ob je tiv os A U L A12 Transporte ativo Ao final desta aula, você deverá ser capaz de saber o significado de: • Transporte ativo; • Bomba de sódio/potássio; • Uniporte, simporte e antiporte; • Proteínas de multirresistência a drogas. Biologia Celular I | Transporte ativo CEDERJ140 Biologia Celular I | Transporte ativo CEDERJ 141 A U LA 1 2 M Ó D U LO 2 TRANSPORTE ATIVO. PARA QUÊ? Numa célula que, ao longo de um determinado período, realize apenas transporte passivo, a distribuição de íons dos meios intracelular e extracelular tenderá a ser idêntica (Figura 12.1). Como a tonicidade do meio intracelular resulta da concentração de íons, proteínas solúveis e açúcares do citosol, essa célula tenderá a tornar-se hipertônica em relação ao meio externo, acarretando a absorção de água por osmose e um aumento de seu volume que poderá levar ao rompimento. Além disso, com o equilíbrio entre os meios intra e extracelular, o transporte iônico simplesmente não ocorrerá. Como devolver ao compartimento de origem os íons que passaram pelos canais iônicos? A resposta funcional a esse dilema é o transporte ativo. Figura 12.1: Se apenas os canais iônicos promovessem o transporte de íons, em pouco tempo haveria uma distribuição uniforme de cargas dentro e fora da célula e a diferença de cargas entre o lado interno e o externo da membrana celular seria zero. ! A harmonia do desequilíbrio: Assim como uma bicicleta só se mantém equilibrada nas duas rodas se estiver em movimento, a vida celular também requer atividade constante. Por exemplo, no caso dos neurônios, o que indica se seu estado é de repouso ou atividade é a diferença de cargas nos lados interno e externo na membrana celular. Quando a célula está em repouso, o exterior é positivo em relação ao meio interno. Em atividade, essa polaridade se inverte momentaneamente e o interior se torna positivo. Essa mudança de carga se faz pela passagem de íons (principalmente Na+ e K+). Se a distribuição de íons fosse igual nos dois lados da membrana, a célula “não saberia” em que estado se encontra. Tal como um ciclista que precisa manter constantemente o equilíbrio pedalando, a célula está constantemente alterando a composição iônica dos meios intra e extracelular, mantendo-se num equilíbrio dinâmico. Biologia Celular I | Transporte ativo CEDERJ140 Biologia Celular I | Transporte ativo CEDERJ 141 A U LA 1 2 M Ó D U LO 2 O QUE É TRANSPORTE ATIVO O transporte ativo (Figura 12.2) contrapõe-se ao passivo em seus dois postulados básicos: 1. dá-se sempre contra o gradiente de concentração do soluto que está sendo transportado; 2. requer gasto energético (ATP) por parte da célula. Figura 12.2: No transporte ativo, a substância é trans- portada por um carreador contra o seu gradiente eletroquímico, ou seja, do compartimento onde está em menor concentração para onde já existe em maior quantidade. A esses postulados acrescenta-se mais uma norma: apenas proteínas do tipo carreador são capazes de realizar transporte ativo. Este mantém um desequilíbrio dinâmico entre os meios intracelular e extracelular, especialmente com relação aos íons. Enquanto a abertura dos canais iônicos tende a uniformizar a distribuição intra e extracelular de ânions e cátions, além de aumentar a tonicidade do ambiente intracelular, a expulsão seletiva de íons por transporte ativo traz duas conseqüências: 1. equilíbrio da tonicidade do meio intracelular, impedindo a absorção excessiva de água por osmose (controle do volume celular) (Figura 12.3); Figura 12.3: Devido à presença de íons, proteínas, açúcares e outras moléculas em solução no citoplasma, além do espaço ocupado pelas organelas, sua concentração é sempre maior que a do meio extracelular. Por isso mesmo, há uma natural tendência de que as células absorvam água por osmose. A absorção excessiva de água é evitada por vários mecanismos: (a) a presença de uma parede celular semi-rígida nos vegetais, (b) vacúolos contráteis em protozoários e (c) a expulsão ativa de íons nas células eucariontes em geral.a b C Biologia Celular I | Transporte ativo CEDERJ142 Biologia Celular I | Transporte ativo CEDERJ 143 A U LA 1 2 M Ó D U LO 2 Figura 12.4: Numa membrana em repouso, há mais cátions no lado extracelular que no citoplasma. Portanto, o meio externo é positivo em relação ao meio interno. 