CAPÍTULO 4 RESUMO FISIOLOGIA GUYTON

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CAPÍTULO 4
O TRANSPORTE DE SUBSTANCIAS ATRAVES DAS MEMBRANAS CELULARES.
A Figura 4-1 apresenta as concentrações aproximadas dos eletrólitos importantes e de outras substâncias nos líquidos extracelular e intracelular. Note que o líquido extracelular contém grande quantidade de sódio, mas somente pequena quantidade de potássio. O oposto é exatamente válido para o líquido intracelular. O líquido extracelular contém também grande quantidade de íons cloreto, ao passo que o líquido intracelular contém quantidade muito pequena. Porém, as concentrações de fosfato e de proteínas no líquido intracelular, são consideravelmente maiores do que no líquido extracelular. Essas diferenças são muito importantes para a vida das células. O propósito deste capítulo é explicar como essas diferenças são produzidas pelos mecanismos de transporte das membranas celulares.
A Membrana Celular Consiste de uma Bicamada Lipídica com Moléculas Protéicas "Flutuantes".
A bicamada lipídica constitui uma barreira para o movimento da maioria das substancias hidrossolúveis. Entretanto, a maioria das substâncias lipossolúveis pode passar diretamente através da bicamada lipídica. As moléculas protéicas na bicamada lipídica são uma via alternativa de transporte.
• Os canais protéicos fornecem uma via aquosa para que as moléculas se movam através da membrana.
• As proteínas transportadoras se ligam a moléculas específicas e então sofrem alterações conformacionais que movem as moléculas através da membrana.
O Transporte através da Membrana Celular Ocorre por Meio de Difusão ou Transporte Ativo
• Difusão significa o movimento randômico de moléculas através dos espaços intermoleculares da membrana celular ou em combinação com uma proteína transportadora. A energia que causa a difusão é a do movimento cinético normal.
• Transporte ativo significa o movimento de substâncias através da membrana em combinação com uma proteína transportadora, mas também contra um gradiente eletroquímico. Esse processo necessita de uma fonte de energia além da energia cinética.
Difusão (p. 46)
A Difusão É o Movimento Contínuo de Moléculas nos Líquidos e Gases.
A difusão através da membrana celular é dividida em dois subtipos:
• Difusão simples significa que as moléculas se movem através da membrana sem se ligar a proteínas transportadoras. A difusão simples pode ocorrer por meio de duas vias:
(1) através dos interstícios da bicamada lipídica e;
(2) através dos canais aquosos das proteínas de transporte que se espalham pela membrana celular.
• Difusão facilitada necessita de uma proteína transportadora. Esta auxilia na passagem de moléculas através da membrana, provavelmente por meio de ligação química com elas e assim as transporta através da membrana.
A Taxa de Difusão de uma Substância através da Membrana Celular é Diretamente Proporcional à sua Lipossolubilidade.
As lipossolubilidades do oxigênio, do nitrogênio, do dióxido de carbono, dos gases anestésicos e da maioria dos alcoóis são tão altas que podem se dissolver diretamente na bicamada lipídica e se difundir através da membrana celular.
A água e Outras Moléculas Insolúveis em Lipídio se Difundem através dos Canais Protéicos da Membrana Celular.
A água penetra rapidamente na membrana celular e também pode passar através dos canais protéicos transmembrana. Outras moléculas insolúveis em lipídio (principalmente íons) podem passar através dos canais protéicos preenchidos com água, se forem suficientemente pequenas, da mesma forma que as moléculas de água.
Os Canais Protéicos Têm Permeabilidade Seletiva para o Transporte de uma ou Mais Moléculas Específicas.
Essa permeabilidade resulta das características do próprio canal, tais como o diâmetro, a forma e a natureza das cargas elétricas ao longo de sua superfície interna.
As Comportas dos Canais Protéicos Fornecem um Meio para o Controle de sua Permeabilidade. 
As comportas parecem extensões de portões para o transporte das moléculas protéicas, as quais podem se fechar sobre a abertura do canal ou serem levantadas a partir da abertura por meio de uma alteração conformacional na própria molécula protéica. A abertura e o fechamento dos portões são controlados de duas formas principais:
• Por voltagem. Nesse caso, a conformação molecular da comporta responde ao potencial elétrico através da membrana celular. Por exemplo, a carga negativa normal no lado de dentro da membrana celular faz com que as comportas de sódio permaneçam fortemente fechadas. Quando o lado interno da membrana perde sua carga negativa (se torna menos negativo), essas comportas se abrem, permitindo que os íons sódio passem para o lado interno através dos canais de sódio. A abertura dos canais de sódio é a causa básica dos potenciais de ação nos nervos.
• Por controle químico. Algumas comportas de canais protéicos são abertas pela ligação de outra molécula com a proteína; isso causa uma alteração conformacional na molécula de proteína, que abre ou fecha sua comporta. Isso é chamado de controle químico (ou por ligante) da abertura e do fechamento da comporta. Um dos exemplos mais importantes de controle químico é o efeito da acetilcolina no “canal de acetilcolina” na junção neuromuscular.
