Fundamentos de biologia aplicados à Educação Física

Prévia do material em texto

Fundamentos de 
Biologia Aplicados à 
Educação Física
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Dr. Celio Kenji Miyasaka 
Revisão Textual:
Prof. Ms. Luciano Vieira Francisco 
Membrana Plasmática e os Mecanismos de Transporte Através 
da Membrana
• A Estrutura da Membrana 
• A Membrana Plasmática
• O Transporte Através das Membranas
 · Os objetivos desta Unidade são:
 · Abordar a membrana plasmática, sua constituição e funções entre os 
tipos de transporte através da qual.
 · Compreender os diferentes tipos através da membrana e as 
respectivas importâncias.
OBJETIVO DE APRENDIZADO
Nesta Unidade discutiremos e aplicaremos os conceitos mais importantes 
dos mecanismos pelos quais as diversas substâncias passam através da 
membrana plasmática.
Ao estudar esses mecanismos de transporte, você notará a importância de 
compreender a maneira com que esses mecanismos agem para a manutenção 
do equilíbrio entre os meios intra e extracelular.
Assim, o principal objetivo desta Unidade é lhe proporcionar a capacidade de 
identificar a importância e os tipos dos diferentes mecanismos de transporte 
das moléculas através das membranas.
ORIENTAÇÕES
Membrana Plasmática e os Mecanismos 
de Transporte Através da Membrana
UNIDADE Membrana Plasmática e os Mecanismos de Transporte Através da Membrana
Contextualização
Nesta Unidade abordaremos os diferentes tipos de mecanismos de transporte de 
substâncias através da membrana. 
Iniciaremos nossos estudos conhecendo a membrana plasmática, sua constituição 
e algumas de suas funções.
Assim, o foco desta Unidade é compreender os mecanismos de transporte 
através da membrana.
6
7
A Estrutura da Membrana 
Conceitos Fundamentais
A membrana plasmática constitui uma barreira entre os meios intracelular e 
extracelular, tal barreira, porém, é dotada de selecionar o fluxo das diferentes 
moléculas/íons, capacidade essa denominada semipermeabilidade.
A semipermeabilidade implica que algumas substâncias passam livremente 
pela membrana sem a necessidade de nenhum tipo de transportador, outras 
substâncias apenas conseguem atravessar a membrana plasmática se se ligarem 
a um transportador, enquanto existem outras substâncias não impermeáveis à 
membrana plasmática.
Quanto à semipermeabilidade, essas variações nos remetem a diferentes tipos de 
mecanismos para que as substâncias passem pela membrana, os quais basicamente 
poderíamos separar em mecanismos onde há gasto de energia e os que não há 
gasto energético.
A Membrana Plasmática
 
Figura 1 – Representação esquemática da membrana plasmática
 Fonte: Junqueira e Carneiro (2013)
A membrana plasmática é composta basicamente por duas camadas de 
fosfolipídeos – bicamada lipídica – e proteínas, as quais podem estar dispostas 
somente do lado interno da membrana, ou apenas do lado externo, ou ainda 
atravessarem a membrana de um lado ao outro – proteínas transmembranas.
7
UNIDADE Membrana Plasmática e os Mecanismos de Transporte Através da Membrana
 A membrana plasmática não se limita a separar os compartimentos intracelular 
e extracelular, mas também faz parte da constituição das membranas das diversas 
organelas que estão no citoplasma, assim também são compostas a membrana 
nuclear, as membranas externa e interna da mitocôndria, tais como das demais 
organelas, cada uma das quais possuindo sua caraterística própria. 
A mitocôndria, por exemplo, possui a forma de um cilindro, com duas 
membranas onde a externa é contínua, dando forma à mitocôndria; porém, a 
interna é toda pregueada. Já o retículo endoplasmático possui uma estrutura 
membranosa, formando uma complexa rede de canais interligados, parecendo 
vesículas achatadas, esféricas e túbulos quase que de modo contínuo à membrana 
nuclear; o complexo ou aparelho de Golgi é constituído por membranas na forma 
de vesículas circulares achatadas e esféricas, colocadas umas sobre as outras e 
geralmente localizadas ao lado do núcleo. Temos ainda a membrana nuclear – ou 
envelope nuclear –, que é dupla e apresenta poros, sendo que a membrana externa 
é praticamente contínua ao retículo endoplasmático.
As funções básicas da membrana celular são as de proteger a célula, manter a 
sua forma e controlar o fluxo de substâncias através da membrana (Figura 2).
 
