INTERAÇÕES ENTRE AS CÉLULAS E O AMBIENTE EXTRACELULAR

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INTERAÇÕES ENTRE AS CÉLULAS E O AMBIENTE EXTRACELULAR
Flávia Hoffmann
Biomédica
AMBIENTE EXTRACELULAR
O ambiente extracelular que circula as célula consiste num compartimento líquido, no qual as moléculas estão dissolvidas, e numa matriz de polissacarídeos e proteínas, que confere forma aos tecidos.
Interações entre o ambiente intracelular e extracelular ocorrem através de membrana plasmática.
O ambiente extracelular inclui todos os componentes do organismo localizados fora das células.
As células do nosso corpo necessitam receber nutrientes e desfazer-se de seus produtos residuais através do ambiente extracelular
LÍQUIDOS ORGÂNICOS
Cerca de 67% do total da água corporal estão contidos no interior das células.
Os 33% restantes do total da água corporal estão no ambiente extracelular.
Cerca de 20% desse líquido extracelular está contido no interior dos vasos do sistema circulatório (plasma sanguíneo).
Os 80% restantes estão localizados fora do sistema vascular. denominado líquido intersticial.
LÍQUIDOS ORGÂNICOS
O líquido intersticial está localizado numa matriz extracelular gelatinosa.
O oxigênio, os nutrientes e as moléculas reguladoras transportados pelo sangue devem primeiro passar pelo líquido intersticial antes de atingir as células do organismo.
Do mesmo modo, os produtos residuais e as secreções hormonais das células devem passar primeiro pelo líquido intersticial antes de atingir o plasma sanguíneo.
MATRIZ EXTRACELULAR
As células que compõem os órgãos do nosso corpo encontram-se localizados no material extracelular de tecidos conjuntivos – matriz extracelular.
Constituído por fibras de proteínas, de colágeno e elastina, assim como de uma substância fundamental gelatinosa.
O gel é composto por glicoproteínas e proteoglicanos (Polissacarídeos e água).
MEMBRANA PLASMÁTICA
A membrana plasmática separa o ambiente intracelular do extracelular.
Algumas moléculas intracelulares podem penetrar na célula, outras não. Por esta razão, a membrana plasmática é SELETIVAMENTE PERMEÁVEL.
Geralmente a membrana plasmática não é seletiva: proteínas, ácidos nucléicos e outras moléculas fundamentais para a célula.
A membrana plasmática é seletivamente permeável a determinados íons, permitindo correntes eletroquímicas que cruzam a membrana sejam utilizadas para a produção de impulsos na células nervosas e musculares.
MEMBRANA PLASMÁTICA
As moléculas de proteína na membrana apresentam propriedades totalmente diferentes para transporte de substâncias
Suas estruturas moleculares interrompem a continuidade da bicamada lipídica, representando uma via alternativa através da membrana celular.
Algumas proteínas contêm espaços aquosos por toda a extensão da molécula, permitindo o livre movimento da água, íons e outras moléculas pequenas – PROTEÍNAS CANAIS
Outras proteínas se ligam a moléculas ou íons a serem transportados e alteram sua conformação estrutural para moverem a substância até o outro lado da membrana – PROTEÍNAS CARREADORAS OU TRANSPORTADORAS
MEMBRANA PLASMÁTICA
Os mecanismos envolvidos no transporte de membrana e íons podem ser divididos em 2 categorias:
Transporte mediado por carreador: Divido em:
Difusão facilitada
Transporte Ativo
Transporte não mediado por carreador: Divido em:
Difusão simples
Osmose
MEMBRANA PLASMÁTICA
DIFUSÃO: significa o movimento molecular aleatório de substâncias, molécula a molécula, através dos espaços intramoleculares da membrana ou em combinação com proteínas carreadoras.
TRANSPORTE ATIVO: o movimento dos íons ou de outras substâncias, através da membrana em combinação com uma proteína carreadora faz com que a substância se mova em direção oposta à de um gradiente de energia, necessitando de uma fonte de energia adicional além da energia cinética normal da matéria.