A Difusão Facilitada Também É Chamada de Difusão Mediada por Transportador.
Uma substância transportada dessa forma normalmente não consegue atravessar a membrana celular sem a ajuda de uma proteína transportadora específica.
• A difusão facilitada envolve dois passos: (1) a molécula a ser transportada entra no canal com final fechado e se liga a um receptor específico; e (2) uma alteração conformacional ocorre na proteína transportadora de modo que o canal agora se abre para o lado oposto da membrana.
• A difusão facilitada difere da difusão simples, de modo importante, nas seguintes maneiras. A taxa da difusão simples aumenta proporcionalmente com a concentração da substância a ser difundida. Na difusão facilitada, a taxa de difusão alcança o máximo à medida que a concentração da substância aumenta. Essa taxa máxima é determinada pela taxa na qual a molécula de proteína transportadora pode sofrer alteração conformacional.
• Entre as substâncias mais importantes que atravessam as membranas celulares através da difusão facilitada, estão a glicose e a maioria dos aminoácidos.
 
Os Fatores que Afetam a Taxa Líquida de Difusão (p. 50)
As Substâncias Podem se Difundir em Ambas as Direções através da Membrana Celular.
Portanto, o que realmente importa é a taxa líquida de difusão de uma substância na direção desejada. Essa taxa líquida é determinada pelos seguintes fatores:
• Permeabilidade. A permeabilidade da membrana para uma determinada substância é expressa como a taxa líquida de difusão da substância através de cada unidade de área da membrana para uma diferença de unidade de concentração entre os dois lados da membrana (quando não existem diferenças elétricas ou de pressão).
• Diferenças de concentração. A taxa líquida de difusão através de uma membrana celular é proporcional à diferença na concentração da substância em difusão nos dois lados da membrana.
• Potencial elétrico. Se um potencial elétrico é aplicado através da membrana, os íons se movem através da membrana por causa das alterações de carga. Quando grandes quantidades de íons se movem através da membrana, uma diferença de concentração dos mesmos íons se desenvolve em direção oposta à diferença de potencial elétrico. Quando a diferença de concentração aumenta a um nível suficientemente alto, os dois efeitos se equilibram um com o outro, criando um estado de equilíbrio eletroquímico. A diferença elétrica que contrabalança uma determinada diferença de concentração pode ser determinada com a equação de Nernst.
A Osmose através de Membranas Seletivamente Permeáveis – “Difusão Líquida de Água” (p. 51)
A Osmose É o Processo de Movimento Líquido de Água Causado por uma Diferença de Concentração de Água.
A água é a substância mais abundante para ser difundidaatravés da membrana celular. Entretanto, a quantidade que se difunde em cada direção é tão precisamente balanceada sob condições normais que nem mesmo um ligeiro movimento líquido de água ocorre. Em consequência, o volume de uma célula permanece constante. Entretanto, uma diferença de concentração para a água pode se desenvolver através da membrana celular. Quando isso acontece, o movimento líquido de água ocorre através da membrana celular, fazendo com que a célula inche ou encolha, dependendo da direção do movimento. A diferença de pressão necessária para parar a osmose é a pressão osmótica.
A Pressão Osmótica Exercida por Partículas em uma Solução É Determinada pelo Número de Partículas por Unidade de Volume de Fluido e Não pela Massa das Partículas.
Em média, a energia cinética de cada molécula ou íon que atinge a membrana é quase a mesma, independentemente do seu tamanho molecular. Assim, o fator que determina a pressão osmótica de uma solução é a concentração da solução em termos do número de partículas por unidade de volume e não em termos da massa de soluto.
O Osmol Expressa a Concentração em Termos de Número de Partículas.
Um osmol é o peso de 1 molécula-grama de soluto não dissociado. Então, 180 g de glicose, que é o peso de 1 moléculagrama de glicose, é igual a 1 osmol de glicose porque a glicose não está dissociada. Uma solução com 1 osmol de soluto dissolvido em cada quilograma de água tem uma osmolalidade de 1 osmol por quilograma, já uma solução com 1/1.000 osmol dissolvido por quilograma tem uma osmolalidade de 1 miliosmol por quilograma. A osmolalidade normal dos fluidos extracelular e intracelular é de cerca de 300 miliosmol por quilograma, e a pressão osmótica desses fluidos é de cerca de 5.500 mmHg.
O “Transporte Ativo” de Substâncias através das Membranas (p. 53)
O Transporte Ativo Pode Mover uma Substância Contra um Gradiente Eletroquímico.
Um gradiente eletroquímico é a soma de todas as forças de difusão agindo na membrana – as forças ocorrem por uma diferença de concentração, uma diferença elétrica e uma diferença de pressão. Ou seja, as substâncias não podem se difundir “ladeira acima”. Quando uma membrana celular move uma substância ladeira acima contra um gradiente de concentração (ou contra um gradiente elétrico ou de pressão), o processo é chamado de transporte ativo.
