Difusão e Campo Elétrico na Membrana Celular

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ISSN: 1677-2318 
 
No. 01 
Public. 09/04/2010 
Artigo A 
 
 
 
DIFUSÃO E CAMPO ELÉTRICO NA MEMBRANA CELULAR: 
CONSTRUÇÃO DE MODELOS DIDÁTICOS FUNCIONAIS 
 
 
 
 
Paulo Henrique Santos Sartori1 e Élgion Lúcio Silva Loreto2 
 
 
 
1. Doutorando do PPG em Educação em Ciências: Química da Vida e Saúde, Universidade Federal de 
Santa Maria. Endereço para contato: Departamento de Química. Prédio 18, sala 2425, CEP: 97105-
900 – Santa Maria/RS/Brasil. E-mail: phssartori@gmail.com 
2. Departamento de Biologia, PPG em Educação em Ciências: Química da Vida e Saúde, 
Universidade Federal de Santa Maria. Endereço para contato: Prédio 16 B2, CEP: 97105-900 – Santa 
Maria/RS/Brasil. E-mail: elgion.loreto@pesquisador.cnpq.br 
 
 
 
 
Resumo: 
Propõe-se a construção de alguns dispositivos simples que poderão ser usados na 
investigação do fluxo de íons através de uma membrana explorando a influência dos 
fenômenos da difusão e do campo elétrico. Este modelo permite simular e visualizar 
processos eletroquímicos que ocorrem na membrana celular e explorar, por meio de 
atividades sugeridas, os principais elementos e variáveis envolvidos. Espera-se, assim, 
promover uma maior interação com a teoria, bem como, contribuir para uma melhor 
compreensão dos fenômenos de transportes passivo e ativo. 
Palavras-chave: Membrana celular; difusão; campo elétrico; modelo funcional. 
 
 
 
 
Abstract: 
This study proposes some simple devices that can be used in the investigation of the flow 
of ions through a membrane exploring the influence of the diffusion and electric field 
phenomena. This functional model allows to simulate and visualize electrochemical 
processes that happen in the cellular membrane, as also to explore the main elements and 
variables involved in it, by means of suggested activities. These activities aim to promote a 
larger interaction with the theory, while contributing for a better understanding of the 
passive and active transports. 
Keywords: Cellular membrane; diffusion; electric field; functional model. 
 
 Sartori, P.H.S. & Loreto, E.L No.01/2010 A2 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
 Inúmeros estímulos provenientes do ambiente nos atingem e, mediados pelos 
sentidos, produzem respostas específicas. Por exemplo, estímulos físicos tais como a luz 
(onda eletromagnética cujos fótons desencadeiam o mecanismo da visão) e o som (onda 
mecânica que promove o processo da audição); estímulos químicos (moléculas que ativam 
o olfato e o paladar) atingem células especializadas que interagem cada qual com um 
estímulo específico transformando-os em impulsos elétricos. Tais impulsos correspondem a 
informações codificadas que regularão ações correspondentes. 
Na base destes fenômenos de interface entre o mundo biológico e o físico, e também 
de toda a fisiologia neuro-motora, está a capacidade, ou melhor, a potencialidade de 
determinadas células, mais especificamente de suas membranas envoltórias, alterarem seu 
estado de equilíbrio eletrostático (chamado de potencial de repouso) para um estado 
dinâmico (chamado potencial de ação) de passagem de íons, que gera e propaga o impulso 
elétrico. Em resumo, tudo depende do fluxo de íons através da membrana celular. 
Uma das questões mais intrigantes a respeito do estudo do transporte de 
substâncias, moléculas e íons através da membrana celular é o fato de que, em alguns 
casos, tais elementos fluem entre os meios intra e extracelular de maneira direta e, em 
outros, há necessidade de consumir energia para que o processo ocorra. Seres humanos e 
animais despendem uma grande quantidade de energia metabólica (cerca de 20% da taxa 
metabólica basal) para manter o excesso de íons nos lados externo e interno da superfície 
celular e as diferenças entre as concentrações iônicas dentro e fora da célula [1]. 
O que difere estas circunstâncias depende basicamente de alguns fatores como: 
tamanho da molécula ou íon, concentração destes dentro e fora da célula, temperatura, 
seletividade (permeabilidade) da membrana. Mas a questão básica é: por que, em certos 
casos, a célula tem que “pagar” com energia de ATPs (adenosina trifosfato) para fazer 
pequenos íons, que facilmente atravessam a membrana, passarem de um lado para outro? 
Vejamos inicialmente as relações entre estas variáveis e os principais elementos e 
fenômenos envolvidos e, posteriormente, simular algumas situações para melhor 
compreensão desta questão. 
 