Proteção
Manutenção da forma
Controle do �uxo - Entrada e saída
Figura 2 – Representação esquemática das funções da membrana celular
Fonte: elaborada pelo professor conteudista
O fluxo de substâncias através da membrana celular determinará as diferenças 
nas concentrações das substâncias nos meios intra e extracelular. 
Figura 3 – Representação esquemática do fluxo de substâncias através da membrana celular
Fonte: elaborada pelo professor conteudista
8
9
Na Figura 3 temos algumas substâncias, tais como os quadrados azuis ( ) e os 
triângulos vermelhos ( ) que possuem trânsito livre através da membrana. Note 
que as suas concentrações são mantidas diferentes nos meios intra e extracelular, 
essa diferença é fundamental para o equilíbrio da célula. Existem ainda algumas 
substâncias que são impermeáveis à membrana celular. Na mesma representação, 
tratam-se das estrelas amarelas ( ), as quais não conseguem entrar na célula, 
enquanto que os círculos verdes ( ) não conseguem sair da célula. A manutenção 
dessas propriedades só é possível enquanto a célula estiver viva, pois, caso a célula 
morra, o equilíbrio é rompido e as substâncias têm fluxo liberado pela membrana.
Gases
Líquidos
Sólidos
Sólido A
Seletividade
Semipermeabilidade
Gases
Líquidos
Sólidos
Sólido A
Sólido B
Meio
Extracelular
Meio
Extracelular
Figura 4 – Representação esquemática das características da membrana celular
Fonte: elaborada pelo professor conteudista
As membranas são elásticas, regeneráveis e porosas. Além disso, possuem 
duas características fundamentais: semipermeabilidade, onde substâncias como 
os gases e líquidos – água – têm passagem livre/facilitada através da membrana, 
enquanto que os sólidos têm mais dificuldade nessa passagem; e seletividade, onde 
alguns elementos sólidos podem ser muito parecidos entre si, contudo, alguns 
são impermeáveis à membrana celular, enquanto outros sólidos necessitam de 
transportadores ou outros mecanismos para transitar através da membrana celular.
A água passa através das membranas por canais formados pelas aquaporinas, que 
são proteínas que formam canais por onde a água pode transitar pela célula, através 
dos rins. Esses canais são regulados por um hormônio, o Hormônio Antidiurético 
(ADH), igualmente conhecido como vasopressina que, como o próprio nome diz, 
inibe a diurese, ou seja, diminui o volume de urina, de modo que esse hormônio 
aumenta a reabsorção de água.
9
UNIDADE Membrana Plasmática e os Mecanismos de Transporte Através da Membrana
Moléculas lipídicas são lipossolúveis e, portanto, solubilizam-se na membrana, 
tendo livre passagem, porém, tal processo é lento. Os carboidratos correspondem 
à maior parte dos aminoácidos, dado que são hidrossolúveis e, portanto, não 
se solubilizam na membrana, de modo que necessitam de transportadores; já as 
proteínas – alguns hormônios proteicos – não atravessam a membrana, porém, o 
sinal dessa proteína/hormônio é transmitido para o interior da membrana através 
da ligação desta com receptores de membrana, gerando um segundo mensageiro 
– já no lado interno –, dando continuidade à ação desejada.
O Transporte Através das Membranas
O transporte através das membranas basicamente ocorre por processos onde 
não há gasto de energia e processos onde há gasto de energia.
Entre os processos onde não há gasto energético, temos o transporte passivo, 
pois o fluxo das substâncias ocorre de um lado onde a contração é maior para o 
lado onde a concentração é menor. Esses podem ser divididos em:
• Difusão simples;
• Osmose;
• Difusão facilitada.
Entre os processos onde há gasto energético, temos o transporte ativo, que 
pode ser dividido em:
• Transporte ativo primário;
• Transporteativo secundário;
• Transporte mediado por vesículas:
 » Endocitose: fagocitose e pinocitose;
 » Exocitose.
Esses processos serão detalhados a seguir, porém, antes disso necessitamos definir 
alguns conceitos.
Ex
pl
or
Quando fazemos a mistura de qualquer substância que se dissolve em água, 
temos uma solução formada por duas partes: água, que é o solvente; e soluto – um 
sal ou açúcar –, que se dissolve ou solubiliza no solvente.
Em geral, o solvente está em maior quantidade, podendo ser a água ou 
mesmo o óleo.
Já o soluto – sal ou açúcar – está em menor quantidade e se dissolve ou solubiliza 
na água. Um aspecto fundamental é que o soluto precisa ter a mesma característica 
do solvente: ou os dois devem ser substâncias polares – solúveis em água –, ou 
devem ser apolares – solúveis em óleo.
10
11
Nos sistemas biológicos, toma-se como regra geral que o solvente é a água. Por 
exemplo, uma solução salina fisiológica em 0,9% é composta por 0,9 gramas de 
cloreto de sódio (NaCl) – sal de cozinha – para cada 100 ml de água, ou 9 gramas 
de NaCl para cada 1 litro de água.
Difusão Simples
Na difusão ocorre a passagem do soluto de uma região mais concentrada para 
uma região menos concentrada. Esse tipo de transporte se dá pelo movimento 
aleatório das partículas, de modo que não há necessidade de canais proteicos, 
todavia, depende da distância a ser percorrida, do tamanho das moléculas e da 
solubilidade do soluto no solvente.
A movimentação das moléculas do soluto ocorre até que haja o equilíbrio das 
concentrações entre os dois lados. Atingido o equilíbrio, a movimentação cessa.
 