MEMBRANA PLASMÁTICA
Os processos de transporte da membrana também podem ser divididas por suas demandas energéticas:
TRANSPORTE PASSIVO: movimento de moléculas e íons através de uma membrana da área de maior concentração para de menor concentração. NÃO exige energia metabólica. Inclui:
Difusão simples, Osmose e Difusão facilitada.
TRANSPORTE ATIVO: movimento através de uma membrana que ocorre contra um gradiente de concentração (em direção à região de menor concentração para a de maior concentração).
O transporte ativo exige o consumo de energia metabólica (ATP) e envolve proteínas carreadoras específicas.
TRIFOSFATO DE ADENOSINA
O ATP é um nucleotídeo composto de:
Base nitrogenada – Adenina
Açúcar pentose – Ribose
Três radicais Fosfato
Quando o ATP libera energia, um radical de ácido fosfórico se separa, formando ADP (difosfato de adenosina).
Essa energia liberada é usada para energizar praticamente todas as outras funções da célula.
Para reconstituir o ATP celular que foi consumido, a energia derivada dos nutrientes celulares é usada para recombinar o ADP e o ácido fosfórico, formando ATP.
DIFUSÃO E OSMOSE
A difusão líquida de uma molécula ou de um íon através de uma membrana celular sempre ocorre na direção de sua menor concentração.
Moléculas não-polares podem penetrar a barreira fosfolipídica e íons inorgânicos pequenos podem passar através de canais da membrana.
A difusão líquida da água através de uma membrana denomina-se osmose.
DIFUSÃO E OSMOSE
Moléculas numa solução encontram-se num estado constante de movimento aleatório em virtude de sua energia térmica – difusão.
A difusão tende a dispersar as moléculas de modo homogêneo dentro de um determinado volume.
Sempre que existem diferença de concentração entre duas regiões de uma solução, a difusão tende a eliminar o gradiente e distribuir as moléculas de um modo uniforme.
DIFUSÃO ATRAVÉS DA MEMBRANA PLASMÁTICA
Como a membrana plasmática é constituída basicamente por uma camada dupla de fosfolipídios, as moléculas não-polares (O2 e hormônios esteróides), conseguem passar com facilidade de um lado para outro da membrana.
Moléculas pequenas que possuem ligações polares covalentes, mas que não são carregadas (CO2, uréia, etanol) também são capazes de penetrar a camada dupla de fosfolipídios.
A água pode fundir através da membrana plasmática por causa de seu tamanho pequeno e de sua ausência de carga. Às vezes, a água recebe ajuda de canais específicos – OSMOSE.
DIFUSÃO ATRAVÉS DA MEMBRANA PLASMÁTICA
Moléculas polares grandes (glicose) não conseguem passar através da membrana plasmática, exigindo proteínas carreadoras na membrana para o transporte.
Para os íons inorgânicos carregados (Na+ e K+) a membrana também é impermeável, necessitando de minúsculos canais iônicos que são disponibilizados por proteínas em toda a extensão da membrana.
DIFUSÃO ATRAVÉS DA MEMBRANA PLASMÁTICA
VELOCIDADE DE DIFUSÃO
A velocidade com que a difusão ocorre, medida pelo número de moléculas dispersas que passam através de uma membrana por unidade de tempo, depende:
Magnitude da diferença de concentração de um lado a outro da membrana
Permeabilidade da membrana às substâncias dispersas
Temperatura da solução
Área superficial da membrana através da qual as substâncias se difundem
OSMOSE
É a difusão da água através da membrana.
Existe duas exigências para que a osmose ocorra:
Deve haver uma diferença de concentração de um soluto entre os dois lados de uma membrana seletivamente permeável
A membrana deve possuir determinada impermeabilidade ao soluto
Aquaporinas - são canais de água especiais que permitem um movimento mais rápido da água.
OSMOSE
O que vocês acham?
É melhor a água passar
para o lado menos diluído
ou o soluto passar para
o lado menos concentrado?