MÉTODOS 
 
1. Composição e Estrutura da Membrana Celular 
A membrana celular (citoplasmática) é constituída por um mosaico de moléculas 
protéicas incrustadas em uma bicamada de fosfolipídios de consistência fluídica (Figura 1). 
Esse modelo da membrana, conhecido como mosaico fluido, apresenta moléculas com uma 
cabeça polar (hidrofílica) e caudas apolares (hidrofóbicas) - os fosfolipídios. Na presença de 
água, estas moléculas se organizam espontaneamente de modo que os componentes 
hidrofóbicos voltam-se para dentro da bicamada (caudas) e os hidrofílicos para a água 
(cabeça). Vários tipos de proteínas, com as mais diversificadas propriedades funcionais, 
estão espalhados na bicamada fosfolipídica. Todas as membranas compartilham entre si, 
propriedades fundamentais, mas de acordo com o tipo de célula, possuirá atividades 
biológicas específicas [2]. 
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Figura 1 – Micrografia eletrônica da membrana celular (de uma hemácia humana) 
vista em corte transversal (a). Representação tridimensional da membrana celular (b). 
Estrutura molecular espacial de um fosfolipídio (c) onde, geralmente, a cabeça é formada por 
colina, fosfato e glicerol e as caudas, por ácidos graxos. Adaptado de Daniel S. Friend, 
extraído de [3]. 
 
A membrana celular funciona como uma espécie de barreira semipermeável entre os 
meios intra e extracelular que atua seletivamente, permitindo que moléculas e íons 
essenciais, tais como glicose, aminoácidos, lipídios, K+, Na+ e Ca2+, penetrem na célula, 
que compostos metabólicos permaneçam no seu interior e, também, que o produto tóxico 
do metabolismo seja expelido [4]. 
 
2. Potencial Elétrico, Concentração Iônica e Campo Elétrico 
Dispondo de um milivoltímetro (instrumento que mede a diferença de potencial 
elétrico entre dois pontos) suficientemente sensível, ao se colocar seus microeletrodos na 
solução extracelular que banha a célula, não se detecta nenhuma mudança no valor 
medido pelo dispositivo quando os eletrodos são deslocados ao longo da solução. Da 
mesma forma isto ocorrerá no interior da célula. Íons contidos nas soluções intra e 
extracelulares – sódio (Na+), potássio (K+), cloro (Cl-), cálcio (Ca2+) – movem-se 
livremente através delas, conferindo-lhes pequena resistência elétrica e tornando-as boas 
condutoras [5]. 
Quando um eletrodo é colocado dentro da célula e outro do lado de fora, verifica-se 
que há uma queda na diferença de potencial elétrico (ddp) de, aproximadamente, 60 a 70 
mV em média (Figura 2). Como a única “coisa” que separa os dois meios é a membrana, 
conclui-se que este potencial é devido à membrana que por ser fixo para cada tipo de 
célula, é denominado potencial de repouso da membrana celular. Na maioria das células 
este valor permanece inalterado, desde que não sofra influências externas. Diferentes 
células apresentam valores constantes e característicos. Células de fibras nervosas e 
musculares de animais de sangue quente apresentam valores entre -55 mV e -100 mV; 
enquanto as de músculos lisos, entre -30 mV e -55 mV [1-5]. 
 
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Figura 2 – Esquema do procedimento de medição, por meio de um milivoltímetro, da 
diferença de potencial da membrana celular, cuja espessura média é em torno de 8,0 nm. 
 
O interiorda célula é cerca de 60 mV menor quando comparado com o meio 
extracelular [6]. Importa esclarecer que não existem potenciais negativos ou mesmo, que 
o aparelho utilizado na medição indique valor com sinal negativo. Este sinal indica que a 
diferença de potencial entre os meios externo e interno da célula (que corresponde a sua 
membrana) está 60 mV abaixo de um valor tido como referência. 
A diferença de potencial através da fina membrana de bicamada lipídica com 
proteínas embutidas que envolve todas as células depende das concentrações iônicas em 
cada lado desta membrana e de sua permeabilidade para esses íons [5]. Como exemplo, a 
Tabela 1 traz dados a respeito das concentrações de alguns íons em um particular tipo de 
célula. O somatório das ddp de todos os íons corresponde à ddp da membrana da célula. 
 
