Cap 4 o transporte de susbtâncias através das membranas celulares GUYTON

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O transporte de substancias através das membranas celulares
O liquido extracelular contem grande quantidade de sódio, e pouca de potássio. O oposto é exatamente valido para o liquido intracelular. O liquido extracelular tem grande quantidade de íons cloreto, já o liquido intracelular tem pouco. Porem fosfato e proteínas tem mais no liquido intracelular do que extracelular.
Algumas substâncias podem atravessar a bicamada lipídica da MP dispersando-se através da substancia lipídica. Isso ocorre principalmente com substancias lipossolúveis.
As moléculas de proteína na membrana: suas estruturas moleculares interrompem a continuidade da bicamada lipídica, representando uma via alternativa pela MP. Algumas contem espaços aquosos por toda a extensão da molécula, permitindo o livre movimento da agua, bem como de íons ou moléculas selecionadas; elas são referidas como proteínas canais. Outras, conhecidas como proteínas transportadoras, se ligam as moléculas ou aos íons a serem transportados. Ambas são extremamente seletivas para os tipos de moléculas ou de íons que será permitido atravessar a membrana.
Principais íons a se saber:
	
	LIQ EXTRACELULAR
	LIQ INTRACELULAR
	Na
	142 mEq/L
	10 mEq/L
	K
	4 mEq/L
	140 mEq/L
	Ca
	2,4 mEq/L
	0,0001 mEq/L
	Cl
	103 mEq/L
	4 mEq/L
“Difusão versus Transporte Ativo”
Difusão significa o movimento molecular aleatório de substancias, molécula a molécula, através dos espaços intramoleculares da membrana. A energia causadora da difusão é a energia da movimentação cinética normal da matéria.
Transporte ativo significa o movimento dos íons ou de outras substancias, através da MP em combinação com uma proteína transportadora, de modo tal que a proteína transportadora faz com que a substancia se mova em direção oposta à de um gradiente de energia, de baixa concentração para um estado de alta concentração. Esse movimento requer uma fonte adicional de energia, além da energia cinética.
Difusão
Uma só molécula colide violentamente com outras moléculas, sempre aleatoriamente, colidindo milhares de vezes a cada segundo. Esse movimento contínuo de moléculas umas contra as outras nos líquidos ou nos gases chamamos de difusão.
Difusão através da membrana celular
Existem dois subtipos: difusão simples e difusão facilitada. A difusão simples é que o movimento cinético das moléculas ou dos íons ocorre através de aberturas na membrana, sem que ocorra qualquer interação com as proteínas transportadoras de membrana.
A difusão facilitada requer interação com uma proteína transportadora.
A difusão simples pode ocorrer através da membrana celular por duas vias: (1) pelos interstícios da bicamada lipídica, se a substancia é lipossolúvel, e (2) pelos canais aquosos que penetram por toda a espessura da membrana.
Um dos fatores mais importantes que determinam quão rapidamente a substancia se difunde pela bicamada lipídica é a lipossolubilidade dessa substancia. As lipossolubilidades do oxigênio, do nitrogênio, dióxido de carbono e álcool, por exemplo, são altas; todas elas podem se dissolver diretamente na bicamada lipídica e se difundir através da membrana celular.
A agua passa com facilidade pelos canais das moléculas de proteínas que penetram por toda a espessura das membranas.
Outras moléculas insolúveis em lipídeos podem passar pelos canais dos poros das proteínas do mesmo modo que as moléculas de agua, caso sejam hidrossolúveis e suficientemente pequenas.
Difusão pelos canais proteicos e as “comportas” desses canais
Os poros são compostos por proteínas integrais da membrana celular que formam tubos abertos através da membrana e que ficam sempre abertos. O diâmetro do poro e sua carga elétrica fornecem seletividade que permite a passagem de apenas algumas moléculas. Por exemplo, poros proteicos – aquaporinas ou canais de agua – permitem a passagem rápida de agua através da membrana celular. Tem pelo menos 13 tipos diferentes de aquaporinas em varias células do corpo. Elas têm um poro estreito que permite a difusão de moléculas de agua através da membrana em fila única.