2. estabelecimento de uma distribuição diferenciada de íons (gradiente) entre os meios intra e extracelular. Numa célula típica em repouso, a quantidade de Na+ intracelular é 10 a 30 vezes menor do que no meio extracelular, enquanto a quantidade de K+ é cerca de 30 vezes maior no meio intracelular que no meio extracelular. Considerando, além desses cátions majoritários, outros íons como Cl-, Mg++, Ca++ e PO 4 --,o ambiente intracelular é negativo em relação ao meio extracelular (Figura 12.4). Devido a essa distribuição diferenciada de cargas, dizemos que a membrana plasmática é polarizada. Dizemos que a membrana está em repouso enquanto for mantida essa polaridade (positiva fora, negativa dentro) (Figura 12.5A). Quando os canais forem abertos e o citoplasma for invadido por íons, estará ocorrendo uma despolarização da membrana (Figura 12.5B). A despolarização sinaliza uma alteração no estado funcional da célula. Por exemplo, se for uma célula muscular, a conseqüência dessa mudança de sinal será a contração muscular. No caso de uma glândula, pode ser esse o sinal para a secreção de um hormônio, e assim por diante. Figura 12.5: (a) A diferença na distribuição de íons entre os lados intra extracelular da membrana cria um potencial de membrana onde o interior é negativo em relação ao exterior. (b) Quando se abrem os canais iônicos, os íons movem-se a favor de seu gradiente eletroquímico, invertendo a distribuição de cargas entre os dois lados da membrana. Meio extracelular Meio intracelular b a Biologia Celular I | Transporte ativo CEDERJ142 Biologia Celular I | Transporte ativo CEDERJ 143 A U LA 1 2 M Ó D U LO 2 Quando um determinado estímulo leva à abertura de canais iônicos para Na+ e K+, a rápida entrada no citoplasma de uma grande quantidade de íons Na+ e a evasão de uma quantidade também considerável de íons K+ para fora da célula provocam a despolarização. Como no balanço final a entrada de cátions é maior que a saída, o meio interno se torna positivo em relação ao meio externo. Até este ponto, descrevemos eventos que dependem apenas da abertura de canais, isto é, transporte passivo. O papel do transporte ativo será fazer com que a célula retorne ao estado de repouso, ou seja, refazer a distribuição dos íons de modo que o meio intracelular seja negativo em relação ao meio extracelular, mesmo que isso signifique deslocar íons do compartimento onde eles estão em menor concentração para outro onde sua concentração seja maior. A repolarização (retorno ao estado polarizado) da membrana é feita por um sistema de transporte ativo chamado de bomba de sódio/potássio. Dê uma paradinha: O transporte ativo, energeticamente falando, é sempre feito ladeira acima. Isto é, enquanto para descarregar um caminhão de areia basta erguer a caçamba e despejar o conteúdo, para enchê-lo serão necessários vários operários com pás. Outra boa comparação seria um escorregador: descer por ele não requer nenhum esforço; já a subida... Biologia Celular I | Transporte ativo CEDERJ144 Biologia Celular I | Transporte ativo CEDERJ 145 A U LA 1 2 M Ó D U LO 2 Figura12.6: A bomba de Na+/K+ é um complexo protéico formado por duas subunidades. Na maior delas estão o sítio catalítico (intracelular) onde ocorre a hidrólise do ATP e os locais por onde passam os íons Na+ (para o meio externo) e K+ (para o meio intracelular). Para cada 3Na+ que saem, entram 2K+ e uma molécula de ATP