TRANSPORTE MEDIADO POR CARREADORES (TRANSPORTADORES)
O transporte mediado por carreadores pode ser de duas formas:
A favor do gradiente de concentração – Transporte Passivo – Difusão facilitada
Contra o gradiente de concentração – Transporte Ativo – Bomba de Sódio-Potássio
Transporte Ativo Primário
Transporte
Ativo Secundário
TRANSPORTE MEDIADO POR CARREADORES (TRANSPORTADORES)
As proteínas carreadoras tem a função de transportar moléculas polares e grandes do ambiente extracelular para dentro da célula.
Estão localizadas na membrana plasmática.
As proteínas carreadoras interagem apenas com moléculas específicas.
Quando a concentração de uma molécula transportada aumenta, sua velocidade também aumenta, mas até um valor máximo, denominado Transporte máximo (Tm).
TRANSPORTE MEDIADO POR CARREADORES (TRANSPORTADORES)
DIFUSÃO FACILITADA:
É impulsionada pela energia cinética normal das moléculas dispersas e envolve o transporte do lado com maior concentração para o de menor concentração.
A ATP não é necessária na difusão facilitada.
Este tipo de transporte indica competição e saturação das moléculas envolvidas.
TRANSPORTE MEDIADO POR CARREADORES (TRANSPORTADORES)
TRANSPORTE ATIVO:
Às vezes, é necessário grande concentração de uma substância no líquido intracelular, embora o líquido extracelular só contenha baixa concentração – K+
De modo contrário, é importante manter baixas concentrações no líquido extracelular seja alta – Na+
Nenhum desses dois efeitos pode ocorrer por difusão, porque com o passar do tempo, a difusão tende a equilibrar a concentração nos dois lados da membrana
Neste caso, alguma fonte de energia é necessário para causar o deslocamento destas substâncias
TRANSPORTE MEDIADO POR CARREADORES (TRANSPORTADORES)
TRANSPORTE ATIVO:
Os revestimentos epiteliais do intestino delgado e dos túbulos renais movem a glicose do lado de menor concentração para o de maior concentração do espaço no interior do tubo (lúmen) para o sangue.
Todas as células expulsam o Ca+ que é cerca de mil a dez mil vezes menor que a sua concentração extracelular.
Este transporte exige o consumo de energia celular obtida pelo ATP.
TRANSPORTE MEDIADO POR CARREADORES (TRANSPORTADORES)
O Transporte Ativo 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 do ATP.
Transporte Ativo Secundário: a energia é derivada secundariamente da energia armazenada na forma de diferentes concentrações iônicas de substâncias moleculares secundárias ou iônicas, entre os dois lados da membrana celular.
TRANSPORTE MEDIADO POR CARREADORES (TRANSPORTADORES)
TRANSPORTE ATIVO PRIMÁRIO:
Ocorre quando a hidrólise da ATP é exigida diretamente para a função dos carreadores.
Ocorre o seguinte evento: 
A molécula a ser transportado liga-se a um “sítio de reconhecimento” específico num lado da proteína carreadora;
Essa ligação estimula a decomposição da ATP, a qual acarreta a fosforilação da proteína carreadora;
Causando uma alteração na sua forma e um tipo dobradiça da proteína carreadora libera a molécula no lado oposto da membrana.
TRANSPORTE MEDIADO POR CARREADORES (TRANSPORTADORES)
TRANSPORTE ATIVO PRIMÁRIO – BOMBA SÓDIO-POTÁSSIO:
Essa proteína carrega uma enzima ATPase que converte a ATP em ADP, expulsando 3 íons sódio da célula enquanto transporta 2 íons potássio para seu interior.
Esse transporte depende de energia porque o sódio está mais concentrado no exterior da célula e o potássio mais no interior da célula.
Ocorre um transporte contra o gradiente de concentração.