Difusão
Figura 5 – Representação esquemática da difusão
Osmose
Na osmose ocorre a passagem de solvente – água – de uma região com 
menor pressão osmótica para uma região com maior pressão osmótica. O termo 
osmolaridade se refere à quantidade de solutos presente no líquido, ou seja, a 
solução de menor osmolaridade é a de menor concentração de soluto, porém, 
lembre-se que na osmose a migração é do solvente – água.
 
AAs moléculas de 
água passam através 
da membrana
H2O Moléculade Soluto
A B
 Membrana
Semipermeável
Figura 6 – Representação esquemática da osmose
11
UNIDADE Membrana Plasmática e os Mecanismos de Transporte Através da Membrana
Na Figura 6 está representado o exemplo do comportamento de uma hemácia 
– eritrócito (células vermelhas do sangue) – em uma solução hipotônica, isotônica 
e hipertônica. Como na osmose ocorre a passagem do solvente, a água passa 
sem problemas pela membrana até atingir o equilíbrio. Assim, com a hemácia em 
uma solução hipotônica – cuja solução tem menor concentração de sais do que a 
hemácia –, a água entra na célula para equilibrar as concentrações, de modo que a 
célula incha, podendo até estourar pela entrada da água.
Já com a hemácia em uma solução hipertônica – cuja solução tem maior 
concentração de sais do que a hemácia –, a água sai da célula para equilibrar as 
concentrações, de modo que a célula murcha, pois perde água.
Finalmente, com a hemácia em uma solução isotônica – cuja solução tem 
igual concentração de sais da hemácia –, a água entra e sai da célula em um 
equilíbrio dinâmico. 
 
