Líquidos Corporais e Membranas Biológicas

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Líquidos Corporais e Membranas
Biológicas
➔ ÀGUA
-Os sistemas biológicos, tal como os conhecemos, tem água como sua molécula mais abundante
-Um adulto jovem e cerca de 75% água;
-No ser humano: pode variar de acordo com a idade, biótipo e ingestão alimentar
**Propriedades Macroscópicas da Água:
1. Densidade - A densidade do gelo é menor que da água líquida, e o gelo flutua;
2. Calor Específico - A água tem calor específico muito alto; para esfriar a água, é necessário
retirar mais calor;
Como a água é 3/4 de um sistema biológico, ela age como moderador térmico: os sistemas
biológicos estão mais protegidos contra mudanças bruscas de temperatura;
Ex. Para aquecer 1 litro de água em 1ºC são necessários 4,2kJ (1kcal)
3. Calor de vaporização - A água tem alto calor de vaporização1, Para passar isotermicamente
de líquido a vapor necessita de muita energia ; para desidratar um sistema biológico, é
necessário gastar mais energia (é vantagem, porque a água é essencial ); controla a
temperatura corporal;
Nos animais homeotermos (temperatura constante), a evaporação de pequenas quantidades
de água serve para dissipar o excesso de calor corporal.
A evaporação pode ser pela perspiração ou sudorese (eliminação de suor) ou pela
evaporação que acompanha a respiração pulmonar;
Eliminação do suor e ventilação pulmonar auxiliam na termoregulação
Em temperaturas de 37°C. (e acima), esse é um dos meios mais importantes de dissipar
excesso de calor;
1 entalpia de vaporização ou calor de vaporização é a quantidade de energia necessária para
que um mol de um elemento ou de uma substância que se encontra em equilíbrio com o seu
próprio vapor, a pressão de uma atmosfera, passe completamente para o estado gasoso;
Certos animais que não transpiram, como os cães, controlam a temperatura corporal pelo
ofego. (Respiração ofegante, 'rápida, pela boca).
Ex. Para elevar a agua de 37ºC a 100ºC são necessários 43kJ/mol
4. Tensão Superficial - atrações intermoleculares tendem a manter coesas as moléculas de um
líquido; As moléculas da camada externa são atraídas para o centro e constituem uma
espécie de membrana que impede a penetração na massa sólida;
água tem uma tensão superficial alta >> contribuiu para compartimentação biológica
(através da gênese da membrana ); A alta tensão superficial dificulta trocas gasosas nos
alvéolos pulmonares dos animais superiores, Esse obstáculo é diminuído pela síntese de
surfactantes (agem na superfície), nesses locais; importante no caso de certas suspensões de
medicamentos;
Água aumenta a resistência pulmonar;
explicação:
pulmões possuem o papel fundamental de extrair oxigênio (O2 ) do ar para que possamos respirar.
Eles são feitos de um tecido esponjoso, com pequenos sacos em seu interior, chamados de alvéolos
pulmonares;
A parede externa dos alvéolos é circundada por vasos sangüíneos muito finos, os vasos capilares.
Quando respiramos, o oxigênio contido no ar difunde através das paredes dos alvéolos, atingindo
os vasos capilares e sendo então transportado pelo sangue para todas as partes do corpo;
Para facilitar o processo de absorção de O2 , as células (Pneumócitos) alveolares tipo II,
localizadas no interior dos alvéolos, sintetizam uma mistura de proteínas (~10%) e fosfolipídios
(~90%) conhecida como surfactante pulmonar >> palavra “surfactante” é a contração da
expressão em inglês “surface active agents” (agentes de atividade superficial) e é empregada
devido à capacidade das moléculas de fosfolipídios de reduzir a tensão interfacial das paredes dos
alvéolos para valores baixos, facilitando a difusão de O2 >> principal função do surfactante
pulmonar;
molécula de um surfactante, como no caso dos fosfolipídios, possui duas partes distintas: uma
hidrofóbica, constituída de cadeias hidrocarbônicas (“cauda”), e outra hidrofílica (“grupo polar”)
>> Como os nomes sugerem, uma parte interage com a água, enquanto a outra a repele.
