Transporte através da membrana

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O transporte de substâncias realizado pelas células é possível devido à presença de uma membrana plasmática. Nela, a troca de substâncias com o meio ocorre em duas modalidades: transporte em massa e transporte de partículas. O transporte em massa envolve a presença de vesículas membranosas, as quais armazenam grande quantidade de moléculas. Esse transporte pode direcionar substâncias para dentro da célula (endocitose) ou realizar sua eliminação para o meio extracelular (exocitose). Já o transporte de partículas, é definido pela passagem de íons e moléculas através de poros ou proteínas presentes na superfície da membrana. Neste caso, a passagem de partículas pode ser facilitada por estruturas proteicas, que utilizam ATP para forçar a passagem da molécula contra seu gradiente de difusão.

Endocitose

A endocitose é o mecanismo de entrada de partículas na célula por meio de vesículas chamadas endossomos. Pode ocorrer de duas formas: fagocitose e pinocitose. A formação dessas vesículas e seu trânsito pela membrana consomem energia.

Fagocitose

A fagocitose é um mecanismo pelo qual há a utilização de pseudópodes, que são estruturas capazes de englobar moléculas ou estruturas celulares. Após esse processo, é formada uma vesícula membranosa, denominada vacúolo alimentar (fagossomo). Essa estrutura irá se fundir ao lisossomo, passando a se chamar vacúolo digestivo. No interior do vacúolo, a substância fagocitada irá ser degradada pela ação de enzimas digestivas, como o peróxido de hidrogênio (H2O2). A fagocitose é importante na digestão intracelular de protozoários e poríferos. Nos neutrófilos (leucócitos) ela contribui para a defesa do organismo contra agentes patológicos.

Esquema do mecanismo de fagocitose, o qual envolve a participação de pseudópodes e lisossomos
Esquema do mecanismo de fagocitose, o qual envolve a participação de pseudópodes e lisossomos

Pinocitose

A pinocitose é um tipo de endocitose que está relacionada com o englobamento de fluídos ou gotículas de lipídios. Na pinocitose, observa-se a formação da vesícula (pinossomo) com cerca de 80 nm de diâmetro, contendo diferentes moléculas dissolvidas em um líquido. Se houver a fusão desta com o lisossomo, passará a ser chamada de vacúolo digestivo. Um exemplo de pinocitose é o mecanismo pelo qual as células intestinais absorvem gordura.

Exocitose

O mecanismo de exocitose tem como função principal expulsar para fora da célula substâncias por ela produzida e resíduos da digestão intracelular. A exocitose é um processo em que partículas saem da célula por meio de modificações da membrana plasmática. Existem duas modalidades: clasmocitose e secreção celular.

Clasmocitose

A clasmocitose é o processo de eliminação de resíduos provenientes da digestão intracelular realizada pelas células. Ela ocorre quando o vacúolo residual se funde à membrana plasmática, sendo assim eliminada para o meio extracelular.

Secreção celular

Na secreção celular ocorre a formação de vesículas membranosas pelo complexo golgiense. O complexo de golgi tem papel destacado nas células que produzem proteínas para exportação. A produção de substâncias que serão exteriorizadas e que têm alguma função fora das células constitui a secreção celular.

Transporte passivo

Transporte passivo é o nome dado ao trânsito natural de pequenas moléculas ou íons através da membrana plasmática, em virtude da diferença de pressão de difusão, entre os líquidos que estão nos dois lados da membrana. É o que justifica a absorção e a eliminação de água pela célula (osmose). O transporte passivo não envolve gasto de ATP e se apresenta em duas modalidades: difusão e osmose.

Difusão simples

Difusão é o processo de movimentação espontânea das partículas a favor do gradiente de concentração. Portanto, as partículas se movem de uma região de maior concentração, para uma de menor concentração. Este processo é bem observado em um experimento simples: colocando tinta sobre um copo de água, sem fazermos qualquer intervenção, como tentar homogeneizar o líquido, notaremos que as partículas de tinta se movem para o interior do copo, até que chegará um momento em que não haverá parte do líquido com mais tinta do que outra. Desta forma, a solução terá um aspecto homogêneo. Este processo ocorre de formas distintas em algumas células e são elas: difusão simples e difusão facilitada.