Tabela 1 - Concentração de alguns íons dentro e fora de um neurônio de mamífero; suas 
proporções dentro e fora da célula e seus respectivos potenciais de equilíbrio (equivalente a ddp 
para cada íon). 
 
Concentração (mmol/L) Proporção 
Íon Meio 
Extracelula
r 
Meio 
Intracelular Fora : Dentro 
Potencial de 
Equilíbrio (mV) 
K+ 5 150 1:30 - 86 
Na+ 150 15 10:1 + 58 
Cl- 125 9 14:1 - 66 
Ca2+ 2 0,0001 20000:1 ~ + 250 
A- - 108 - Não aplicável 
 
Os potenciais de equilíbrio foram calculados à temperatura ambiente de 20 °C. Estes 
valores poderão aumentar 6% se a temperatura for a do corpo humano (37 °C). A- 
representa ânions orgânicos impermeáveis à membrana, principalmente proteínas, 
aminoácidos e íons fosfato. Devido estes ânions não atravessarem a membrana, eles não 
têm um potencial de equilíbrio. Baseado em Hille (1992), Ganong (1997) e Matthews 
(1991), apud [5]. 
 
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Para melhor entender os processos elétricos que ocorrem na membrana celular, 
fazemos uso de modelos e analogias com outros sistemas já bem estudados e que podem 
contribuir para um bom entendimento dos fenômenos envolvidos. 
Um dos modelos sugere a comparação da membrana celular com um capacitor, um 
dispositivo há muito tempo utilizado em circuitos elétricos que, basicamente, serve para 
armazenar cargas elétricas. É formado por um material isolante (dielétrico) que separa dois 
meios condutores. Na célula encontramos uma estrutura de configuração similar: duas 
soluções condutoras estão separadas por uma delgada camada isolante – a membrana 
(Figuras 3-a-b-c). Membranas biológicas apresentam capacitâncias da ordem de picofarads 
(1 pF = 10-12 F); praticamente a mesma de um simples capacitor comumente usado em 
um típico circuito elétrico de rádio [1-6]. 
 
 
Figura 3 – Representações da distribuição do excesso de íons - cátions (+) e ânions (-) - 
em torno da membrana celular. Visão geral da célula (a). Detalhes ampliados da membrana, 
denotando a bicamada lipídica (b) e os canais protéicos (c). Analogia entre o modelo 
biológico (b) e o físico (d): a distribuição de cargas faz surgir um campo elétrico invisível E; 
as setas indicam a direção e o sentido deste campo. 
 
Como os fluidos dentro e fora da célula são sempre neutros, isto é, a concentração 
de ânions em qualquer local é sempre igual à de cátions, não pode haver um acúmulo local 
de cargas elétricas nesses fluidos. Então, em torno da membrana celular, as cargas 
elétricas em excesso se distribuem, ficando a superfície interna da membrana recoberta 
pelo excesso de ânions e a externa, pelo mesmo excesso de cátions, dando origem a uma 
pequena ddp (o potencial de membrana) que pode ser mensurada como foi visto na Figura 
2. Além disso, importa salientar, que esta configuração faz surgir um campo elétrico na 
membrana (Figuras 3-b-d) que é responsável pelas forças elétricas que atuaram sobre os 
íons que tentarem atravessá-la [1]. 
Graças à membrana celular, são mantidas as diferenças de composição entre as 
soluções intra e extracelular. Porém, a membrana não é completamente impermeável a 
íons. Se isso fosse o caso, a ddp pela membrana seria zero. Existem passagens pela 
membrana conhecidas por canais iônicos, formadas por proteínas (Figura 3-c). A célula 
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pode controlar a passagem de íons através de sua membrana regulando a atividade dos 
canais, os quais podem ser seletivos para determinados íons [1-5]. 
 
3. O Jogo das Forças que atuam sobre os Íons 
Quando duas placas planas paralelas próximas estiverem carregadas eletricamente, 
cada uma com a mesma carga, porém de sinais contrários, na região do espaço entre elas 
forma-se um campo elétrico. Devido à intensidade deste campo ser constante em qualquer 
ponto entre as placas, diz-se que o campo é uniforme. Tal campo é capaz de exercer uma 
força elétrica sobre partículas eletricamente carregadas como prótons, elétrons e íons. A 
similitude entre o modelo físico (capacitor de placas paralelas) e o biológico (membrana) é 
representada na Figura 4. 
 
