TRANSPORTE DE MATÉRIA ATRAVÉS DE MEMBRANAS

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Arthur Rodrigues Cardoso - Turma 150
Universidade Federal de Pernambuco
TRANSPORTE DE MATÉRIA ATRAVÉS DE MEMBRANAS
Todas as moléculas e íons nos meios fluidos estão em constante movimento. A
movimentação de partículas em meios líquidos é chamada de Difusão. Em meios sólidos as
partículas se movimentam, mas com uma velocidade muito menor. Espontaneamente, essa
difusão entre dois meios acontece do de maior concentração → menor concentração.
J é o fluxo RESULTANTE de substância,
considerado como o número de moles do
soluto por segundo que cruza um plano
hipotético de área A; C é a concentração,
sendo 1 o meio extracelular e 2 o meio
intracelular; delta X é a espessura do plano;
D é o coeficiente de difusão.
Se a diferença de concentração for muito
grande, temos um deslocamento efetivo de
partículas que cruza o plano que divide os
meios intracelular e extracelular. Se a
diferença de concentração for pequena,
temos um deslocamento efetivo de partículas menor. Esse movimento de partículas é
chamado de Movimento Browniano. Uma partícula ao se deslocar em qualquer meio que
não seja o vácuo, sente a presença das partículas presentes no meio. Logo, ela sente uma
resistência da variação da concentração de partículas ao longo da espessura da fatia
aquosa.
A variação da taxa de concentração ao longo da espessura da fatia é o gradiente
de concentração. O sinal negativo na fórmula indica resultantemente o que foi
efetivamente transferido de um meio para outro, já que, como C2 é menor que C1, o
resultado da variação de concentração será negativo. Então, negativo + negativo = positivo.
Por isso é a transferência efetiva, pois caso a fórmula não tenha o negativo, o resultado
seria negativo.
A quantidade de partículas que cruza a área em determinado espaço de tempo é o
fluxo. Outra abordagem importante consiste na Lei de Stokes-Einstein, que preconiza que a
difusão de uma partícula esférica com raio r, em um meio líquido de viscosidade (n, kg ×
m-1 × s-1), o coeficiente de difusão (D) pode ser escrito como:
Esse D é a resistência que a partícula sente ao se difundir no meio
aquoso. O denominador pode ser considerado como o coeficiente
de atrito da molécula esférica, k é uma constante e T é a
temperatura.
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APLICAÇÃO DA LEI DE FICK NO COVID-19:
O Covid-19 traz a necessidade de intubação para fornecer para o paciente O2 em
uma taxa adequada. O respirador, mecanicamente, joga oxigênio no interior dos pulmões do
paciente, aumentando a concentração de oxigênio, intensificando o gradiente de
concentração de O2 no interior dos pulmões em comparação com o restante do tecido. E
seguindo essa lei, há um fluxo maior até chegar nos centros celulares em que o O2 será
utilizado.
O gradiente de energia é a força movente das partículas que se difundem no meio
estudado. Se o gradiente é intenso, o fluxo é grande. Se ele não é intenso, o fluxo não é tão
grande. Para a difusão acontecer, é necessário o gradiente ou variação de concentração.
No entanto, com a movimentação constante de partículas, chega um momento em que as
concentrações intra e extracelular se homogenizarão. Quando isso acontece, a difusão
continua acontecendo constantemente, mas sem gerar um fluxo resultante, pois não há
variação efetiva de concentração.
A conclusão é: para fluxo resultante, é necessário a força movente (gradiente
de concentração). Quando há homogeneização, o fluxo resultante irá desaparecer
pois a força movente relativa será nula mesmo com a difusão ainda presente, já que
não há variação efetiva de concentração.
Tudo que vimos acima, corresponde a transferência de matéria em meios contínuos.
A partícula não muda o meio em que se difunde, mesmo ao passar pela membrana
plasmática.
Transporte de Matéria em Meios Descontínuos
Na existência de dois meios, consideramos o coeficiente de partição (Beta). Ele
representa a relação entre a concentração das partículas no meio 1 e a concentração das
partículas no meio dois, quando o sistema se estabiliza. Isso relaciona a existência de
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alguma coisa nos dois meios. A quantidade entre os meios é particionada e isso transforma
o transporte em sistema descontínuo.
P corresponde o coeficiente de permeabilidade da membrana.
D é uma constante para determinado meio e B para dois meios. X é
a espessura da membrana.
Se formos considerar a partícula com carga elétrica residual, o
coeficiente de permeabilidade é descrito da seguinte forma:
Onde, U é a mobilidade da partícula carregada; R é a
constante dos gases; T é a temperatura; Z é a carga resultante da
partícula e F é a constante de Faraday.
Na introdução de um medicamento, a intensificação da entrada resultante do
fármaco dentro da célula do paciente pode ser feita a partir do aumento da força movente,
do gradiente, mais especificamente na diferença de concentração (aumento da dosagem)
do remédio.
Deve-se considerar o peso molecular da partícula e a carga elétrica residual em
meio aquoso para calcular a facilidade de a partícula se difundir para dentro das células. A
partir do aumento do peso molecular e da presença de carga elétrica residual, fica mais
difícil para a molécula adentrar na célula. Se o peso molecular for muito grande, corre risco
de desconfigurar a membrana lipídica e desestabilizar o sistema.
