentração: quanto maior a diferença na concentração, mais rápida será a difusão. Quanto mais próxima a distribuição do material chega ao equilíbrio, mais lenta a taxa de difusão se torna.
  • Massa das moléculas se difundindo: moléculas mais massivas se movem mais devagar, porque é mais difícil para elas se moverem entre as moléculas da substância pela qual estão se movendo; portanto, eles se difundem mais lentamente.
  • Temperatura: Temperaturas mais altas aumentam a energia e, portanto, o movimento das moléculas, aumentando a taxa de difusão.
  • Densidade do solvente: À medida que a densidade do solvente aumenta, a taxa de difusão diminui. As moléculas diminuem porque têm mais dificuldade em atravessar o meio mais denso.

Transporte facilitado

Em transporte facilitado, também chamado de difusão facilitada, o material se move através da membrana plasmática com a ajuda de proteínas transmembrana para baixo de um gradiente de concentração (de alta para baixa concentração) sem o gasto de energia celular. No entanto, as substâncias que sofrem transporte facilitado não se difundiriam facilmente ou rapidamente pela membrana plasmática.

A solução para o movimento de substâncias polares e outras substâncias através da membrana plasmática repousa nas proteínas que atravessam sua superfície. O material a ser transportado é primeiro ligado a receptores de proteína ou glicoproteína na superfície exterior da membrana plasmática. Isso permite que o material que é necessário pela célula seja removido do fluido extracelular.

As substâncias são então passadas para proteínas integrais específicas que facilitam sua passagem, porque eles formam canais ou poros que permitem que certas substâncias passem pela membrana. As proteínas integrantes envolvidas no transporte facilitado são coletivamente referidas como proteínas de transporte, e funcionam como canais para o material ou portadores.

Osmose

Osmose é a difusão da água através de uma membrana semipermeável de acordo com o gradiente de concentração de água através da membrana. Enquanto a difusão transporta o material através das membranas e dentro das células, a osmose transporta apenas água através de uma membrana e a membrana limita a difusão de solutos na água.

A osmose é um caso especial de difusão. A água, como outras substâncias, move-se de uma área de maior concentração para uma de menor concentração. Imagine um béquer com uma membrana semipermeável, separando os dois lados ou metades ( Figura ). Em ambos os lados da membrana, o nível da água é o mesmo, mas há diferentes concentrações em cada lado de uma substância dissolvida, ou soluto, que não pode atravessar a membrana. Se o volume da água é o mesmo, mas as concentrações de soluto são diferentes, então também há diferentes concentrações de água, o solvente, em ambos os lados da membrana.

Dois béqueres são mostrados, cada um dividido em metades esquerda e direita por uma membrana semipermeável. O primeiro copo tem a mesma quantidade de água em ambos os lados, mas mais soluto na água no lado direito da membrana e menos soluto na água do lado esquerdo. No segundo copo, a água moveu-se do lado esquerdo da membrana para o lado direito, fazendo com que a concentração de soluto seja a mesma em ambos os lados, mas o nível de água é muito mais baixo no lado esquerdo.
Em osmose, a água sempre se move de uma área de maior concentração (de água) para uma de menor concentração (de água). Neste sistema, o soluto não pode passar através da membrana seletivamente permeável.

Um princípio de difusão é que as moléculas se movem e se espalharão uniformemente pelo meio, se puderem. No entanto, apenas o material capaz de atravessar a membrana se difundirá através dele. Neste exemplo, o soluto não pode se difundir através da membrana, mas a água pode.

A água tem um gradiente de concentração neste sistema. Portanto, a água se difundirá pelo seu gradiente de concentração, cruzando a membrana para o lado onde ela está menos concentrada. Essa difusão de água através da membrana – osmose – continuará até o gradiente de concentração da água chegar a zero. A osmose prossegue constantemente nos sistemas vivos.

Tonicidade

A tonicidade descreve a quantidade de soluto em uma solução. A medida da tonicidade de uma solução, ou a quantidade total de solutos dissolvidos em uma quantidade específica de solução, é chamada de osmolaridade . Três termos – hipotônico, isotônico e hipertônico – são usados ​​para relacionar a osmolaridade de uma célula à osmolaridade do fluido extracelular que contém as células.

Em uma solução hipotônica , como a água da torneira, o fluido extracelular tem uma menor concentração de solutos do que o fluido dentro da célula, e a água entra na célula. (Nos sistemas vivos, o ponto de referência é sempre o citoplasma, então o prefixo hypo– significa que o fluido extracelular tem uma menor concentração de solutos, ou uma baixa osmolaridade, do que o citoplasma da célula. Isso também significa que o fluido extracelular tem uma concentração maior de água do que a célula. Nesta situação, a água seguirá seu gradiente de concentração e entrará na célula. Isso pode causar uma explosão ou lise de uma célula animal.