As proteínas canais são distinguidas por duas características importantes: (1) elas em geral são seletivamente permeáveis a certas substancias, e (2) muitos dos canais podem ser abertos ou fechados por comportas que são reguladas por sinais elétricos (canais dependentes de voltagem) ou químicos que se ligam a proteínas do canal (canais dependentes de ligantes).
Muitas das proteínas canais são altamente seletivas para o transporte de um ou mais íons ou moléculas especificas.
Canais de potássio permitem a passagem de íons potássio, através da membrana celular, aproximadamente 1000 vezes mais facilmente do que permitem íons sódio. Eles tem estrutura tetramérica, consistindo em 4 subunidades proteínas idênticas, envolvendo o poro central. No topo do poro do canal existem alças que formam o filtro de seletividade estreita. Revestindo o filtro de seletividade encontram-se oxigênios carbonílicos.
Os diferentes filtros de seletividade para os vários tipos de canais iônicos são determinantes, na especificidade do canal para cátions ou ânions, o para íons particulares, tais como Na+, K+ e Ca++, que ganham acesso ao canal. 
No canal de sódio, a superfície interna desse canal tem forte carga negativa, que pode puxar os íons sódio desidratados para dentro desses canais, na verdade afastando os íons sódio das moléculas de agua que os hidratam.
As comportas das proteínas canais fornecem meio para controlar a permeabilidade iônica dos canais.
A abertura e fechamento desses canais podem ser controlados por dois modos:
Por variações da voltagem – potenciais de ação em fibras nervosas.
Por controle químico (por ligantes) – efeito da acetilcolina no canal da acetilcolina. É extremamente importante para a transmissão dos sinais nervosos de célula nervosa para outra e das células nervosas para as células musculares.
O canal conduz ou não corrente elétrica, ou seja, é do tipo “tudo ou nada”. Ou seja, a comporta do canal livre de estalo e em seguida fecha também de estalo, com cada período do estado aberto do canal durando apenas frações de milissegundos a vários milissegundos. Em determinado potencial de voltagem, o canal pode permanecer fechado por todo o tempo, ou por quase todo o tempo, enquanto em outro nível de voltagem pode permanecer aberto por todo o tempo, ou por quase todo o tempo.
Difusão Facilitada
Também conhecida como difusão mediada por transportador porque a substancia que é transportada por esse processo se difunde através da membrana usando uma proteína transportadora específica para auxiliar. Isto é, o transportador facilita a difusão da substância para o outro lado.
Ela difere de modo importante da difusão simples, pois: apesar de a velocidade da difusão simples, através de um canal aberto, aumentar em proporção direta à concentração da substancia difusora, na difusão facilitada a velocidade da difusão tende a um máximo, designado como Vmax, à medida que a concentração da substancia difusora aumenta.
O que limita a velocidade da difusão facilitada? A proteína transportadora tem um poro suficientemente grande para transportar a molécula específica por parte de seu trajeto. Tem também um receptor de ligação na parte interna da proteína transportadora. A molécula a ser transportada entra no poro e se liga. Então, em fração de segundo, ocorre alteração conformacional ou química na proteína transportadora, de forma que o poro agora se abre para o lado oposto da membrana. Em razão da ligação do receptor ser fraca, a movimentação térmica da molécula ligada faz com que esta se separe e seja liberada no lado oposto da membrana. A velocidade com que moléculas podem ser transportadas por esse mecanismo nunca pode ser maior do que a velocidade com que a molécula de proteína transportadora pode se alterar entre suas duas conformações.
As substâncias mais importantes de difusão facilitada são a glicose e a maioria dos aminoácidos. No caso da glicose, pelo menos cinco moléculas transportadorasjá foram descobertas em vários tecidos. A molécula transportadora de glicose 4 (GLUT4) é ativada pela insulina, que pode aumentar em 10 a 20 vezes a velocidade da difusão facilitada da glicose nos tecidos sensíveis a insulina.
Fatores que afetam a velocidade efetiva da difusão
A intensidade da difusão efetiva é proporcional à diferença de concentração através da membrana.