TRANSPORTE MEDIADO POR CARREADORES (TRANSPORTADORES)
TRANSPORTE ATIVO PRIMÁRIO – BOMBA SÓDIO-POTÁSSIO:
Funções:
O gradiente alto de sódio é utilizado para fornecer energia para o “transporte acoplado” de outras moléculas;
Sua atividade pode ser ajustada para regular o consumo calórico de repouso e a taxa metabólica basal do organismo;
Os gradientes de concentração do Na+ e do K+ de um lado a outro das membranas plasmáticas dos neurônios e das células musculares são utilizados para produzir impulsos eletroquímicos necessários para as funções do nervos e músculos;
A expulsão ativa do Na+ é importante por razões osmóticas. Quando a bomba pára, a concentração aumenta de Na+ no interior das células promovendo o influxo osmótico de água, lesando a célula.
TRANSPORTE MEDIADO POR CARREADORES (TRANSPORTADORES)
TRANSPORTE ATIVO PRIMÁRIO – ÍONS CÁLCIO:
Em condições normais, o cálcio apresenta concentrações muito baixas no meio intracelular.
Necessitando de transporte ativo primário por duas bombas de cálcio.
Uma bomba está na membrana celular, transportando cálcio para o exterior. A outra bombeia cálcio para dentro de uma ou mais organelas vesiculares intracelulares da célula.
Em cada um desses casos, a proteína carreadora atravessa a membrana e atua como enzima ATPase, tendo a mesma capacidade de clivar o ATP em ADP.
TRANSPORTE MEDIADO POR CARREADORES (TRANSPORTADORES)
TRANSPORTE ATIVO SECUNDÁRIO (TRANSPORTE ACOPLADO):
Obtêm-se energia necessária para o movimento “ascendente” de uma molécula a partir do transporte “descendente” do Na+ para o interior da célula.
Cotransporte: quando duas moléculas se movem na mesma direção.
Contratransporte: quando uma das moléculas se movem em direção oposta da outra.
TRANSPORTE MEDIADO POR CARREADORES (TRANSPORTADORES)
TRANSPORTE ATIVO SECUNDÁRIO – COTRANSPORTE
Quando o sódio é transportado para fora da célula por transporte ativo primário alta concentração de sódio fica fora da célula e baixa concentração fica dentro da célula.
Esse gradiente de concentração representa um reservatório de energia, porque o excesso de sódio (fora) está sempre tentando se difundir para o interior.
Essa energia de difusão do sódio pode empurrar outras substâncias, junto com o sódio, através da membrana celular - COTRANSPORTE
TRANSPORTE MEDIADO POR CARREADORES (TRANSPORTADORES)
TRANSPORTE ATIVO SECUNDÁRIO – COTRANSPORTE:
Para o sódio levar consigo outras substâncias é necessário um mecanismo de ligação.
Esse mecanismo é alcançado por meio de outra proteína transportadora na membrana celular.
O transportador atua como local de ligação para o íon sódio e para a substância a ser cotransportada.
Uma vez ligadas, o gradiente de energia do sódio faz com que as duas substâncias entrem na célula.
TRANSPORTE MEDIADO POR CARREADORES (TRANSPORTADORES)
TRANSPORTE ATIVO SECUNDÁRIO – CONTRATRANSPORTE:
Os íons sódio tentam outra vez se difundir para o interior da célula, devido a seu gradiente de concentração.
Entretanto, desta vez, a substância a ser transportada está na parte interna da célula e deve ser transportada para o lado de externo.
Neste caso, o íon sódio se liga à proteína transportadora onde se projeta para o exterior da membrana, enquanto a substância a ser contratransportada se liga na proteína para se projetar para o interior da célula.
Uma vez ambas ligadas, ocorre alteração conformacional na proteína e a energia liberada faz com que cada substância seja transportada para seu lado de interesse.
TRANSPORTE MEDIADO POR CARREADORES (TRANSPORTADORES)
REFERÊNCIAS
FOX, Stuart Ira. Fisiologia humana. 7. ed. Barueri, SP: Manole, 2007.
GUYTON, Arthur C.,. Fisiologia humana. 6. ed. Rio de Janeiro: Guanabara, 2008.
GUYTON, Arthur C.,; HALL, John E. Fisiologia humana e mecanismos das doenças. 5. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1993.
GUYTON, Arthur C.,; HALL, John E. Fisiologia humana e mecanismos das doenças. 6. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1998.