Tipos de transporte celular e características

Ele transporte celular Implica o tráfego e o deslocamento das moléculas entre o interior e o exterior das células. A troca de moléculas entre esses compartimentos é um fenômeno essencial para o funcionamento correto do organismo e uma série de eventos, como o potencial da membrana, para mencionar alguns.

As membranas biológicas não são apenas responsáveis ​​por delimitar a célula, mas também desempenham um papel indispensável no tráfego de substâncias. Eles têm uma série de proteínas que cruzam a estrutura e, seletivamente, permitem a entrada de certas moléculas.

O transporte celular é classificado em dois tipos principais, dependendo se o sistema usa ou não energia diretamente.

O transporte passivo não requer energia, e as moléculas conseguem atravessar a membrana por difusão passiva, por meio de canais aquosos ou por meio de moléculas transportadas. A direção do transporte ativo é determinada exclusivamente pelos gradientes de concentração entre os dois lados da membrana.

Por outro lado, o segundo tipo de transporte se requer energia e é chamado de transporte ativo. Graças à energia injetada no sistema, as bombas podem mover as moléculas contra seus gradientes de concentração. O exemplo mais notável na literatura é a bomba de sódio - potássio.

Bases teóricas

-Membranas celulares

Para entender como ocorre o tráfego de substâncias e moléculas entre a célula e os compartimentos adjacentes, é necessário analisar a estrutura e a composição das membranas biológicas.

-Lipídios nas membranas

Por jpablo cad [cc por 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/por/3.0)], da Wikimedia Commons

As células são cercadas por uma membrana fina e complexa de natureza lipídica. O componente básico é fosfolipídios.

Estes são compostos por uma cabeça polar e caudas apolares. As membranas são compostas por duas camadas de fosfolipídios - "lipídios bicapas" - nos quais as caudas são agrupadas no interior e as cabeças dão às faces extra e intracelular.

As moléculas que possuem áreas polares e apolares são chamadas de anfipáticos. Esta propriedade é crucial para a organização espacial de componentes lipídicos nas membranas.

Esta estrutura é compartilhada pelas membranas em torno dos compartimentos subcelulares. Lembre -se de que também mitocôndrias, cloroplastos, vesículas e outras organelas são cercadas por membrana.

Além de fosfoglicerídeos ou fosfolipídios, as membranas são ricas em esfingolipídios, que formaram esqueletos para uma molécula chamada esfinge e esteróis. Neste último grupo, encontramos colesterol, um lipídeo que modula as propriedades da membrana, como sua fluidez.

-Proteínas em membranas

figura 1. Esquema do modelo de mosaico fluido. Fonte: por Ladyofhats Mariana Ruiz, Tradução Pilar Saenz [Domínio Público], via Wikimedia Commons

A membrana é uma estrutura dinâmica, que contém várias proteínas dentro. As proteínas da membrana atuam como uma espécie de "goleiros" ou "guardas" moleculares, que definem com grande seletividade que entra e quem sai da célula.

Por esse motivo, diz -se que as membranas são semipermeáveis, pois alguns compostos conseguem entrar e outros não.

Nem todas as proteínas que estão na membrana são responsáveis ​​por mediar o tráfego. Outros são responsáveis ​​por capturar sinais externos que produzem uma resposta celular a estímulos externos.

-Seletividade da membrana

O interior lipídico da membrana é altamente hidrofóbico, o que faz da membrana uma entidade altamente impermeável à passagem de moléculas polares ou hidrofílicas (este termo significa "apaixonado pela água").

Isso implica uma dificuldade adicional para a passagem de moléculas polares. No entanto, é necessário o tráfego de moléculas hidrossolúveis, para que as células tenham uma série de mecanismos de transporte que permitam o deslocamento efetivo dessas substâncias entre a célula e seu ambiente externo.

Da mesma forma, moléculas grandes, como proteínas, devem ser transportadas e requerem sistemas especializados.

-Difusão e osmose

O movimento das partículas através das membranas celulares ocorre seguindo os seguintes princípios físicos.

Esses princípios são difusão e osmose e se aplicam ao movimento de solutos e solventes em uma solução através de uma membrana semipermeável - como as membranas biológicas encontradas nas células vivas.

Difusão é o processo que implica o movimento térmico aleatório de partículas suspensas de regiões de alta concentração para menores regiões de concentração. Existe uma expressão matemática que busca descrever o processo e é chamado de equação de difusão Fick, mas não vamos nos aprofundar nela.