Quando uma pequena quantidade de fosfolipídios é misturada com água, suas moléculas se
orientam na interface formando uma “monocamada” 2 >> os fosfolipídios diminuem a atração
entre as moléculas de H2O da superfície >> como se estivessem causando “defeitos” na
membrana elástica, diminuindo a tensão superficial da água (ou a tensão interfacial ar-água)
Durante o ciclo respiratório, os fosfolipídios adsorvem nas paredes internas dos alvéolos,
formando uma monocamada. Além de evitar que as paredes dos alvéolos grudem, o que impediria a
passagem de ar, a monocamada aumenta a permeabilidade das moléculas de O2 >> para que esse
processo seja eficiente, a tensão superficial deve ser reduzida para um valor muito baixo (<10
mN/m), o que somente é possível pela compressão da monocamada na superfície >> pois durante
o ciclo respiratório, o volume alveolar varia em função da presença de ar. Quando respiramos, os
alvéolos inflam, aumentando sua área superficial, e nesse instante as moléculas de fosfolipídios
2 fina camada com a espessura de apenas uma molécula
adsorvem na parede interna. Durante a expiração, os alvéolos murcham, diminuindo sua área
superficial e comprimindo as moléculas adsorvidas. Assim, a tensão interfacial da parede interna
dos alvéolos é reduzida para um valor mínimo, facilitando a difusão de oxigênio para os vasos
capilares;
além disso, os surfactantes tem característica detergente e servem para Aumentar a complacência
pulmonar e consequentemente diminuir o esforço respiratório. e Evitar atelectasia (colapso do
parênquima pulmonar) no fim da expiração.
5. Viscosidade - resistência que um fluido apresenta ao escoamento, ocasionada pelo
movimento relativo entre suas partes; atrito que ocorre no interior de um fluido;
água tem uma baixa viscosidade >> acredita-se que isso se deve a contínua
flutuação das pontes H, que se fazem e desfazem;
alta viscosidade seria prejudicial a todas as trocas hídricas dos organismos, e no
caso da circulação sanguínea, um obstáculo a hemodinâmica
Alteração da Viscosidade = ativação da agregação;
maior a idade menor a quantidade de água, consequentemente o metabolismo é
mais baixo
menor a idade maior a quantidade de água e metabolismo mais alto
quanto mais tecido gorduroso menos água
(obesos têm mais probabilidade de problemas renais por ter menos água)
***Propriedades Microscópicas da água:
-água é um excelente solvente, sendo capaz de realizar a solução de substâncias iônicas,
covalente e anfipáticas;
1. Substâncias Iônicas - Sendo polar, a água tem alta constante dietétrica, ""80. Isto
significa que a força de atração de um ânion por um cátion é diminuída de 80 vezes
na água >> permitindo que cada partícula fique envolvida pela água, fique em
solução;
As macromoléculas, pelo fato de serem poliíons, atraem várias moléculas de água.
Toda proteína fixa uma certa quantidade de água, chamada de água de
hidratação
ex. A albumina humana fixa cerca de 18 moléculas de água em cada molécula de
albumina. Esse efeito é denominado, as vezes, de "pressão oncótica”;
2. Substância Covalente - se dissolvem na água através da formação de pontes H
com as moléculas de água; Quando as pontes H formadas não perturbam a
estrutura da água, a substância é solúvel ; Se a estrutura é perturbada, a
substância é insolúvel;
3. Substâncias Anfipáticas - As moléculas dessas substâncias em meio aquoso se
orientam com a parte covalente para dentro e a parte polar para fora, ficando
envolvidas por moléculas de água;
Formação de clatratos, paredes e túneis - Associação de 20 moléculas de água
através de pontes H pode formar uma estrutura com cavidade interna de 0,5 nm
(SA), que pode aprisionar pequenas moléculas, íons e até a própria água,
( estrutura de cIatrato (gaiola)). Através das pontes H a água forma também finas
paredes e túneis, isolando dentro dessas estruturas outras moléculas. Esse
sistema pode permanecer estável durante muito tempo, como verdadeiras
soluções, e apresentam grande interesse na veiculação de medicamentos.