Movimentação das partículas de tinta sobre um solvente
Movimentação das partículas de tinta sobre um solvente

A difusão simples é caracterizada por permitir o fluxo de substâncias por toda a superfície da membrana, como a troca de gases. Os alvéolos pulmonares trocam gases com os capilares presentes em suas regiões externas. A difusão do oxigênio para os capilares acontece quando ele se encontra em maior concentração nos alvéolos, comparado aos capilares. De forma análoga, o gás carbônico, que está presente em maior concentração no sangue, difunde-se para os alvéolos pulmonares. No fenômeno de difusão simples, a velocidade de difusão é proporcional à diferença de concentração existente entre os meios, ou seja, quanto maior for a disparidade de concentração, maior será a velocidade de difusão das partículas.

As trocas gasosas pelos alvéolos acontecem pela difusão simples
As trocas gasosas pelos alvéolos acontecem pela difusão simples

Difusão facilitada

A difusão facilitada ocorre somente em partículas maiores, como açúcares. Em células sanguíneas, os açúcares são internalizados através de proteínas específicas (proteína transportadora) presentes na superfície da membrana, de forma que elas selecionam e facilitam a entrada de moléculas específicas na célula. Neste tipo de difusão não ocorre gasto de ATP e é realizada a favor de um gradiente de difusão. Sendo assim, acontece de uma região mais concentrada, para outra menos concentrada.

Na difusão facilitada, a velocidade de difusão das moléculas pode ultrapassar a velocidade observada na difusão simples. Porém, se for acrescido no meio um número exacerbado de moléculas, ocorre a estabilização na velocidade de difusão, devido à ocupação de todas as proteínas transportadoras.

Esquema de funcionamento da difusão facilitada
Esquema de funcionamento da difusão facilitada

Osmose

A osmose é definida pela passagem do solvente (água), do meio com menor concentração de soluto (substância diluída), para o meio de maior concentração de soluto. O objetivo deste fenômeno é restabelecer o equilíbrio entre as concentrações de soluto. Sendo assim, a osmose se refere à uma concentração de solução comparada a outra. Em soluções aquosas, o valor da concentração do soluto de um meio, comparado a outro, pode ser classificado em três tipos: hipertônica, hipotônica e isotônica. Quando comparamos soluções com concentrações diferentes, a solução com maior concentração de solutos é chamada de hipertônica e às soluções com concentração de soluto menor damos o nome de hipotônica. Soluções isotônicas apresentam a mesma concentração de solutos quando comparadas uma com a outra.

Para que a osmose aconteça, é necessária a existência de uma membrana semipermeável, que é a estrutura que permite a passagem de solvente (água) e bloqueia a passagem de solutos. Para ilustrar seu funcionamento, imaginemos um recipiente com duas metades separadas por uma membrana semipermeável. Em uma das metades é acrescentado mais soluto, de forma que se observa que o volume de água na outra metade é reduzido. Isso ocorre devido à migração de água para o lado mais hipertônico (o primeiro, em que foi acrescentado soluto), a fim de restabelecer a igualdade das concentrações.

Soluções separadas por uma membrana semipermeável. Ocorre a difusão da água do meio menos concentrado, para o meio mais concentrado
Soluções separadas por uma membrana semipermeável. Ocorre a difusão da água do meio menos concentrado, para o meio mais concentrado

Pressão osmótica é a pressão que deve ser aplicada sobre uma membrana semipermeável para evitar que o solvente a atravesse, ou seja, é a força contrária à osmose. Ela pode ser mensurada pela pressão exercida por um aparato hidráulico, a fim de forçar a água de volta à solução hipotônica. A osmose está presente em todas as células e sua ação é essencial para a sobrevivência delas. A seguir, iremos exemplificar a importância da participação da osmose em células animais e vegetais.