 
Figura 4 – Representação de um capacitor de placas planas paralelas (a) com 
indicação do sentido das forças elétricas F que atuam sobre partículas com cargas positiva e 
negativa. Representação da membrana celular como análogo biológico do capacitor (b) 
indicando a força elétrica FE que atuaria sobre uma partícula de peso P positivamente 
carregada. O sentido do campo elétrico E está grafado na seta sobre cada desenho. 
 
O sentido do campo elétrico é, por convenção, sempre da placa positiva para a 
negativa. Uma partícula positivamente carregada situada num campo elétrico uniforme 
tende a mover-se, pela ação da força elétrica, na direção do campo, enquanto que uma 
carga elétrica negativa tende a deslocar-se no sentido contrário, como mostra a Figura 4-a 
[7]. 
Por exemplo, supondo que um cátion monovalente, como o íon Na+ (que possui 
carga elétrica líquida igual à carga de um próton, ou seja, +1,60 x 10-19 C), fique situado 
na membrana celular (Figura 4-b). Ele ficará sujeito a uma força elétrica FE cuja 
intensidade é igual ao produto do campo elétrico na membrana E pela sua carga e a 
direção e sentido será da parte externa da membrana para a interna (“empurrando” o íon 
para dentro da célula). Se fosse um ânion monovalente, a força elétrica teria a mesma 
intensidade, porém, atuaria no sentido contrário (“expulsando” o íon da célula). Em geral 
esta força elétrica é muito maior que o peso P destes íons (Figura 4-b) e atua como uma 
das forças que tenderá a movê-lo. 
A outra força de relevante influência é a força de difusão, uma força de arraste 
devida à agitação térmica (Figura 5). Toda a substância, íon ou molécula que esta mais 
concentrada em uma determinada região tende a difundir-se (deslocar-se) para regiões 
onde se encontra menos concentrada, tentando atingir um equilíbrio; ou seja, o fluxo 
ocorre contra o chamado gradiente de concentração (que vai da menor concentração para 
a maior concentração). Em termos gerais, este fluxo depende muito da natureza, da 
temperatura e da viscosidade do fluido onde ele está ocorrendo. Depende também, de 
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propriedades das próprias moléculas, substâncias ou íons que estão se difundindo. 
Moléculas de grandes massas ou dimensões difundem-se menos quando comparadas as de 
pequenas massas ou menores [1]. 
 
 
Figura 5 – O íon sódio encontra-se mais concentrado fora da célula do que dentro, 
enquanto que o íon potássio está mais concentrado no interior da célula. Considerando 
apenas o efeito difusivo, a tendência é que o Na+ entre na célula e que o K+ saia. 
 
A resultante das forças que atuam sobre o íon definirá o sentido de seu 
deslocamento: para dentro ou para fora da célula. 
 
4. Transporte Transmembrana 
 Didaticamente costuma-se dividiro transporte de moléculas e íons através da 
membrana celular, tendo como critério o envolvimento ou não de energia, em dois tipos. 
Quando tais elementos fluem de um lado para outro da célula sem necessidade de usar 
energia chamamos de transporte passivo; a difusão e a osmose são exemplos dessa 
categoria. Havendo gasto de energia, denominamos transporte ativo, como ocorre no 
processo conhecido por bomba de sódio e potássio [8]. 
O transporte ativo ainda pode ser subdividido em primário (com gasto de energia em 
forma de ATP) e secundário (onde o transporte de uma substância depende do transporte 
de uma segunda) [9]. Trataremos aqui apenas do primeiro tipo. 
No transporte ativo primário existem estruturas capazes de transportar o soluto para 
dentro da célula – são as chamadas proteínas carreadoras – que se ligam a substâncias 
específicas e as transferem através da membrana, sofrendo mudanças em sua 
conformação e expondo seu sítio de ligação. A ativação dessas proteínas se dá pela 
degradação por hidrólise da ligação covalente da adenosina trifosfato (ATP) ou de algum 
outro composto fosfatado de alta energia, utilizando a energia liberada [9]. 
Na membrana de todas as células de um organismo, encontram-se milhares de 
bombas de sódio e potássio (ou sódio-potássio-adenosina-trifosfatase). Cada uma delas é 
capaz de levar três íons sódio para fora da célula (contra a força difusiva e contra a 
ação do campo elétrico) ao mesmo tempo em que traz dois íons potássio para dentro 
(contra a força difusiva e a favor da ação do campo elétrico). Possuem fundamental 
papel biológico pois, além de manterem as concentrações de K+ e Na+ constantes, 
conservam o pH e regulam a osmolaridade impedindo que a célula se rompa. Porém, suas 
atividades consomem cerca de 1/3 da energia celular, chegando a 2/3 em células nervosas 
[1-9]. 
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O funcionamento simplificado de uma bomba de sódio e potássio pode ser descrito 
da seguinte forma: três íons Na+ ligam-se em seus sítios correspondentes; a face 
citoplasmática da bomba é fosforilada por ATP e isso induz a uma mudança conformacional 
da proteína transferindo os íons Na+ para a face exterior. Ao atravessar a membrana, os 
íons Na+ combinam-se com moléculas transportadoras formando um complexo 
eletricamente neutro. Desta forma, nenhuma carga elétrica percorre a membrana, 
anulando a ação do campo elétrico, economizando energia. Logo depois, dois íons K+ 
ligam-se nos sítios da proteína na face extracelular e a desfosforilação do lado interno faz 
com que a proteína volte a ter sua conformação inicial e transfira os íons K+ para dentro da 
célula, também via acoplamento com moléculas transportadoras que formam um complexo 
eletricamente neutro [1-9]. 
 