4. Água pura organizada através das pontes H, tem entropia diminuída; ainda mais
minimizada pela presença desubstâncias que aumentam a organização da água,
ex. íons, especialmente os poliíons (moléculas com várias cargas), como as
proteínas;
Há Íons e substâncias que, por exceção, aumentam a entropia da água. ex.
anestésicos gerais;
-As mulheres possuem menos água por quilograma de massa corporal do que os
homens, pois têm mais tecido adiposo;
(Gotas de gordura no tecido adiposo ocupam a maior parte do volume celular,
substituindo a água celular)
-Na prática clínica, é necessário considerar a variabilidade do conteúdo de água corporal
para a adequada prescrição de medicamentos
(Pelo fato de mulheres e pessoas idosas possuírem menos água no corpo, elas terão uma
concentração maior de um medicamento no plasma do que teriam jovens do sexo
masculino se a todos fosse dada uma dose igual por quilograma de massa corporal);
-compartimento intracelular contém aproximadamente 2/3 (67%) da água corporal. O
terço restante (33%) é dividido entre o líquido intersticial (que contém cerca de 75% da
água extracelular) e o plasma (que contém cerca de 25% da água extracelular);
-A água é capaz de se mover livremente entre as células e o líquido extracelular,
distribuindo-se até as concentrações de água estarem iguais por todo o corpo (equilíbrio
osmótico/osmose);
IDADE: o percentual decresce com a idade
• crianças 75-80% do peso corporal
• idosos 40-50% do peso corporal.
SEXO:
• porque tem maior proporção de tecido adiposo.
• mulher tem menos água corporal
PESO:
• porque a quantidade de tecido adiposo é maior.
• obesos tem menos água corporal
- regulação dos volumes constantes de líquidos corporais é crucial para manutenção da
homeostase corpórea;
-ganhamos água por ingestão de líquidos e pelo metabolismo, perdemos por pele,
pulmões, fezes. urina e suor;
-a distribuição da água pelo corpo:
-volume sanguíneo e sua importância como parâmetro biofísico:
• Mistura de LIC e LEC : Plasma (60%) + células (40%)
• Paramento Biofísico: Hematócrito - Fração do sangue que corresponde ao total
Hemácias
Normal: 0,36 (mulher) e 0,40 (homem)
Anemia: valores abaixo até 0,10 / tem poucas células e muito plasma
Policitemias: valores acima até 0,65 / tem alta taxa de celularidade e pouco plasma
*** Líquidos corporais: Constituintes dos Líquidos Extracelular e Intracelular:
• A osmolaridade é a mesma
• As composições iônicas são as mesmas mas com variação na concentração - quem
mantém essas variações nos vasos capilares são as membranas capilares dos vasos
sanguíneos; as proteínas, macromoléculas mantêm a água dentro dos vasos capilares e
são mantidas pelas membranas capilares; já na membrana plasmática regula a
membrana celular e tem vários outros componentes que regulam, como bombas, poros e
etc;
Entre o plasma e o líquido intersticial, a principal diferença é a presença de uma maior
concentração de macromoléculas (proteínas) no primeiro. Essas partículas desempenham
importante papel na manutenção da tonicidade do compartimento intravascular e no
intercâmbio de líquidos através dos capilares.
➔ Fenômenos decorrentes de alteração da concentração de água
-desidratação : Ocorre quando o organismo apresenta quantidade insuficiente de água.
• Fatores associados: - Ingestão insuficiente - Perdas excessivas de água (Diarréia...)
• Sintomas da desidratação: - Volume sanguíneos reduzido (aumenta a viscosidade)- Pele
áspera - Fraqueza e sensação de corpo pesado (alterações musculares)...
-edema : Acúmulo anormal de líquido no espaço intersticial; é local;
• Causas: cardíaca, renal, pulmonar, desnutrição, obstrução venosa ou linfática.