Figura 7 – Representação esquemática do comportamento de uma hemácia em soluções de diferentes osmolaridades
Fonte: alunosonline.uol.com.br
Difusão Facilitada
A difusão facilitada é o transporte passivo de substâncias pela membrana 
plasmática, sem gasto de energia metabólica da célula, permitindo a passagem de 
substratos – moléculas ou íons – de um meio mais concentrado para um menos 
concentrado, através da específica mediação de proteínas transportadoras, 
enzimas carreadoras.
Não é por ser facilitado, que esse tipo de transporte ocorre desordenadamente, 
sem fluxo ou necessidade celular. As proteínas carreadoras possuem em sua 
estrutura sítios específicos de ligação conforme o substrato.
A maximização ou minimização do transporte depende da afinidade da enzima 
com o substrato e da liberação dos sítios de combinação mantida entre os quais. Esse 
processo é utilizado principalmente no transporte de carboidratos, aminoácidos, 
vitaminas e alguns íons: sódio, potássio e cálcio.
12
13
Figura 8 – Representação esquemática da difusão facilitada
Fonte: mundoeducacao.bol.uol.com.br
Transporte Ativo Primário
Iniciando então os mecanismos de transporte onde há gasto de energia, 
estudaremos o transporte ativo primário. Em todos os mecanismos de transporte 
ativo ocorre a hidrólise – ruptura – da molécula de Adenosina Trifosfato (ATP), de 
modo que nessa hidrólise há liberação de energia contida entre as moléculas de 
fosfato. O gasto energético existe devido ao fato de que o fluxo das substâncias 
ocorre de um lado onde a contração é menor para o lado onde a concentração é 
maior, ou seja, contrário ao gradiente de concentração.
No transporte ativo primário o ATP é utilizado diretamente pelo sistema de 
transporte, ocorrendo a ação de enzimas ATPases – enzimas que hidrolisam o 
ATP –, as quais atuam, por exemplo, no processo da contração muscular e da 
transmissão – condução – do impulso nervoso, dependem de sódio (Na) e de 
potássio (K) e, por isso, são denominadas Na+K+ATPases.
Figura 9 – Representação esquemática do transporte ativo 
Fonte: www.sobiologia.com.br
Em condições normais, há mais potássio (K+) no lado interno da célula – menos 
no lado externo – e mais sódio (Na+) no lado externo – menos no lado interno da 
célula. Apesar de ambos serem elementos com carga positiva – cátions –, o lado 
interno da célula possui carga negativa – total – e o lado externo, carga positiva.
13
UNIDADE Membrana Plasmática e os Mecanismos de Transporte Através da Membrana
No esquema da Figura 9 – da esquerda para a direita – três átomos de sódio se 
fixam à enzima Na+K+ATPases, logo, ocorre a hidrólise do ATP liberando energia 
e fazendo com que a enzima coloque três átomos de sódio para o lado de fora 
célula; na volta da enzima para a situação anterior, dois átomos de potássio “pegam 
carona” na enzima e são colocados para dentro da célula. Esse gasto de energia é 
necessário, pois a tendência normal seria a do Na+ entrar na célula, afinal, está em 
maior concentração no lado externo dessa.
Então, por alguns instantes, a polaridade da célula se inverte, dedicando maior 
carga positiva do lado interno e maior carga negativa no lado externo, causando 
um fenômeno denominado despolarização – inversão das cargas interna e 
externa. Nesse instante voltam as condições normais, ou seja, a tendência de K+ 
entrar na célula e a tendência de Na+ sair da célula. Esse segundo fenômeno se 
denomina repolarização.
 
Figura 10 – Representação esquemática da transmissão do impulso nervoso
Fonte: djalmasantos.wordpress.com/
O transporte ativo primário também é observado nas glândulas gástricas das 
células parietais – secretoras de ácido clorídrico (estômago) – e nos rins, nas células 
intercaladas – regulando a concentração de hidrogênio no líquido corporal –, onde 
há o gasto energético para a liberação de H+.
Transporte Ativo Secundário
A energia é derivada do armazenamento energético oriundo da atividade do 
transporte ativo primário. Portanto, com a energia produzida primariamente, há o 
armazenamento de parte deste para produzir um transporte secundário, sem que 
seja necessária a atividade da enzima ATPase.
14
15
No transporte ativo secundário o movimento de uma substância é contra um 
gradiente de concentração, mas acoplado ao fluxo de uma substância que se move 
de acordo com o gradiente.
Há dois tipos deste transporte:
• Cotransporte: na medida em que uma molécula entra na célula por sua proteína 
carreadora, movendo-se de um meio de maior concentração para um de 
menor concentração, sua tendência de difusão tende a arrastar outra molécula 
consigo. É o caso do sódio quando se difunde do meio extracelular para o meio 
intracelular. Ao se difundir, permite que a proteína carreadora obtenha energia 
adicional para permitir a entrada simultâneada glicose e de aminoácidos;
 
Figura 11 – Representação esquemática do cotransporte da glicose a aminoácidos no processo de absorção
Fonte: fisiologiaessencial.blogspot.com.br
• Contratransporte: neste os íons/moléculas se movimentam em sentidos 
opostos. Da mesma maneira como descrito para o cotransporte quanto à 
obtenção de energia, no contratransporte a molécula a ser transportada 
movimenta-se em sentido oposto àquela que se difunde passivamente. 
Seu mecanismo é idêntico ao cotransporte, pois como o Na+ a tender a 
difundir ao interior da célula, a outra molécula/íon – que sai – está no lado 
interno da célula. Nesse tipo de transporte pode-se citar como exemplo o 
contratransporte do Na+/Ca++ e do Na+/H+.
• 
• 
15
UNIDADE Membrana Plasmática e os Mecanismos de Transporte Através da Membrana
Transporte Mediado por Vesículas
Nos mecanismos de transporte analisados até agora foi enfatizada a ocorrência 
do fluxo de substâncias, ou seja, poderíamos examiná-los sob o ponto de vista tanto 
da entrada, quanto da saída dessas substâncias. Entretanto, no transporte mediado 
por vesículas há uma distinção: quando discorremos sobre a entrada de moléculas/
íons, referimo-nos à endocitose e quando abordamos a saída de moléculas/íons, 
tratava-se da exocitose; além disso, esse transporte mediado por vesículas refere-
se ao transporte de partículas constituídas por agregados moleculares, ou ainda o 
transporte em quantidades maiores.
Endocitose
Este processo permite o transporte de substâncias do meio extra para o 
intracelular, através de vesículas limitadas por membranas, denominadas vesículas 
de endocitose ou endocíticas. Estas são formadas por invaginação – dobras para 
dentro – da membrana plasmática, seguida de fusão e separação de um segmento 
da mesma; enfatizando que há gasto energético.
Há dois tipos principais de internalizar essas partículas de endocitose: 
pinocitose e fagocitose.
Na fagocitose a membrana celular emite prolongamentos celulares que são 
os pseudópodos – falsos pés –, esses prolongamentos envolvem a partícula e, 
então, a partícula se fixa em receptores na membrana quando os pseudópodos 
englobam-na. O vacúolo formado recebe o nome de fagossomo. Posteriormente, 
os fagossomos se fundem aos lisossomos que liberam enzimas digestivas dentro do 
vacúolo quando, então, ocorre a digestão da partícula.
 