5. Modelos Didáticos Funcionais da Membrana Celular 
Sugerimos algumas montagens que poderão ser feitas a partir da disponibilidade de 
material e familiaridade que melhor aprouver ao leitor. Alguns projetos requerem maior 
habilidade e/ou técnica na montagem, bem como o uso de ferramentas mais 
especializadas. 
As dimensões e especificações técnicas de cada material listado correspondem às 
dos materiais utilizados pelos autores os quais poderão ser substituídos ou adaptados por 
similares. 
 
5.1) Modelo Básico 
Consiste de uma pequena caixa plástica retangular com eletrodos e um sistema de 
encaixe e vedação para uma membrana divisória. 
 
Figura 6 – Cuba de acrílico como divisória em formato de “U” e dois eletrodos em cada 
compartimento (a). Disposição do sistema de encaixe e vedação composto por uma placa 
acrílica e borrachas de EVA (b). 
 
Material: 
- Caixa plástica retangular de 8,0 x 6,0 x 4,0 cm (ou tamanho aproximado); 
- Pedaço de borracha de Etil Vinil Acetato (EVA) com 2,0 mm de espessura e 11,6 x 8,0 cm 
(suficiente para fazer 2 retângulos de 5,8 x 4,0 cm); 
- Dois retalhos de acrílico de 5,9 x 4,0 cm; um com 5,0 mm de espessura e outro com 2,0 
mm. 
- Fio de aço inox para aparelho ortodôntico de 0,70 mm de diâmetro e 17,0 cm de 
comprimento; 
− Adesivo epóxi. 
 
Montagem: 
 Sartori, P.H.S. & Loreto, E.L No.01/2010 A9 
 
 
Na parte central da caixa cola-se a placa de acrílico mais grossa que deve ser 
previamente recortada em forma de “U” retirando um retângulo de 3,5 cm de comprimento 
e 3,0 cm de altura. Cortar as borrachas de EVA e a placa de acrílico mais fina, do mesmo 
tamanho e formato. Fazer pequenos orifícios nas laterais da caixa para atravessar os fios 
de aço de modo que esses fiquem paralelos a divisória central e aproximadamente no meio 
dos compartimentos. Vedar muito bem os orifícios com adesivo epóxi para evitar 
vazamentos. 
 
5.2) Modelo Comparativo 
Composto por uma caixa plástica com dois compartimentos separados, cada qual 
com um eletrodo e sistema de encaixe e vedação para membrana divisória. Permite o 
acompanhamento simultâneo de duas situações distintas. 
 
Figura 7 – Disposição dos elementos do modelo comparativo: fios de aço que 
servirão como eletrodos e sistema de encaixe e vedação junto às duas divisórias da 
caixa plástica que foram recortadas em formato de “U”. 
 