• Edema generalizado: acúmulo de líquidos no corpo inteiro; quando toca na pele com
edema demora voltar ao normal por conta do acúmulo;
-anasarca : Edema sistêmico devido ao acúmulo de fluido no espaço extracelular;
Exemplos de patologias: 1. Insuficiência cardíaca ou renal
- Síndrome nefrótica - perda de proteínas na urina
- Insuficiência cardíaca congestiva - os líquidos não circulam adequadamente pelo corpo
e os rins retêm água;
2- Cirrose hepática: o fígado não produz proteínas sanguíneas o suficiente
3- Desnutrição quando há extrema deficiência de proteínas (sindrome de Kwashiorkor);
anasarca/edema
** importância biológica:
-Solvente para compostos hidrofílicos
- Estrutura para células
- Ações fisiológicas: digestão, absorção, excreção
-hidrata os tecidos da boca, olho e nariz;
-regula temperatura do cérebro;
-ajuda prevenir constipações;
-protege os órgãos e tecidos;
-ajuda a dissolver minerais e outros nutrientes para torná-lo acessíveis ao corpo;
-lubrifica as articulações;
-reduz o desgaste dos rins e fígado;
-leva nutrientes e oxigênio para as células;
➔ Membranas biológicas: mecanismos de controle dos constituintes intra e
extracelular
-As membranas biológicas estabelecem urn gradiente entrópico entre interior (Entropia
baixa), e o exterior (Entropia alta), e consegue manter o interior em estado estacionário;
-a troca entre os compartimentos intracelulares e extracelulares é restrita pela membrana
celular. Se uma substância entra ou não em uma célula, depende das propriedades da
membrana celular e das propriedades da substância. As membranas celulares são
seletivamente permeáveis, o que significa que algumas moléculas podem as atravessar,
mas outras não.
-composição de lipídio e proteína de uma dada membrana da célula determina quais
moléculas podem entrar na célula e quais podem sair;
- Se uma membrana permite que uma substância passe através dela, a membrana é dita
permeável à referida substância.
-membranas pouco permeáveis também existem;
-Se uma membrana não permite que uma substância passe, a membrana é dita
impermeável a essa substância.
ex. íons, a maioria das moléculas polares e as moléculas muito grandes (como as
proteínas) entram nas células com mais dificuldade ou podem não entrar de modo algum;
como oxigênio, dióxido de carbono e lipídeos, movem-se facilmente através da maioria
das membranas celulares;
-moléculas muito pequenas e aquelas que são solúveis em lipídeos podem atravessar
diretamente através da bicamada fosfolipídica, conseguem atravessar livremente;
-Moléculas maiores ou menos solúveis em lipídeos, em geral, não entram ou saem de
uma célula, a menos que a célula tenha proteínas de membrana específicas para as
transportar através da bicamada lipídica.
-As moléculas lipofóbicas muito grandes não podem ser transportadas por proteínas e
devem entrar e deixar a célula em vesículas;
-As forças que promovem o movimento de água e de pequenas moléculas através das
membranas dos compartimentos são: difusão, filtração, osmose (transportes
passivos) e transporte ativo;
**Difusão é o movimento aleatório e individual de partículas não carregadas, em uma
mistura qualquer, a favor de seu gradiente de concentração - ou seja, da região mais
concentrada para a menos concentrada - e sem gasto de energia. Esse movimento,
chamado de movimento browniano, faz com que as partículas atinjam uma uniformidade
de distribuição por toda a extensão disponível, conferindo à mistura um estado de maior
energia devido ao aumento da entropia. A difusão pode acontecer em misturas sólidas,
líquidas ou gasosas ; Pode ser difusão simples, quando ocorre num meio homogêneo, ou
difusão através de uma membrana.
Nos organismos, o processo de difusão é responsável pela passagem de substâncias
através das membranas celulares, desde que a membrana seja permeável à substância.
Nesse caso, uma substância mais concentrada no meio extracelular poderá passar por
difusão para o meio intracelular, igualando as concentrações.
utiliza a energia cinética inerente das moléculas e a energia potencial armazenada em
gradientes de concentração;
Moléculas gasosas e moléculas em solução se movem constantemente de um lugar para
outro, chocando-se com outras moléculas ou com as paredes do recipiente que as
contêm. Quando as moléculas estão concentradas em um espaço fechado, seus
movimentos fazem elas se espalharem gradualmente até ficarem uniformemente
distribuídas por todo o espaço disponível;
não requer energiade alguma fonte externa;
usam gradiente de concentração, também conhecido como gradiente químico;
movimento líquido de moléculas ocorre até que a concentração é igual em todos os
lugares;
diretamente relacionada à temperatura. Nas temperaturas mais altas, as moléculas
movem-se mais rapidamente;
movimento de íons é influenciado por gradientes elétricos pela atração de cargas opostas
e repulsão de cargas similares. Por essa razão, os íons movem-se em resposta ao
gradiente elétrico e de concentração combinados, ou gradiente eletroquímico - íons não
se movem por difusão
**Transporte de fluidos: tanto gases como líquidos são considerados fluidos porque eles
fluem. No fluxo de massa, um gradiente de pressão faz o fluido fluir de regiões de pressão
mais alta para regiões de pressão mais baixa. À medida que o fluido flui, ele carrega
todas as suas partes componentes, incluindo as substâncias dissolvidas ou suspensas
nele.