Figura 12 – Representação esquemática da fagocitose
Fonte: www.infoescola.com
Na pinocitose, as vesículas são de pequenas dimensões, de modo que a 
célula ingere moléculas solúveis que, de outro modo, teriam dificuldades em 
penetrar a membrana.
16
17
O mecanismo pinocítico envolve gasto de energia e é muito seletivo para certas 
substâncias, como os sais, aminoácidos e certas proteínas, todas solúveis em água.
Nesse caso também há uma expansão do citoplasma, porém em um processo 
de invaginação – para dentro – da membrana, formando vesículas que podem, 
então, fundir-se aos lisossomos ou mesmo atravessar a célula, sendo liberadas do 
outro lado da membrana.
Vesícula
pinocítica
Membrana 
plasmatica
Gotículas
de �uído Meio Extracelular
Citoplasma
Figura 13 – Representação esquemática da pinocitose
Exocitose
A exocitose é um transporte mediado por vesículas onde há a passagem 
de grupos de macromoléculas ou microrganismos do citoplasma para o meio 
extracelular, ou seja, a célula expulsa uma substância que está presente em seu 
interior para o meio extracelular. Trata-se do oposto do processo de endocitose. 
Esses produtos podem ser de uma vesícula contendo toxinas, ou hormônios, ou 
neurotransmissores que se deslocam à periferia celular, tocando a membrana 
plasmática na parte interior. Nesse ponto, a membrana se desfaz e a vesícula 
expulsa o seu conteúdo.
 
Figura 14 – Representação esquemática da exocitose
Fonte: ww.todamateria.com.br
17
UNIDADE Membrana Plasmática e os Mecanismos de Transporte Através da Membrana
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Vídeos
Aminoácidos e proteínas:
Introdução à Bioquímica - Aula 4 - Parte 1 - Aminoácidos, Peptídeos e Proteínas
https://goo.gl/05CG6p
Introdução à Bioquímica - Aula 4 - Parte 2 - Aminoácidos, Peptídeos e Proteínas
https://goo.gl/qPOamD
Introdução à Bioquímica - Aula 4 - Parte 3 - Aminoácidos, Peptídeos e Proteínas
https://goo.gl/sGc707
Proteínas e carboidratos:
Introdução à Bioquímica - Aula 4 - Parte 3 - Aminoácidos, Peptídeos e Proteínas
https://goo.gl/a6Arw8
Introdução à Bioquímica - Aula 6 - Parte 3 - Estrutura de Proteínas e de Carboidratos
https://goo.gl/LkxchB
Lipídeos:
Introdução à Bioquímica - Aula 7 - Parte 1 - Lipídios e Membranas Biológicas
https://goo.gl/bGRmgk
Introdução à Bioquímica - Aula 7 - Parte 2 - Lipídios e Membranas Biológicas
https://goo.gl/NvsE0f
Introdução à Bioquímica - Aula 7 - Parte 3 - Lipídios e Membranas Biológicas
https://goo.gl/bQaWzg
18
19
Referências
JUNQUERIA & CARNEIRO, Histologia Básica, 2013, 12 edição.
BERG & TYMOCZKO, Bioquímica, 2014, 7 edição.
PITON-CURI, Fisiologia do Exercício, 2013, 1 edição.
19