	Difusão efetiva: ([ ] ext – [ ] int)
Efeito do potencial elétrico da membrana sobre a difusão dos íons – O “potencial de Nernst”
Se um potencial elétrico for aplicado através da membrana, a carga elétrica dos íons faz com que eles se movam através da membrana mesmo que não exista diferença de concentração para provocar esse movimento.
Algumas vezes diferenças consideráveis de pressão se desenvolvem entre os dois lados de membrana difusível. Isso ocorre, por exemplo, na membrana capilar sanguínea, em todos os tecidos do corpo. A pressão é cerca de 20 mmHg maior dentro do capilar do que fora. Isso é causado por grande numero de moléculas se chocando a cada segundo com um dos lados da membrana do que no outro lado.
Osmose através de membranas seletivamente permeáveis – “difusão efetiva” de água
A agua se difunde usualmente nas duas direções, e é tão balanceada que o movimento efetivo de agua é zero. Consequentemente, o volume da célula permanece constante. Porem, sob certas circunstancias, pode-se desenvolver diferença de concentração da agua através da membrana. Quando isso ocorre, passa a existir movimento efetivo de agua através da membrana celular, fazendo com que a célula inche ou encolha. Esse processo efetivo de movimento da agua causado por diferença de concentração é denominado osmose.
A quantidade exata de pressão necessária para interromper a osmose é conhecida como pressão osmótica da solução de cloreto de sódio. A pressão osmótica exercida pelas partículas em solução, sejam elas moléculas ou íons, é determinada pelo numero dessas partículas por unidade de volume de liquido, e não pela massa das partículas.
“Osmolaridade” – O osmol: para expressar a concentração da solução em termos do numero de partículas, a unidade chamada osmol é usada no lugar de gramas.
“Transporte Ativo” de substâncias através das membranas
É quando a membrana celular transporta as moléculas ou íons “para cima”, contra um gradiente de concentração.
É o caso de muitos íons (sódio, potássio, cálcio, ferro, hidrogênio, cloreto, urato), vários açúcares diferentes e a maioria dos aminoácidos.
É dividido em dois tipos de acordo com a fonte de energia usada para causar o transporte:
Transporte ativo primário: a energia é derivada diretamente da degradação de ATP ou qualquer outro composto de fosfato com alta energia.
Transporte ativo secundário: a energia é derivada secundariamente da energia armazenada na forma de diferentes concentrações iônicas de substancias moleculares secundarias ou iônicas entre os dois lados da membrana da célula, gerada originalmente por transporte ativo primário.
Nos dois casos o transporte depende de proteínas transportadoras, mas elas funcionam de modo distinto das da difusão facilitada, porque são capazes de transferir energia para a substância transportada para movê-la contra o gradiente eletroquímico.
Transporte ativo primário
Exemplos: sódio, potássio, cálcio, hidrogênio, cloreto e alguns outros íons.
Bomba de sódio-potássio
Bombeia íons sódio para fora, pela membrana celular de todas as células, e ao mesmo tempo bombeia íons potássio de fora para dentro. É a responsável pela manutenção das diferenças de concentração entre o sódio e o potássio através da membrana celular, bem como pelo estabelecimento da voltagem elétrica negativa dentro das células.
A proteína transportadora é complexo de duas proteínas globulares distintas: a maior é chamada subunidade α e a menor a subunidade β. A subunidade α tem 3 características especificas importantes para o funcionamento da bomba:
Contem 3 locais receptores para a ligação de íons sódio a porção da proteína que se projeta para dentro da célula.
Contem 2 locais receptores para os íons potássio na sua porção externa.
A porção interna dessa proteína, perto do local de ligação do sódio, tem atividade ATPase.
Quando 2 íons potássio se ligam a parte interna da proteína transportadora e 3 íons sódio se ligam a parte interna, a função de ATPase da proteína é ativada. Isso cliva uma molécula de ATP, liberando uma ligação fosfato de alta energia. Isso causa alteração química e conformacional da molécula da proteína transportadora, extrudando os três íons sódio para fora e os dois íons potássio para dentro.
