Biofísica fluxo transmembrana [medicina]

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Dalton Willians S Arandas - Medicina 
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BIOFÍSICA 
BIOFÍSICA CELULAR: TRANSPORTE DE 
MATÉRIA ATRAVÉS DA MEMBRANA 
É parte da biofísica que analisa as trocas entre as células, 
como ocorre a nutrição celular, o transporte de íons, 
glicose e até mesmo a entrada de fármacos no organismo 
humano, sendo possível compreender o porquê de 
existirem medicamentos aplicados no músculo enquanto 
tem outros aplicados via endovenosa. 
Difusão: movimento dos solutos em decorrência do 
gradiente (que é uma variação gradual e contínua de um 
determinado parâmetro que pode ser concentração, cor, 
mas que nesse caso é o soluto) de concentração, o 
gradiente assim torna-se uma força motriz dotada de 
intensidade, direção e sentido. Contudo, apesar do 
conceito de difusão ser aplicado para explicar o 
movimento de solutos a partir de um gradiente fica uma 
lacuna, pois o movimento de partículas ainda é presente 
mesmo numa região a qual não há gradiente. Para 
contrapor esse conceito antigo, Albert Einstein se utilizou 
de um balão com gás (que ocupa com maior facilidade o 
recipiente a qual está ocupando) e observou a partir de 
marcadores nas moléculas de gás que as moléculas 
marcadas transitavam por todo o espaço do balão num 
movimento aleatório que foi denominado por movimento 
browniano que é um movimento difusivo puramente 
aleatório pois a difusão, sob o ponto de vista físico, a 
difusão não depende necessariamente da diferença de 
concentração para se movimentaram, porém o 
direcionamento do movimento das moléculas depende do 
gradiente. 
 
O que explica o movimento browniano que é aleatório e 
dependente do calor que permite a vibração molecular que 
permite a movimentação das moléculas por meio da 
energia cinética provocada por esse movimento. 
Coeficiente de difusão de Einstein: 
 
A difusão é diretamente proporcional a 
temperatura, já é inversamente proporcional a 
viscosidade do meio o que implica dizer que quanto 
maior a viscosidade do meio, menor é a difusão o 
que explica os casos de diabetes que tem dificuldade 
de circulação, microcirculação e cicatrização em 
membros inferiores que por ter um sangue mais 
viscoso pelo excesso de glicose no plasma impede 
que os elementos do sangue que atuam na 
cicatrização cheguem com facilidade a área lesada. 
Já o raio da partícula que é inversamente 
proporcional ao coeficiente de difusão (que está 
relacionado com o tamanho da partícula), implica 
afirmar que quanto maior a partícula menor sua 
difusão. 
FLUXO TRANSMEMBRANA 
É a análise dos movimentos físicos de partícula no 
corpo dada a presença de membranas celulares. A 
passagem de uma substância de um lado para o 
outro na membrana a favor de um gradiente é 
chamado de fluxo transmembrana que depende de 
uma série de parâmetros que permitem essa 
passagem. 
 
O fluxo de membrana pode ser caracterizado pela 
seguinte fórmula que é conhecida por primeira lei 
de Fick: 
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O que implica afirmar que por estar relacionado com o 
coeficiente de difusão, indiretamente, o fluxo de 
membrana é dependente do tamanho da partícula, da 
viscosidade do meio e da temperatura. Do ponto de vista 
químico as substâncias são diferentes entre si, como por 
exemplo a insulina ser diferente da glicose portanto torna 
essa equação incompleta precisando de um fator que leve 
em consideração a natureza química das substâncias e esse 
fator é o coeficiente de partição então a seguinte fórmula 
veio para corrigir tal problema: 
 