  • Osmose na célula animal: ao colocarmos uma célula animal, como a hemácia, em três tipos de soluções (isotônica, hipertônica e hipotônica), notamos diferenças em sua aparência e volume. Quando a hemácia é colocada em uma solução hipotônica, observa-se um aumento da entrada de água na célula, por osmose, podendo ocasionar a ruptura de sua membrana, processo conhecido como lise osmótica. Em um ambiente hipertônico, observamos que a hemácia perde água para o ambiente por osmose. Nesse caso, verificamos que a célula murcha, apresentando um aspecto enrugado. No entanto, se colocarmos a hemácia em um ambiente isotônico, a água flui na mesma proporção para dentro e para fora da célula. Nessa situação, observamos que o volume da célula não se altera.

Células animais imersas em diferentes concentrações de soluto

  • Osmose na célula vegetal: Sob diferentes condições, as células vegetais podem sofrer mudanças estruturais de acordo com a perda e ganho de água. Estas mudanças são possíveis devido à presença de uma estrutura membranosa, conhecida como vacúolo, na qual se encontram solutos, como sais e açúcares. Em meio não isotônico, a concentração de solutos dentro do vacúolo acarreta numa pressão osmótica, que determina o ganho ou a perda de água pela célula vegetal. Em meio hipertônico, a célula vegetal perde água, devido à alta concentração de soluto presente no meio extracelular. O volume do citoplasma é reduzido e a membrana se contrai, juntamente com a parede celular, a qual fica mais retraída. Este processo é conhecido como plasmólise. Quando a célula vegetal é inserida em meio hipotônico, seu volume citoplasmático aumenta devido a entrada de água, entretanto sua expansão é limitada, pois a parede celular exerce uma força contrária contra a membrana. Isso significa que a célula vegetal não se rompe com o aumento de seu volume, diferentemente do que acontece com a célula animal, inserida em meio hipotônico. O processo no qual ocorre ganho de água pela célula vegetal, é chamado de deplasmólise.
Células vegetais imersas em diferentes concentrações de soluto (em 4 temos a solução com mais soluto)
Células vegetais imersas em diferentes concentrações de soluto (em 4 temos a solução com mais soluto)

Transporte ativo

O transporte ativo é o nome dado ao tráfego de moléculas através da membrana plasmática, contra o gradiente de concentração, mediado por proteínas transportadoras específicas. Este tipo de transporte é caracterizado pela passagem das partículas do meio menos concentrado, para o meio mais concentrado. As partículas são forçadas contra o gradiente pela atuação de proteínas transportadoras, conhecidas como permeases, as quais necessitam de ATP para realizar o transporte.

Um exemplo de transporte ativo são as bombas de H+, que acontece na parede do estômago, e estão associadas à síntese de suco gástrico. Naturalmente, o estômago apresenta concentração de H+ muito maior do que a encontrada no sangue, entretanto, para a produção de suco gástrico, é necessário o aumento desses íons presentes no estômago. Sendo assim, mais íons são bombeados do sangue para o estômago, permitindo o transporte de prótons (H+) contra o gradiente de difusão.

A bomba de sódio e potássio é um tipo de transporte ativo que ocorre em todas as células do corpo. O processo ocorre devido às diferenças de concentrações dos íons sódio (Na+) e potássio (K+) dentro e fora da célula. Para manter a diferença de concentração dos dois íons no meio interno e externo da célula, é preciso utilizar energia na forma de ATP. A bomba de sódio e potássio é importante nos neurônios, pois contribui para a geração de impulsos nervosos. As permeases expulsam o Na+ que entra na célula e se ligam ao K+ que sai da célula. A cada acionamento da bomba de sódio e potássio, três Na+ se ligam aos seus sítios específicos na proteína. O ATP também se liga à permease, provocando a alteração de sua conformação, liberando os íons de Na+ para o meio extracelular. No mesmo momento, dois K+ se ligam à proteína em seus sítios específicos. O ATP é liberado e a proteína retorna a sua conformação original, liberando os íons de K+ para o interior da célula.

Esquematização do transporte ativo realizado por bombas de sódio e potássio
Esquematização do transporte ativo realizado por bombas de sódio e potássio
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