Material: 
- Caixa plástica (tipo porta-trecos ou organizador) com 5 compartimentos e tamanho 15,5 
x 8,5 x 3,3 cm; 
- Pedaço de borracha de Etil Vinil Acetato (EVA) com 2,0 mm de espessura e 10,0 x 6,6 cm 
(suficiente para fazer 4 retângulos de 5,0 x 3,3 cm); 
- Fio de aço inox para aparelho ortodôntico de 0,70 mm de diâmetro e 34,0 cm de 
comprimento; 
− Pistola elétrica com bastão de silicone 
 
Montagem: 
Recortar um retângulo de 3,0 cm (base) por 2,0 cm (altura) de cada parede divisória 
de dois compartimentos vizinhos da caixa (Figura 7). 
Cortar o fio de aço inox ao meio e moldá-los de maneira que fiquem no formato da 
Figura 8-a, para que se encaixem nos compartimentos da caixa conforme mostra a Figura 
7. Durante a execução das atividades, convém colar com silicone quente as regiões onde o 
fio se apoia no topo das paredes divisórias para que fiquem firmes em suas posições. 
Recortar em forma de “U” os quatro retalhos de EVA, retirando um retângulo de 3,0 
cm (base) por 2,0 cm (altura) (Figura 8-c). Aproveitar a própria tampa da caixa para fazer 
duas plaquinhas do mesmo formato e tamanho (Figura 8-b). 
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Figura 8 – Componentes do modelo comparativo: fios de aço moldados de forma a se 
encaixar no espaço entre os compartimentos da caixa plástica (a); placa de plástico (b) e 
borracha de EVA (c) em formato de “U”. 
 
6. Atividades. 
Recomenda-se extrema cautela no manuseio dos equipamentos energizados. 
Assegurar-se de que as providências necessárias para evitar riscos de choques elétricos. 
Seguir todas as normas de segurança no manejo de produtos químicos. 
 
Material: 
- Fonte de alimentação de corrente contínua de 18 V. Pode ser um pequeno transformador 
em que se pode comutar a voltagem (também conhecido como adaptador ou fonte 
universal). Geralmente só fornece até 12 V (valor nominal) mas na prática a saída é em 
torno de 18 V (valor real). Isso pode ser confirmado medindo-se com o multímetro. Para 
obter os resultados mais rapidamente aconselha-se voltagens maiores. Utilizamos uma 
ponte de diodos retificadora para transformar a tensão da rede doméstica de 127 V de 
corrente alternada em corrente contínua; 
- Fios para conexões elétricas; 
- Duas garras tipo jacaré (opcionais); 
- Papel celofane para assar; 
- Prendedores de roupa preferencialmente de plástico com boa abertura; 
- Soluções de Corantes: azul de metileno, corante vermelho para bolo e violeta de 
genciana (violeta cristal); 
- Solução fisiológica de cloreto de sódio 0,9% (ou uma pitada de sal de cozinha dissolvida 
em um copod’água); 
- Solução alcoólica de fenolftaleína (ou dissolver um comprimido de lacto-purga em 20 ml 
de álcool etílico 95º GL); 
Para a realização das atividades sugeridas a seguir, o procedimento básico consiste 
em recortar pequenos retângulos de celofane, do mesmo tamanho da borracha de EVA, 
fazendo um “sanduíche”: borracha/celofane/borracha. Com auxílio da placa de plástico ou 
acrílico e dos prendedores, apertar este sanduíche junto à parede das divisórias em “U”. 
Certificar-se de que a vedação entre os compartimentos está adequada enchendo apenas 
um lado e verificando se ocorre ou não infiltração para o outro lado. Em seguida, preencher 
os compartimentos com as soluções sugeridas em cada atividade, conectar os eletrodos 
aos pólos positivo e negativo da fonte e, por último, ligá-la. 
 
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6.1) Visualização dos fenômenos por meio de substâncias coloridas. 
Vamos empregar alguns corantes que em meio aquoso se dissociam formando íons 
que migram em direção ao eletrodo positivo ou negativo, conforme o esquema: 
Azul de Metileno: (+) ---> (-) 
Violeta de Genciana: (+) ---> (-) 
Corante Vermelho para bolo: (-) ---> (+) 
 
6.1.1) Difusão Simples 
Nesta situação não se faz uso da fonte de corrente contínua, apenas de uma solução 
de um dos corantes a escolher. Esta deverá ser colocada em um dos compartimentos do 
modelo básico e o outro, preenchido com água até que fiquem no mesmo nível. Após 
algumas horas (ou de um dia para o outro) – dependendo da diferença de concentração, 
temperatura ambiente, etc – observa-se que o corante começa a migrar, através do 
celofane (que representa a membrana) do lugar onde está mais concentrado para onde 
está menos concentrado, ou seja, o fluxo do íon (corante) se dá contra o gradiente de 
concentração. 
 