Com esse conceito em mente, podemos definir o termo permeabilidade, que se refere à taxa na qual uma substância consegue penetrar na membrana passivamente sob uma série de condições concretas.

Por outro lado, a água também se move em favor de seu gradiente de concentração em um fenômeno chamado osmose. Embora pareça não necessário se referir à concentração da água, precisamos entender que o líquido vital se comporta como qualquer outra substância, em termos de sua difusão.

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-Tonicidade

Levando em conta os fenômenos físicos descritos, as concentrações que existem dentro da célula e no exterior determinarão a direção do transporte.

Assim, a tonicidade de uma solução é a resposta das células imersas em uma solução. Há alguma terminologia aplicada a esse cenário:

Isotônico

Uma célula, tecido ou solução é isotônica em relação a outra se a concentração em igual em ambos os elementos. Em um contexto fisiológico, uma célula imersa em um ambiente isotônico não experimentará nenhuma mudança.

Hipotônico

Uma solução é hipotônica em relação à célula se a concentração de solutos for menor no exterior - ou seja, a célula tem mais solutos. Nesse caso, a tendência da água é entrar na célula.

Se colocarmos glóbulos vermelhos em água destilada (que está livre de solutos), a água entraria até que eles as explodiriam. Este fenômeno é chamado de hemólise.

Hipertônico

Uma solução é hipertônica em relação à célula se a concentração de solutos for maior no exterior - ou seja, a célula tem menos solutos.

Nesse caso, a tendência da água é sair da célula. Se colocarmos os glóbulos vermelhos em uma solução mais concentrada, a água das células sanguíneas tende a sair e a célula adquire uma aparência enrugada.

Esses três conceitos têm relevância biológica. Por exemplo, os ovos de um organismo marinho devem ser isotônicos em relação à água do mar para não estourar e não perder água.

Da mesma forma, os parasitas que vivem no sangue de mamíferos devem ter uma concentração de solutos semelhantes ao ambiente em que se desenvolvem.

-Influência elétrica

Quando falamos sobre íons, que são partículas carregadas, o movimento através das membranas não é direcionado exclusivamente por gradientes de concentração. Neste sistema, você deve levar em consideração as cargas dos solutos.

O íon tende a se afastar das regiões onde a concentração é alta (conforme descrito na seção de osmose e difusão), e também se o íon for negativo avançará para as regiões onde há um potencial negativo crescente. Lembre -se de que cargas diferentes atraem e as cargas iguais repelem.

Para prever o comportamento do íon, devemos adicionar as forças combinadas do gradiente de concentração e do gradiente elétrico. Este novo parâmetro é chamado de gradiente eletroquímico líquido.

Os tipos de transporte celular são classificados dependendo do uso - ou não - de energia pelo sistema em movimentos passivos e ativos. Em seguida, descreveremos cada um em detalhes:

Transporte passivo transmembranar

Movimentos passivos através de membranas envolvem a passagem de moléculas sem a necessidade direta de energia. Como esses sistemas não envolvem energia, ela depende exclusivamente de gradientes de concentração (incluindo elétricos) que existem através da membrana plasmática.

Embora a energia responsável pelo movimento das partículas seja armazenada nesses gradientes, é apropriado e conveniente continuar considerando o processo como passivo.

Existem três vias elementares pelas quais as moléculas podem viajar de um lado passivamente:

Difusão simples

A maneira mais simples e intuitiva de transportar um soluto é atravessar a membrana seguindo os gradientes mencionados acima.

A molécula se espalha pela membrana plasmática, deixando a fase aquosa de lado, dissolve -se na porção lipídica e finalmente entra na porção aquosa do interior celular. O mesmo pode acontecer na direção oposta, de dentro da célula.

O passo eficiente através da membrana determinará o nível de energia térmica que o sistema possui. Se for alto o suficiente, a molécula pode atravessar a membrana.

Visto com mais detalhes, a molécula deve quebrar todas as ligações de hidrogênio formadas na fase aquosa para poder passar para a fase lipídica. Este evento requer 5 kcal de energia cinética para cada link presente.

O próximo fator a levar em consideração é a solubilidade da molécula na zona lipídica. A mobilidade é influenciada por uma variedade de fatores, como peso molecular e forma de molécula.

A cinética da passagem de difusão simples exibe uma cinética de não saturação. Isso significa que a entrada aumenta em proporção à concentração do soluto a ser transportado na região extracelular.

