Fisiologia da Membrana

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Fisiologia 02 - Fisiologia da Membrana
Qual a menor unidade viva do corpo humano?
É a célula, que para se manter viver precisa manter o meio interno constante, isso quer dizer que existe uma serie de parâmetros dentro dela que ela precisa manter constante para se manter viva. Mas esses parâmetros dentro da célula, muitos deles, são bem diferentes daqueles que vemos fora da célula. Por exemplo, a concentração de sódio (Na) fora da célula é muito maior, e já a concentração de potássio (K) é maior dentro da célula. Essa diferença, desses parâmetros, dentro e fora da célula são essenciais tanto para a célula se manter viva quanto para o funcionamento da célula. Como por exemplo os músculos, que somente conseguem gerar a contração muscular se a concentração de íons, dentro e fora da célula, forem diferentes. Essas diferenças precisam ser mantidas tanto para a célula viver quanto para manter os sistemas em funcionamento.
Lembrando que o meio interno do corpo humano é o liquido extracelular, que é formado pelo plasma e pelo liquido intersticial. A comunicação entre esses dois espaços (liquido intersticial e plasma) ela é diferente da comunicação entre o que está fora e o que está dentro da célula. Basicamente, a composição do plasma e do liquido intersticial são muito semelhantes, mas as composições extracelulares e intracelulares são muito diferentes. Um exemplo são as grandes proteínas (ou outros ânions), ou seja, moléculas negativamente carregadas, são muito mais concentradas dentro da célula do que no liquido intersticial (que na verdade possui muito poucas ou nenhuma proteína). E essa diferença de composição é importante, inclusive, para a célula gerar eletricidade, fenômeno chamado de bioeletrogênese. 
O que separa o meio interno do meio externo da célula?
A membrana celular, composta por uma bicamada lipídica e várias proteínas inseridas na membrana. Seus principais componentes são as proteínas e os lipídeos (fosfolipídeo sendo o principal), formando a bicamada, e existem proteínas atravessando a membrana (transmembrana) e proteínas mais acopladas a face externa ou interna, cada uma com suas funções. Mas muitas vezes, a proporção de proteínas em relação a lipídeos é muito maior, dependendo do tipo de célula. Então, o fosfolipídeo possui uma cabeça, do fosfato, que é hidrofílica e possui uma cauda lipídica que é hidrofóbica, e devido a essa natureza química eles se arranjam de maneira a forma a bicamada. Dessa forma, a posição hidrofílica fica em contato com a água, e a posição hidrofóbica fica internalizada na membrana. Devido a essa posição química da membrana, ela vai ser permeável a certos componentes e impermeável a outros, então de um modo geral, a membrana será impermeável a água ou a qualquer substância hidrossolúvel, por conta dessa composição lipídica, assim a célula é capaz de controlar o que entra e o que sai. Já o que é solúvel em lipídeos, consegue passar pela membrana.
O que determina o que pode passar pela membrana? 
O primeiro determinante é a natureza química da substancia, se é lipossolúvel atravessa facilmente, mas se for hidrossolúvel não conseguirá atravessar a membrana celular e nesse caso são necessários mecanismos de transporte por meio de proteínas. Então, um determinante é a natureza química da substância e o outro vão ser os mecanismos que vão promover o transporte dessa substância. Os tipos de transporte são: difusão, simples ou facilitada, transporte ativo primário e secundário. 
A difusão é a movimentação aleatória das moléculas, por conta da energia cinética delas, de onde está mais concentrado para onde está menos concentrado. Esse processo acontece até que toda a solução ter uma concentração homogênea dessa substancia. Não há gasto energético. O que movimenta a difusão é a energia cinética das moléculas se movimento aleatoriamente indo de onde está mais concentrado para onde está menos concentrado, sendo, então, um processo passivo. Existem, também, algumas substancias que conseguem atravessar a membrana por difusão, indo sempre do lado que está mais concentrado para o lado que está menos concentrado, esse transporte é chamado de difusão simples. Para as substâncias hidrossolúveis o transporte acontece através de proteínas, pois ela não se dissolve na membrana para atravessá-la espontaneamente. Então, uma maneira dessa substância se difundir, ainda dentro de difusão simples, é através de canais. Porém, os canais não permitem que tudo passe, pois são seletivos, deixando passar algumas substâncias e outras não, dependendo de sua conformidade química. Existem os canais que ficam sempre abertos (canais de vazamento) e os canais que possuem comportas (que ficam abertos em alguns momentos e fechados em outros. Os principais estímulos que regulam a abertura dessas comportas são ligantes (a substância se liga ao canal e ele se abre), voltagem e mecânico. Já o transporte da água ocorre através do processo chamado osmose, saindo de onde tem mais água e indo para onde tem menos água, ou para onde tem a maior concentração de soluto. Mas para atravessar a membrana, a água usa de canais, chamados de aquaporinas.