As partículas com carga elétrica residual são hidrofílicas e por isso têm mais
dificuldade de se mover pela membrana plasmática.
VARIAÇÃO DE ENERGIA LIVRE DE GIBBS: Define se um processo ocorre ou não
de maneira espontânea. Para retirar uma partícula elétrica do meio aquoso para o meio
hidrofóbico calcula-se a variação de energia livre envolvida no transporte dessa espécie
iônica.
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Ao calcular isso, teremos um valor positivo, indicando que há uma inviabilidade
termodinâmica de partículas iônicas deixarem o meio extra ou intracelular e entrarem
espontaneamente na matriz lipídica das nossas células. O processo não é impossível de
ocorrer na presença de um ajudante, como os canais iônicos.
Comprovando em laboratório se princípios ativos tem condição ou não de entrar na
célula é através da construção de uma membrana artificial.
A água consegue passar diretamente pela matriz lipídica devido ao movimento
constante, por causa das perturbações dinâmicas, dos ácidos graxos (dobras/kink). Na
necessidade de mais passagem de água, existem os canais de água (aquaporinas). O grau
de empacotamento, dinâmico da matriz lipídica depende do grau de insaturação dos ácidos
graxos e da temperatura a qual ele está submetido. Além disso, o colesterol também
influencia no estado de fluidez da membrana: em temperaturas baixas, o colesterol aumenta
sua fluidez, evitando que os lipídeos fiquem firmemente juntos. Enquanto, em altas
temperaturas ele reduz a fluidez.
Procurar sobre a influência da febre na fluidez da membrana plasmática.
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Moléculas com alto coeficiente de partição (particionam bem), possuem alto grau de
permeabilidade na membrana. O coeficiente de partição é a medida de sua
distribuição em um sistema de fase lipofílica/hidrofílica, e indica sua capacidade de
penetrar sistemas biológicos multifásicos.
AS PRINCIPAIS FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS DE MEMBRANA
Mecanismo de transporte de moléculas pela Membrana Plasmática
Os gases são absorvidos pelas membranas com extrema facilidade.
Sistema Descontínuo:
- Moléculas solúveis em lipídios: cruzam
por dissolverem e difundirem pela membrana;
- Difusão por poros: é usada por
pequenos íons;
- Transporte ativo e Carreadores
Acoplados: movimentam metabólitos
essenciais;
Sistema Contínuo:
- Exo e Endocitose: efetua transporte
multimolecular de componentes
pré-empacotados.
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Classificação dos Sistemas de Transporte na membrana plasmática:
1. Quanto aQuantidade e Sentido:
- UNIPORTE: via de mão única, que só leva um por vez;
- ANTIPORTE: via de mão dupla, mas que leva um por vez;
- SIMPORTE: vim de mão única, mas que leva mais de um por vez.
2. Quanto a Cinética:
Difusão Simples: Se a concentração da
substância for baixa, o fluxo é baixo. Se
aumentamos a concentração da
substância, o fluxo aumenta linearmente.
Difusão Facilitada: Se a concentração da
substância for baixa, o fluxo é baixo. Se
aumentamos a concentração da
substância, o fluxo aumenta não
linearmente, até atingir uma velocidade
máxima constante. (Há um número fixo de
sítios ativos de transporte de moléculas).
Princípio ativo de fármacos por difusão simples agem mais rapidamente no
organismo, mas devemos ter cuidado pois os efeitos adversos podem ser maiores
se a concentração e o fluxo aumentarem muito.
Na difusão simples, o fluxo é
influenciado pela quantidade de aberturas
disponíveis, por sua velocidade e pelo
número de “aberturas” na membrana,
através das quais as moléculas ou íons
podem passar diretamente através dos
lipídios ou através dos canais.
Na difusão facilitada, é requerido a
interação de uma proteína carreadora
(facilitadora) com as moléculas ou íons.
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A difusão “trabalha” no sentido de equilibrar a concentração de substâncias e íons
nos compartimentos intra e extracelular, todavia existe desequilíbrio, então alguns
fatores “trabalham” contrapondo a difusão.
Do ponto de vista energético, podemos considerar três formas de energia para a
movimentação de uma partícula ou de quantidades maiores. A energia elétrica,
osmótica e química podem ser utilizadas para realização de trabalho. A energia
total, ou seja, somando a elétrica, a osmótica e a química será denominada de
energia potencial eletroquímica ou simplesmente potencial eletroquímico.
Precisamos nos preocupar com o tipo de carga, a quantidade de carga e o fi
(Q). A variação dos fis é o gradiente elétrico. Na forma osmótica, temos o gradiente
de concentração, e na química o gradiente químico. O potencial químico depende
quase exclusivamente das características do solvente, logo a forma química em
meio aquoso é desprezível. Só será relevante quando os solventes forem diferentes.
A célula em diferentes instantes vai apresentar as energias que
impulsionarão as partículas de um meio para o outro. Existem 3 situações que
correspondem a diferentes tipos de fluxo pela membrana: uma em que o
impulsionamento de partículas é exclusivamente da forma elétrica ou osmótica e
outra em que o impulsionamento é a partir das duas formas.
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