ex. sangue movendo-se pelo sistema circulatório; fluxo de ar nos pulmões;
**Difusão Simples:
-difusão direta através da bicamada fosfolipídica de uma membrana;
-Passagem por canais protéicos
Ex. Canais de Na+ , K+
-Espaços entre os fosfolipídios.
Ex. hormônios esteroidais, gases (O2 , CO2 N2 )
ex. substâncias lipofílicas que podem atravessar a membrana se movem por difusão;
**Difusão facilitada:
-Difusão de substâncias com auxílio de proteínas ou moléculas carreadoras – para
internalização;
Ex. Glicose-Insulina, outros açúcares (Galactose, arabinose..) e aminoácidos.
**FILTRAÇÃO: processo de transferência de substâncias através de uma membrana por
meio de um gradiente de pressão hidrostática. A natureza da membrana, ou seja, o
diâmetro dos seus poros é quem determina quais as partículas que poderão ou não
atravessá-las.;
importante mecanismo de troca de substâncias entre os compartimentos intravascular e
intersticial através das paredes dos capilares.
Normalmente, a membrana dos capilares é amplamente permeável à água e pequenas
moléculas e impermeável às macromoléculas como as proteínas e os polissacarídeos
**OSMOSE: consiste na transferência efetiva de solvente de uma solução menos
concentrada para outra mais concentrada através de uma membrana semipermeável
quando esta é permeável apenas ao solvente. Dependendo do diâmetro dos poros,
durante o fenômeno da osmose, além do solvente podem ser transportadas também
pequenas moléculas ou partículas nele dissolvidas.
pressão com que o solvente é transferido para a solução é chamada PRESSÃO
OSMÓTICA - pressão mínima que precisa ser aplicada a uma solução para que o fluxo de
água através da membrana semipermeável entre em equilíbrio;
Mantendo-se constante a temperatura, a pressão osmótica (PO) é diretamente
proporcional à OSMOLARIDADE da solução, ou seja, à concentração de partículas de
soluto;
Se as duas soluções têm a mesma osmolaridade, são classificadas como
ISOSMOLARES. Se uma têm uma osmolaridade maior que a outra, a primeira é
classificada como HIPEROSMOLAR em relação à segunda e a segunda é classificada
como HIPOSMOLAR em relação à primeira;
Podemos conceituar a TONICIDADE de uma solução (ou compartimento) como sendo a
sua capacidade de retirar ou “absorver” solvente de outra solução qualquer, da qual está
separada por uma membrana qualquer. Se as duas soluções têm a mesma capacidade,
ou seja, a mesma tonicidade, os fluxos de solvente nos dois sentidos serão iguais e
nenhuma das duas aumenta de volume às custas da outra. Dizemos que as soluções são
ISOTÔNICAS. Se as soluções têm tonicidades diferentes, o fluxo de solvente será maior
no sentido da solução de menor tonicidade para a solução de maior tonicidade. Esta
última, portanto, tende a aumentar de volume e é classificada como HIPERTÔNICA,
enquanto a solução que perdeu solvente é classificada como HIPOTÔNICA.
o potencial osmótico é a capacidade de ganhar solvente quando a solução está
separada do solvente puro por uma membrana semipermeável. - a tonicidade é a
capacidade de ganhar solvente quando a solução está separada de outra solução
qualquer, ou do solvente, por uma membrana qualquer.