Existe um outro tipo de difusão através da membrana, a difusão facilitada, e como o nome mesmo sugere esse transporte é facilitado por alguma proteína transmembranica que, basicamente, captura a substância e a joga para o outro lado. Ocorre por meio de proteínas transportadoras, que mudam de conformação quando a substância se liga a ela e que mudam de conformação novamente jogando a substância para o meio intracelular. Nesse tipo de transporte, a proteína nunca irá promover um contato direto do meio externo com o meio interno, acontece em etapas. Um exemplo desse transporte é a passagem de glicose e aminoácidos. A glicose e os aminoácidos entram na membrana através de um transportador (que no caso da glicose é chamado GLUT).
Os outros dois tipos de transporte acontecem com gasto de energia (hidrólise de ATP). Isso é necessário pois esse transporte consegue transportar substâncias de onde ela está menos concentrada para onde está menos concentrada, por isso é preciso o uso de ATP, pois as substâncias estão indo contra o seu gradiente de concentração. Esse transporte é chamado de transporte ativo, e pode ser dividido em primário e secundário.
O transporte ativo primário vai precisar de energia da hidrolise do ATP e vai promover o transporte da substancia contra o seu gradiente de concentração. E um exemplo desse transporte é a Bomba de Sódio e Potássio. Nesse processo ocorre o transporte 3 íons Na para fora da célula, que se liga ao transportador, que com a hidrólise do ATP muda a sua conformação de modo a liberar o sódio para fora da célula. E, ao voltar para sua conformação original, ele carrega 2 íons K para dentro da célula. Há o gasto de energia pois o sódio está mais concentrado fora da célula, e mesmo assim o transportador ainda consegue jogar mais sódio para fora da célula, aumentando ainda mais a diferença de concentração.
Se 3 íons Na são transportados para fora ao mesmo tempo que 2 íons K são transportados para dentro da célula é gerado e mantido um gradiente de concentração de sódio e potássio (mais sódio fora e mais potássio dentro). Então, com gasto de energia a bomba joga sódio para fora, onde ele já é bastante concentrado, e potássio para dentro, onde ele também já é bastante concentrado. Isso é muito relevante para permitir que ocorra o transporte ativo secundário. 
No transporte ativo primário há um gasto direto do ATP, mas no transporte ativo secundário ela vai usar essa diferença de concentração para transportar outras substâncias. É um transporte que usa energia, mas não diretamente, pois não é o seu transportador que faz a hidrólise do ATP, ele usa a energia da diferença de concentração. Como por exemplo o transporte de sódio juntamente com a glicose. O sódio é mais concentrado fora do que dentro da célula, então, naturalmente, ele quer entrar na célula. Quando ele entra na célula, o transportador que levou o sódio para dentro (a favordo gradiente de concentração) leva também a glicose junto. Nesse caso, as duas substâncias estão se movendo para o mesmo lado, sendo chamado de cotransporte. Quando as substâncias estão se movendo no sentido oposto é chamado de contratransporte (ex.: o sódio entra e o cálcio sai da célula).
Como a difusão facilitada e o transporte ativo dependem de proteínas para realizar o transporte, e por esse motivo, esse transporte pode saturar. Isso quer dizer que em algum momento se a exigência de transporte for muito alta, os transportadores não dão conta de realizar todos os transportes. Quanto maior a concentração de uma substância, maior é a sua taxa de transporte, mas chega um ponto em que todos os transportadores já estão ocupados transportando essa substância, então mesmo aumente a concentração fora da célula, a taxa de transporte não aumenta.