Canais aquosos

A segunda alternativa da passagem de moléculas. Esses canais são um tipo de poros que permitem que a molécula passe, evitando o contato com a região hidrofóbica.

Certas moléculas carregadas conseguem entrar na célula após o gradiente de concentração. Graças a este sistema de canais cheios de água, as membranas são altamente impermeáveis ​​a íons. Dentro dessas moléculas, o sódio, potássio, cálcio e cloro se destacam.

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Molécula transportadora

A última alternativa é a combinação do soluto de interesse com uma molécula de transportadora que mascara sua natureza hidrofílica, para alcançar a passagem através da parte rica dos lipídios da membrana.

O transportador aumenta a solubilidade lipídica da molécula que exige ser transportada e favorece sua passagem em favor do gradiente de concentração ou do gradiente eletroquímico.

Essas proteínas transportadoras funcionam de maneiras diferentes. No caso mais simples, um soluto é transferido de um lado da membrana para outro. Esse cara se chama Uniporte. Pelo contrário, se outro soluto for transportado simultaneamente, ou acoplado, o transportador é chamado.

Se o transportador acoplado mobilizar as duas moléculas na mesma direção é um sinport e, se isso acontecer em direções opostas, o transportador será antipete.

Osmose

Osmose2-Fr.PNG: Trabalho psicotikderivativo: Ortisa [CC-BE-SA-3.0 (http: // criativecommons.Org/licenças/BY-SA/3.0/) ou GFDL (http: // www.gnu.Org/copyleft/fdl.html)], via Wikimedia Commons

É o tipo de transporte celular no qual um solvente passa seletivamente através da membrana semipermeável.

A água, por exemplo, tende a se mover ao lado da célula em que sua concentração é menor. O movimento da água nesse caminho gera uma pressão chamada pressão osmótica.

Essa pressão é necessária para regular a concentração de substâncias celulares, que mais tarde afeta a forma da célula.

Ultrafiltração

Nesse caso, o movimento de alguns solutos é produzido pelo efeito de uma pressão hidrostática, desde a área de maior pressão até a menor pressão. No corpo humano, esse processo ocorre nos rins graças à pressão arterial gerada pelo coração.

Dessa maneira, a água, a uréia, etc., passa de células para urina; e hormônios, vitaminas, etc., Eles ficam no sangue. Este mecanismo também é conhecido como nome de diálise.

Difusão facilitada

Difusão facilitada

Existem substâncias com moléculas muito grandes (como glicose e outros monossacarídeos), que precisam de uma proteína transportadora para se espalhar. Essa difusão é mais rápida que a difusão simples e depende de:

• O gradiente de concentração de substâncias.
• A quantidade de proteínas transportadoras presentes na célula.
• A velocidade das proteínas presentes.

Uma dessas proteínas transportadoras é a insulina, que facilita a difusão de glicose, reduzindo sua concentração no sangue.

Transporte ativo transmembranar

Até agora, discutimos a passagem de diferentes moléculas através de canais sem um custo de energia. Nesses eventos, o único custo é gerar energia potencial na forma de concentrações diferenciais em ambos os lados da membrana.

Dessa forma, o endereço de transporte é determinado pelo gradiente existente. Os solutos começam a transportar após os princípios de difusão acima mencionados, até chegarem a um ponto em que a difusão líquida termina - neste momento um equilíbrio foi alcançado. No caso de íons, o movimento também é influenciado pela carga.

No entanto, no único caso em que a distribuição de íons em ambos os lados da membrana está em um equilíbrio real é quando a célula está morta. Todas as células vivas investem uma grande quantidade de energia química para manter as concentrações dos solutos para longe do equilíbrio.

A energia usada para manter esses processos ativos é a molécula ATP. A adenosina trifosfato, abreviada como ATP, é uma molécula de energia fundamental em processos celulares.

Características de transporte ativo

O transporte ativo pode agir contra os gradientes de concentração, independentemente de quão marcados estes sejam - esta propriedade ficará clara com a explicação da bomba de sódio - potássio (veja posteriormente).

Os mecanismos de transporte ativos podem se mover mais de um tipo de molécula ao mesmo tempo. Para transporte ativo, a mesma classificação mencionada para o transporte de várias moléculas simultaneamente no transporte passivo é usado: Simport e Antiporte.

O transporte feito por essas bombas pode ser inibido pela aplicação de moléculas que bloqueiam especificamente locais cruciais na proteína.