Em uma solução hipertônica (o prefixo hiper – refere-se ao fluido extracelular com uma concentração mais alta de solutos do que o citoplasma da célula), o fluido contém menos água do que a célula, como a água do mar. Porque a célula tem uma menor concentração de solutos, a água vai deixar a célula. Com efeito, o soluto está puxando a água para fora da célula. Isso pode fazer com que uma célula animal murche ou se parta.

Em uma solução isotônica , o fluido extracelular tem a mesma osmolaridade que a célula. Se a concentração de solutos da célula corresponder à do fluido extracelular, não haverá movimento líquido da água para dentro ou para fora da célula. As células do sangue em soluções hipertônica, isotônica e hipotônica assumem aparências características ( Figura ).

CONEXÃO VISUAL
Ilustração de glóbulos vermelhos em soluções hipotônicas, isotônicas e hipertônicas. Na solução hipertônica, as células murcham e assumem uma aparência pontiaguda. Na solução isotônica, as células são normais na aparência. Na solução hipotônica, as células incham e uma se rompe.
A pressão osmótica altera a forma dos glóbulos vermelhos em soluções hipertônicas, isotônicas e hipotônicas. (crédito: modificação do trabalho por Mariana Ruiz Villarreal)

Um médico injeta um paciente com o que o médico acha que é solução salina isotônica. O paciente morre e a autópsia revela que muitos glóbulos vermelhos foram destruídos. Você acha que a solução que o médico injetou era realmente isotônica?

Alguns organismos, como plantas, fungos, bactérias e alguns protistas, possuem paredes celulares que circundam a membrana plasmática e previnem a lise celular. A membrana plasmática só pode se expandir até o limite da parede celular, de modo que a célula não irá lisar.

De fato, o citoplasma das plantas é sempre levemente hipertônico em comparação com o ambiente celular, e a água sempre entrará em uma célula se a água estiver disponível. Esse influxo de água produz pressão de turgescência, que enrijece as paredes celulares da planta ( Figura ). Em plantas não lenhosas, a pressão do turgor suporta a planta. Se as células da planta se tornarem hipertônicas, como ocorre na seca ou se a planta não for regada adequadamente, a água sairá da célula. As plantas perdem a pressão do turgor nesta condição e murcham.

A parte esquerda desta imagem mostra uma célula de planta banhada por uma solução hipertônica, de modo que a membrana plasmática se afastou completamente da parede celular, e o vacúolo central encolheu. A parte do meio mostra uma célula vegetal banhada em uma solução isotônica; a membrana plasmática se afastou um pouco da parede celular e o vacúolo central encolheu. A parte direita mostra uma célula vegetal em uma solução hipotônica. O vacúolo central é grande e a membrana plasmática é pressionada contra a parede celular.
A pressão de turgescência dentro de uma célula vegetal depende da tonicidade da solução em que é banhada. (Crédito: modificação do trabalho por Mariana Ruiz Villarreal)

Resumo da seção

As formas passivas de transporte, difusão e osmose, movimentam material de pequeno peso molecular. As substâncias se difundem de áreas de alta concentração para áreas de baixa concentração, e esse processo continua até que a substância seja distribuída uniformemente em um sistema. Em soluções de mais de uma substância, cada tipo de molécula se difunde de acordo com seu próprio gradiente de concentração. Muitos fatores podem afetar a taxa de difusão, incluindo o gradiente de concentração, o tamanho das partículas que estão se difundindo e a temperatura do sistema.

Nos sistemas vivos, a difusão de substâncias para dentro e para fora das células é mediada pela membrana plasmática. Alguns materiais se difundem prontamente através da membrana, mas outros são impedidos, e sua passagem só é possível por canais de proteína e transportadores. A química dos seres vivos ocorre em soluções aquosas e o equilíbrio das concentrações dessas soluções é um problema permanente. Nos sistemas vivos, a difusão de algumas substâncias seria lenta ou difícil sem proteínas de membrana.

Referências:

Glossário

gradiente de concentração
uma área de alta concentração em frente a uma área de baixa concentração
difusão
um processo passivo de transporte de material de baixo peso molecular para baixo seu gradiente de concentração
transporte facilitado
um processo pelo qual o material se move para baixo em um gradiente de concentração (de alta para baixa concentração) usando proteínas integrais de membrana
hipertônico
descreve uma solução na qual o fluido extracelular tem maior osmolaridade do que o fluido dentro da célula
hipotônico
descreve uma solução em que o fluido extracelular tem menor osmolaridade do que o fluido dentro da célula
isotônico
descreve uma solução na qual o fluido extracelular tem a mesma osmolaridade que o fluido dentro da célula
osmolaridade
a quantidade total de substâncias dissolvidas em uma quantidade específica de solução
osmose
o transporte de água através de uma membrana semipermeável de uma área de alta concentração de água para uma área de baixa concentração de água através de uma membrana
transporte passivo
um método de transporte de material que não requer energia
seletivamente permeável
a característica de uma membrana que permite que algumas substâncias passem, mas não outras
soluto
uma substância dissolvida em outra para formar uma solução
tonicidade
a quantidade de soluto em uma solução.

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