O Transporte Ativo É Dividido em Dois Tipos de Acordo com a Origem da Energia Utilizada para Efetivar o Transporte.
Em ambos os casos, o transporte depende das proteínas transportadoras que penetram na membrana, o que também ocorre para a difusão facilitada.
• Transporte ativo primário. A energia é derivada diretamente da quebra de trifosfato de adenosina (ATP) ou de algum outro composto de fosfato com alta energia.
• Transporte ativo secundário. A energia é derivada secundariamente da energia armazenada na forma de diferenças de concentração iônica entre os dois lados da membrana, originalmente criadas pelo transporte ativo primário. O gradiente eletroquímico de sódio direciona a maioria dos processos de transporte ativo secundários.
Transporte Ativo Primário (p. 53)
A Bomba de Sódio-potássio (Na+-K+) Transporta os Íons Sódio para Fora das Células e os Íons Potássio para Dentro das Células.
Essa bomba está presente em todas as células do corpo e é responsável pela manutenção das diferenças de concentração de sódio e potássio através da membrana celular, assim como pelo estabelecimento de um potencial elétrico negativo dentro das células. A bomba opera da seguinte maneira: três íons sódio se ligam a uma proteína transportadora no lado interno da célula e dois íons potássio se ligam à proteína transportadora no lado externo da célula. A proteína transportadora tem atividade ATPase, e a ligação simultânea de íons sódio e íons potássio faz com que a função ATPase da proteína se torne ativada. Isso então cliva uma molécula de ATP, quebrando-a para formar difosfato de adenosina (ADP) e liberando energia de uma ligação de fosfato de alta energia. Essa energia ocasiona uma alteração conformacional na molécula da proteína transportadora, levando os íons sódio para fora da célula e os íons potássio para dentro da célula.
A Bomba de Na+-K+ Controla o Volume Celular.
A bomba Na+-K+ transporta três moléculas de sódio para o lado externo da célula para cada duas moléculas de potássio transportadas para o lado interno. Essa perda líquida contínua de íons no lado interno da célula inicia uma força osmótica para mover água para fora da célula. Além disso, quando a célula começa a inchar, isso automaticamente ativa a bomba de Na+-K+, movendo para o exterior mais íon, os quais carreiam água com eles. Assim, a bomba de Na+-K+ realiza um papel de vigilância contínua na manutenção do volume celular normal.
O Transporte Ativo Satura da Mesma Forma que a Difusão Facilitada Satura.
Quando a diferença na concentração da substância a ser transportada é pequena, a taxa de transporte aumenta na proporção em que aumenta a sua concentração. Em altas concentrações, a taxa de transporte é limitada pela taxa na qual as reações químicas de ligação, liberação e alterações conformacionais no transportador podem ocorrer.
Cotransporte e Contratransporte São Duas Formas de Transporte Ativo Secundário.
Quando os íons sódio são transportados para fora das células pelo transporte ativo primário, um grande gradiente de concentração de sódio normalmente se desenvolve. Esse gradiente representa um reservatório de energia porque o excesso de sódio do lado externo da membrana celular é sempre procurado para que possa se difundir para o interior da célula.
• Cotransporte. A energia de difusão do sódio pode trazer outras substâncias junto com o sódio (na mesma direção) através da membrana celular utilizando uma proteína transportadora especial.
• Contratransporte. O íon sódio e a substância a ser contratransportada se movem para lados opostos da membrana, com o sódio sempre se movendo para o interior da célula. Aqui novamente uma proteína transportadora é necessária.
Glicose e Aminoácidos Podem Ser Transportados para o Interior da Maioria das Células através do Cotransporte de Sódio.
A proteína transportadora de transporte tem dois sítios de ligação no seu exterior: um para o sódio e um para a glicose ou para os aminoácidos. Novamente, a concentração de íons sódio é muito alta no lado externo e muito baixa no lado interno, fornecendo a energia para o transporte. Uma propriedade especial da proteína de transporte é que a alteração conformacional que permite o movimento de sódio para o interior da célula não ocorre até que uma molécula de glicose ou de aminoácido também tenha se ligado.
Íons Cálcio e Hidrogênio Podem Ser Transportados para o Exterior das Células através do Mecanismo de Contratransporte de Sódio.
• O contratransporte de cálcio ocorre na maioria das membranas celulares, com os íons sódio se movendo para o interior da célula e os íons cálcio se movendo para o exterior, ambos ligados à mesma proteína transportadora em um modo de contratransporte.
• O contratransporte de hidrogênio ocorre especialmente nos túbulos proximais renais, nos quais os íons sódio se movem do lúmen tubular para o interior das células tubulares e os íons hidrogênio são contratransportados para o lúmen.
Referências
Tratado de Fisiologia Médica/John E. Hall. 12. ed.-Rio de Janeiro:Elsevier,2011.
Fundamentos de Guyton e Hall Fisiologia/John E. Hall Rio de Janeiro: Elsevier,2012.