6.1.2) Difusão versus Campo Elétrico 
Estabelecer, no modelo comparativo, as conexões elétricas dispondo os eletrodos, 
por exemplo, de modo que o eletrodo positivo fique no lado direito (compartimentos 2 e 4) 
e o eletrodo negativo, no lado esquerdo (compartimentos 1 e 3), como mostrado na Figura 
9. Os compartimentos 1 e 4 são preenchidos com a solução de violeta genciana diluída e os 
compartimentos 2 e 3 com a solução concentrada. A tendência devido à diferença de 
concentração é que ocorra difusão no sentido indicado pelas setas na Figura 9-a. Porém a 
ação do campo elétrico (sentido do eletrodo positivo para o negativo) tende a carrear o 
corante para o eletrodo negativo. Após 5 minutos (Figura 9-b) observa-se que os 
compartimentos 2 e 4 começam a clarear, ficando praticamente transparente ao final de 15 
minutos (Figura 9-c) indicando a migração dos corantes para o lado esquerdo. Entre os 
compartimentos 1 e 2 isso ocorre contra o gradiente de concentração (as forças difusiva e 
elétrica agem no mesmo sentido), enquanto que nos compartimentos 3 e 4, ocorre a favor 
do gradiente de concentração (as forças difusiva e elétrica atuam em sentidos contrários). 
 
 
Figura 9 – Distribuição da solução de violeta de genciana nos compartimentos. 
Distribuição inicial (a), onde as setas indicam a tendência do sentido de migração do corante. 
Situação após 5 minutos (b). Situação após 15 minutos (c). 
 
6.1.3) Fluxo de Íons em Sentidos Opostos 
O compartimento 1 do modelo básico é preenchido com solução de corante 
vermelho para bolo e o compartimento 2 com solução de azul de metileno. As 
conexões elétricas foram dispostas de tal modo que o eletrodo negativo fique no lado 
esquerdo e o positivo no lado direito, como mostra a Figura 10. A ação do campo 
elétrico estabelecido forçará o carreamento de cada um dos íons (corantes) para o 
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lado oposto. Nesta situação, forças difusivas e elétricas trabalham juntas, reforçando 
o fluxo dos íons de um compartimento para outro através da membrana. 
 
 
Figura 10 – Situação inicial da distribuição dos corantes e eletrodos no modelo básico (a). 
Diferentes estágios da migração dos corantes após ligar a fonte de alimentação (b – c – d). 
 
Sugere-se, ainda, outras variações destas atividades, tais como: 
- misturar dois íons diferentes (representados pelos corantes) em um dos compartimentos 
e verificar a migração de cada um; 
- estabelecer um fluxo forçado, colocando em um dos compartimentos uma solução de 
corada previamente aquecido (maior agitação molecular afetará sua difusão). Pode-se 
alternar a polaridade dos eletrodos e verificar o que ocorre em cada situação. 
 
6.2) Visualização dos fenômenos por meio de indicadores. 
 Numa solução aquosa do cloreto de sódio estão presentes os íons Na+ e Cl-, 
resultantes da dissociação iônica e, há também, cátions H+ e ânions OH- provenientes da 
auto-ionização da água, de modo que haverá uma disputa pela descarga nos eletrodos. 
Como este fenômeno depende diretamente do potencial de oxidação dos íons envolvidos, 
observa-se que: 
- no eletrodo positivo, entre os ânions Cl- e OH-, se descarrega em primeiro lugar aquele 
que apresenta maior potencial de oxidação, neste caso, o Cl-; 
- no eletrodo negativo, entre os cátions Na+ e H+, se descarrega em primeiro lugar aquele 
que apresenta menor potencial de oxidação, neste caso, o H+; 
 No experimento aqui proposto, isto produzirá gás hidrogênio no eletrodo negativo e 
gás cloro no eletrodo positivo. Os íons que “aguardam” para se descarregarem, também 
poderão atravessar a membrana e interagir com outros íons. Por exemplo, o íon Na+ 
acabará se juntando ao OH- e isto produzirá hidróxido de sódio - uma base cuja presença é 
facilmente detectável pela fenolftaleína [10]. 
 Sartori, P.H.S. & Loreto, E.L No.01/2010 A13 
 