Características ideias das substâncias para o processo 
de passagem transmembrana são três: 
Coeficiente de partição: que é a afinidade com a qual a 
molécula consegue atravessar a membrana sem precisar do 
auxílio de outros mecanismos, e esse processo de 
atravessar a membrana sozinha é a hidrofobicidade que é 
a capacidade da molécula se 
particionar/solubilizar na membrana lipídica, porém a 
molécula não deve ser fortemente hidrofóbica, pois se for 
o caso essa substância vai se aprisionar na membrana 
causando acumulação e até mesmo rompimento da 
membrana, então a partícula ideal deve ter uma certa 
polaridade tendo uma hidrofobicidade relativa para 
conseguir sair da membrana e se difundir para o interior da 
célula. 
Coeficiente de partição/particionamento: quando maior 
o coeficiente de partição de um fármaco maior sua 
capacidade de penetrar em membranas esse fator está 
relacionado a hidrofobicidade. 
Baixo peso molecular: A água consegue atravessar as 
membranas apesar de ser polar e de ter um baixo 
coeficiente de partição pelo fator das membranas não 
 serem estáticas e ficarem num movimento 
dinâmico de afastar e se unir, e a água por ser uma 
molécula muito pequena de baixo peso molecular 
consegue atravessar os espaços deixados pela 
membrana, além desse fator a água também 
consegue atravessar as membranas graças a 
presença de aquaporinas que são carreadores que 
permitem a livre passagem de água. 
 
Ex.: Ácido glicólico: molécula muito hidrofílica que 
penetra as membranas das células com muita 
facilidade por conta de seu baixo peso molecular e 
ele é higroscópico por conseguir absorver e reter 
água, dando um aspecto de hidratação na pele. 
Tamanho da molécula: é outro fator que influencia 
na difusão das moléculas por entre as membranas, por 
exemplo moléculas de gases conseguem penetrar a 
membrana com muita rapidez. 
Ausência de carga: substâncias carregadas como o 
Na+ apesar de terem baixo peso molecular apresentam 
dificuldades para atravessar a membrana. E maioria 
dos fármacos são ácidos ou bases fracos que quando 
em meio aquoso se dissociam e se tornam partículas 
carregadas (íons) a depender do pKa e do pH do meio 
e para manter e não ionizar rapidamente o fármaco 
existem medicamentos inseridos em capsulas que 
mantém a integridade do fármaco até ele chegar no 
intestino. 
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E para suprir a necessidade de algumas moléculas que não 
penetram a membrana normalmente existem as proteínas 
intermembrana que conseguem colocar para o interior da 
célula moléculas que normalmente não entrariam, além de 
outros mecanismos abaixo listados que facilitam esse 
transporte. 
 
Tipos de transporte: 
• Contínuo: A partícula não abandona o meio inicial 
durante o movimento. Ex.: o íon sódio sai do meio 
• extracelular aquoso atravessa uma proteína 
integral e entra ao meio intracelular também 
aquoso sem mudar seu meio inicial se configura 
como um movimento contínuo; 
• Descontínuo: A partícula abandona o meio 
inicial durante o meio. Ex.: o oxigênio quando 
sai do meio extracelular que é aquoso e penetra 
no lipídio de membrana que é um meio 
hidrofóbico e muda seu meio saindo do meio 
aquoso pro lipídico se configura como uma 
mudança descontínua. 
Vilosidades intestinais: local onde ocorre maior 
absorção de nutrientes e de fármacos para atingir a 
corrente sanguínea. 
Cinética: comportamento linear da difusão simples, 
quanto maior a concentração maior a velocidade de 
entrada dos fármacos. Já a difusão facilitada não é 
linear por depender da quantidade de 
transportadores que é limitada. 
 
Transporte passivo: 
• Difusão simples; 
• Difusão facilitada. 
• Transporte ativo: 
• Bomba de Na+ K+ 
 
PROTEÍNAS DE TRANSPORTE 
São proteínas que tem duas funções principais e 
dentre elas a mais relevante é auxiliar a livre 
circulação de moléculas que normalmente não 
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atravessariam a membrana em condições normais, maioria 
das vezes são transmembranas, ou seja, atravessam a 
membrana fazendo a comunicação do meio extracelular 
com o meio intracelular. 
As proteínas de transporte são permeases e facilitam a 
passagem de soluto, já os poros são proteínas de canal que 
prezam pela passagem de íons. 
 
Algumas proteínas, principalmente os poros, são tão 
grandes queatravessam a membrana múltiplas vezes isso 
permite que os íons atravessem a membrana sem entrar em 
contato com a parte hidrofóbica da membrana.