A cinética de transporte é do tipo Michaelis -Mente. Ambos os comportamentos - sendo inibidos por algumas moléculas e cinética - são características típicas das reações enzimáticas.

Finalmente, o sistema deve ter enzimas específicas que possam hidrolisar a molécula ATP, como o ATPASAS. Este é o mecanismo pelo qual o sistema obtém a energia que o caracteriza.

Seletividade de transporte

As bombas envolvidas são extremamente seletivas nas moléculas que serão transportadas. Por exemplo, se a bomba for transportadora de íons de sódio, não tome íons de lítio, embora ambos os íons sejam de tamanho muito semelhante.

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Presume -se que as proteínas gerenciem.

Sabe -se que os grandes íons conseguem desidratar facilmente, se os compararmos com um pequeno íon. Assim, um poro com centros polares fracos usará íons grandes, de preferência.

Ao contrário dos canais com centros fortemente carregados, a interação com os íons desidratados predomina.

Exemplo de transporte ativo: a bomba de sódio - potássio

Para explicar os mecanismos de transporte ativos, é melhor fazê -lo com o melhor modelo estudado: a bomba de sódio - potássio.

Uma característica impressionante das células é a capacidade de manter gradientes pronunciados de íons de sódio (NA⁺) e potássio (k⁺).

No ambiente fisiológico, a concentração de potássio dentro das células é 10 a 20 vezes maior que fora das células. Por outro lado, os íons de sódio estão muito mais concentrados no ambiente extracelular.

Com os princípios que governam o movimento de íons passivamente, seria impossível.

A bomba é formada por um complexo proteico do tipo ATPASA ancorado na membrana plasmática de todas as células animais. Isso possui sites sindicais para ambos os íons e é responsável pelo transporte de injeção de energia.

Como funciona a bomba?

Neste sistema, existem dois fatores que determinam o movimento dos íons entre os compartimentos celulares e extracelulares. A primeira é a velocidade com que a bomba de sódio - potássio atua, e o segundo fator é a velocidade com que o íon pode entrar na célula novamente (no caso do sódio), por eventos de difusão passiva.

Dessa forma, a velocidade com que os íons entram na célula condiciona a velocidade na qual a bomba precisa trabalhar para manter uma concentração de íons apropriada.

A operação da bomba depende de uma série de mudanças conformacionais na proteína responsável pelo transporte dos íons. Cada molécula de ATP é diretamente hidrolisada, no processo, três íons de sódio deixam a célula e, ao mesmo tempo, dois íons de potássio entram no ambiente celular.

Transporte em massa

É outro tipo de transporte ativo que ajuda no movimento de macromoléculas, como polissacarídeos e proteínas. Pode ser dado por:

-Endocitose

Existem três processos de endocitose: fagocitose, pinócitos e endocitose mediados pela ligação:

Fagocitose

Fagocitose O tipo de transporte no qual uma partícula sólida é coberta por uma vesícula biliar ou fagossoma constituído por pseudópodes fundidos. Aquela partícula sólida que permanece dentro da vesícula biliar é digerida por enzimas e, portanto, atinge o interior da célula.

Dessa maneira, os glóbulos brancos funcionam no corpo; bactérias fagócitos e corpos estranhos como mecanismo de defesa.

Pinocitose

Protozoa Nutrition. Pinocitose. Imagem de: Jacek FH (derivado de Mariana Ruiz Villarreal). Tomado e editado de https: // Commons.Wikimedia.org/wiki/arquivo: pinocitose.Svg.

A pinocitose ocorre quando a substância a ser transportada é uma gota ou vesícula de líquido extracelular, e a membrana cria uma vesícula biliar pinocítica na qual o conteúdo da vesícula biliar ou queda é processado para retornar à superfície da célula.

Endocitose através de um receptor

É um processo semelhante à pinocitose, mas neste caso a invaginação da membrana ocorre quando uma certa molécula (vinculação) se liga ao receptor da membrana.

Várias vesículas endocíticas se ligam e formam uma estrutura maior chamada endossoma, que é onde o ligante receptor é separado. Então, o receptor retorna à membrana e o ligante se liga a um lipossomo no qual é digerido por enzimas.

-Exocitose

É um tipo de transporte de células no qual a substância deve ser levada para fora da célula. Durante esse processo, a membrana secretora da vesícula biliar se junta à membrana celular e libera o conteúdo da vesícula biliar.

Dessa maneira, as células eliminam substâncias sintetizadas ou residuais. É também assim que hormônios, enzimas ou neurotransmissores liberam.

Referências

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