 
Usando o modelo comparativo, coloca-se, conforme disposição da Figura 11, o 
eletrodo positivo no lado esquerdo (compartimentos 1 e 3) e o negativo no lado direito 
(compartimentos 2 e 4). Os compartimentos 2 e 3 são preenchidos com a solução 
fisiológica de cloreto de sódio 0,9% (ou uma pitada de sal de cozinha dissolvida em um 
copo d’água). Nos compartimentos restantes (1 e 4) coloca-se água. Pingar uma gota de 
solução alcoólica de fenolftaleína em cada compartimento. 
Devido à presença de inúmeros cátions e ânions diferentes nas soluções deste 
experimento, poderão ocorrer diversas reações químicas, muitas delas dirigidas pela ação 
do campo elétrico e pela competição de deposição dos íons nos eletrodos. Focalizaremos 
apenas uma que evidencia o propósito desta atividade. 
Para atender ao objetivo de demonstrar que ocorre mesmo o fluxo do íon sódio (por 
ação do campo elétrico e da difusão) através da membrana, a fenolftaleína tornará 
“visível”, no lugar onde “só havia água” (íons H+ e OH-), que ele atravessou a membrana e 
juntou-se ao íon OH-, conforme esquematizado na Figura 11-a (compartimentos 3 e 4) e 
verificado na Figura 11-b (compartimento 4). 
 
 
Figura 11 – Configuração inicial da distribuição das soluções, água e eletrodos no 
modelo comparativo (a). Após ligar a fonte de alimentação (b), a mudança na coloração 
indicará a reação do cátion Na+ com o ânion OH-. 
 
O compartimento 3 (Figura 11) também apresentará (em menor intensidade e 
duração) mudança na coloração, característica do indicador de presença de uma base, 
devido a presença “residual” do íon sódio. 
 
7. Considerações Finais 
A manutenção da diferença de concentração iônica dentro e fora da célula e 
fundamental para evitar a perda da capacidade funcional da mesma, visto que não poderia 
mais, por exemplo, gerar os impulsos elétricos. É por isso que a célula promove o 
deslocamento de íons de um lado para outro da membrana, mesmo contra forças de 
oposição. Isso justifica a necessidade de energia para promover o fluxo de pequenos íons 
que facilmenteatravessariam a membrana. 
 Sartori, P.H.S. & Loreto, E.L No.01/2010 A14 
 
 
 
Figura 12 – Esquema do gasto energético que seria necessário para fazer um mol de 
íons sódio sair da célula. No total, 14.531 J. Baseado em [6]. 
 
Para cada mol de íon sódio que sair da célula é necessário vencer duas forças 
contrárias: uma devido à difusão e outra, à ação do campo elétrico. O trabalho necessário 
para fazer isso equivale a 14,5 kJ. Porém, graças ao acoplamento entre os íons e as 
moléculas transportadoras ser eletricamente neutro, o transporte através da membrana 
ocorre sem a influência do campo elétrico, o que diminui o gasto de energia necessário. 
 
 
REFRÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
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Harbra, São Paulo. 
 
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http://www.ibb.unesp.br/departamentos/Fisiologia/material_didatico/Neurobiologia_medica/Apo
stila/03_potenciais_repouso_acao.pdf (consultada em 2009). 
 
[3] B. Alberts, et al (2002) Molecular Biology of The Cell, 4a ed., NCBI, New York. 
 
[4] G. Weissmuller, N.M.A. Costa, P.M. Bich, Físico-química de Biomembranas: Equilíbrio 
Eletroquímico e Transporte, Fundamentos de Biofísica II – Notas de Aula, Instituto de 
Biofísica Carlos Chagas Filho da UFRJ, Rio de Janeiro: 
http://www.biof.ufrj.br/fisbio/bmw128/fisicoquimica_biomembranas.pdf (consultada em 
2009). 
 
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Sons: 
http://mrw.interscience.wiley.com/emrw/9780470015902/els/article/a0000182/current/pdf 
(consultada em 2009). 
 
[6] I.F. Heneine (1996) Biofísica Básica, Atheneu, São Paulo. 
 
[7] B.A. Alvares, A.M.R. Luz (1986) Curso de Física, Harbra, vol. 3, São Paulo. 
 
[8] G.B.C. Lopes (1994) Bio 1 – Introdução à Biologia e Origem da Vida, Saraiva, São 
Paulo. 
 
 Sartori, P.H.S. & Loreto, E.L No.01/2010 A15 
 
 
[9] C.E.S. Dalotto, D.J. Primm, S.L.V. Morales, Transporte Ativo Celular – Co-transporte e 
Contra Transporte, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis: 
http://www.biofisica.ufsc.br/index.jsp?page=arquivos/Transporteativo.html (consultada em 
2009). 
 
[10] A. Sardella, E. Mateus (1986) Curso de Química: Físico-Química, vol. 2, Ática, São 
Paulo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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