A bomba Na+/K+ ATPase pode funcionar de forma inversa. Caso os gradientes eletroquímicos para o Na+ e o K+ sejam experimentalmente aumentados, esses íons vão reduzir seus gradientes de concentrações e a bomba Na+/K+ vai sintetizar o ATP a partir do ADP e do fosfato. A forma fosforilada da bomba Na+/K+ pode tanto doar seu fosfato para o ADP para produzir ATP quanto usar a energia para mudar sua estrutura e bombear o Na+ para fora da célula e o K+ para dentro da célula.
A bomba Na+/K+ é importante para o controle do volume celular: sem a função dessa bomba, a maioria das células do corpo incharia ate estourar. Dentro da célula, existe grande numero de proteínas e outras moléculas orgânicas que não podem sair das células, e a maioria tem carga negativa, assim atraindo grande numero de potássio, sódio e outros íons positivos. Todas essas moléculas e íons vão provocar osmose de agua para o interior da célula, podendo inchar a célula ate estourar. Para impedir que isso ocorra existe a bomba Na+/K+.
Transporte ativo primário dos íons cálcio: Bomba de cálcio
O cálcio é mantido nas condições normais em baixas concentrações no citosol intracelular. Isso resulta de duas bombas de cálcio. Uma está na membrana celular, transportando íons para o exterior. A outra bombeia os íons cálcio para dentro de uma ou mais organelas, como RE e mitocôndrias. A proteína transportadora atua como enzima ATPase também.
Transporte ativo primário dos íons hidrogênio
Em dois locais do corpo ele é importante:
Nas glândulas gástricas, as células parietais das camadas mais profundas do estomago. São a base para secreção de acido clorídrico.
Nos túbulos distais finais e nos ductos coletores corticais dos rins. Grandes quantidades de íons hidrogênio são secretadas do sangue para a urina, para promover a eliminação do excesso de íons hidrogênio dos líquidos corporais.
Transporte ativo secundário – Cotransporte e contratransporte
Cotransporte: O gradiente de concentração dos íons sódio representa um reservatório de energia porque o excesso de sódio do lado de fora da membrana celular esta sempre tentando se difundir para ao interior. Sob condições apropriadas, essa energia da difusão do sódio pode empurrar outras substancias, junto com o sódio, através da membrana celular. 
Para o sódio levar consigo outras substancias, é necessário um mecanismo de ligação, realizado por meio de outra proteína transportadora. Uma vez que ambos os íons estejam ligados, o gradiente de concentração do íon sódio faz com que o íon sódio e a outra substancia a ser transportada entrem para o interior da célula.
A glicose e muitos aminoácidos são transportados para dentro das células contra grandes gradientes de concentração.
Cotransporte sódio-glicose. No epitélio de células renais e intestinais.
Cotransporte de sódio dos aminoácidos. Também em células renais e intestinais, para promover absorção dessas substâncias para o sangue.
Cotransporte dos íons cloreto, iodo, ferro e íons urato.
Contratransporte: os íons sódio tentam outra vez se difundir para o interior da célula devido a seu grande gradiente de concentração. Mas dessa vez a substancia a ser transportada esta no interior da célula e deve ser transportada para o exterior. Então o sódio se liga a parte externa e a substancia ao lado interno da proteína transportadora.
Contratransporte de sódio-cálcio: em todas ou quase todas as membranas celulares.
Contratransportede sódio-hidrogênio: em vários tecidos, principalmente túbulos proximais dos rins.
Transporte ativo através das camadas celulares
Em vários locais do corpo, as substancias devem ser transportadas através de toda a espessura das camadas de células, em vez de simplesmente através da membrana celular. Ocorre através dos epitélios (1)intestinal, (2) tubular renal, (3) todas as glândulas exócrinas, (4) vesícula biliar e (5) da membrana do plexo coroide do cérebro e outras membranas.
O mecanismo básico: (1) transporte ativo através da membrana celular de um lado das células transportadoras nas camadas e, então, (2) difusão simples ou difusão facilitada através da membrana no lado oposto da célula.