**TRANSPORTE ATIVO: transferência UNIDIRECIONAL de uma substância através de
uma membrana INDEPENDETEMENTE ou até mesmo CONTRA um gradiente qualquer;
necessita de uma fonte externa de energia, pois, de outro modo, não poderia manter o
transporte em uma única direção nem vencer um gradiente contrário que mesmo não
existindo de início, apareceria logo que fosse iniciado o processo;
normalmente, pela quebra do atp elas obtêm energia;
-Primário: Passagem de substâncias através de canais ou bombas com gasto de ATP;
Sistema contra-fluxo
Ex. (Na+ /K+ bomba de sódio e potássio)ATPase; Ca2+-ATPa
pressão coloidal osmótica=pressão oncótica;
alta concentração de ptns dentro dos capilares - vou ter muito água dentro
pouca concentração de ptns nos vasos - vou ter pouca concentração de água dentro e
fora vou ter mais água nos espaços intersticiais;
➔ BIOELETROGÊNESE
-Sendo os seres vivos máquinas elétricas é natural que seus elementos produzam e usem
eletricidade.
-As células vivas apresentam uma diferença de potencial entre os dois lados da
membrana;
-interior é sempre negativo, e o exterior, positivo.
A origem desses potenciais é uma distribuição assimétrica de íons;
- o potencial existe sob duas formas principais:
a) Potencial de Repouso, ou de estado fixo - mais ou menos em estado estacionário;
b) Potencial de Ação - que é uma variação e propagação brusca do potencial, e pode
conduzir importantes mensagens;
-Por associação de mecanismos passivos e ativos, os biossistemas produzem e utilizam
uma variada gama de potenciais elétricos;
ex. I Fase: Os ions Na entram passivamente na célula, através do gradiente de
concentração. II Fase - A célula expulsa esses íons ativamente, ao mesmo tempo que
introduz, também ativamente, um Íon K +;
3 Fase - Esse Íon K + tem grande mobilidade, e volta passivamente para o lado externo
da membrana, conferindo-lhe carga positiva. Do lado interno, íons fosfato e especialmente
proteínas aniônicas fornecem a carga negativa;
íon Cl- acompanha passivamente, por atração elétrica, o ío Na", e diminui o potencial
elétrico para alguns milivolts >> célula fica polarizada;
- concentrações iônica intra e extracelular permaneceram constantes durante todo o
tempo. Todas as células possuem potencial transmembrana, que desaparece com a
morte celular;
-Há uma relação entre as variações elétricas do potencial de ação, e os movimentos
iônicos transmembrana. Um resumo dessas relações é:
1. Despolarização - Abertura dos canais de Na '' ' com penetração de uma diminuta
quantidade de íons Na ", suficiente para anular a diferença do potencial transmembrana.
2. Polarização invertida - Continua a entrada de Na ", e com um pouco mais desses
íons, a parte interna da célula fica positiva.
3. Repolarização - Logo em seguida, fecham-se os canais de Na +; e o Íon K + sai da
célula, repolarizando-a; A bomba de sódio se encarrega de expulsar o pequeno excesso
de íons Na + que estava no interior da célula, e tudo volta ao estado inicial;
-O potencial de ação se propaga através de células e também intercelulares, nos tecidos
excitáveis. Os nervos são formados de células que podem atingir metros de comprimento,
e constituem estruturas adequadas para estudo da propagação do PA.
*Nervos Amielinizados e Mielinizado Condução Saltatória:
Existem dois tipos de nervos,
1. Amielínicos ou amielinizados - A membrana do axônio esta em contato direto com os
tecidos vizinhos;
2. Mielínicos ou mielinizados - A membrana do axônio é, envolvida pela célula de Schwan,
cuja membrana é rica em uma lipoproteína, mielina. As partes descobertas são os
nódulos de Ranvier;
A troca iônica se faz apenas no nódulo de Ranvier, e o impulso salta sobre as bainhas de
mielina. Nesses nervos, a velocidade de condução e maior que nos nervos não
mielinizados, e pode chegar a ser 50 x mais veloz;
condução saltatória é mais econômica que a condução contínua em nervos não
mielinizados, pols o desperdício de energiametabólica é menor;
Quando um nervo é estimulado, o impulso elétrico caminha igualmente nos dois sentidos;
A condução no sentido naturalmente programado para o nervo é chamada de
ortodrômica (ortos, certo; dromos, pista).
A que se propaga em sentido contrário é a antidromica (anti, contra; dromos, pista).
Entre os mecanismos naturais para impedir a condução antidrômica, estão as sinapses;
Tanto as sinapses excitatórias, como as inibitórias, bloqueiam esses tipos de impulsos;
-sinapse é uma espécie de rede elétrica;