3.5: Transporte passivo
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As membranas plasmáticas devem permitir que certas substâncias entrem e saiam de uma célula, evitando a entrada de materiais nocivos e a saída de materiais essenciais. Em outras palavras, as membranas plasmáticas são seletivamente permeáveis — elas permitem a passagem de algumas substâncias, mas não de outras. Se eles perdessem essa seletividade, a célula não seria mais capaz de se sustentar e seria destruída. Algumas células requerem maiores quantidades de substâncias específicas do que outras células; elas devem ter uma forma de obter esses materiais a partir dos fluidos extracelulares. Isso pode acontecer passivamente, pois certos materiais se movem para frente e para trás, ou a célula pode ter mecanismos especiais que garantem o transporte. A maioria das células gasta a maior parte de sua energia, na forma de trifosfato de adenosina (ATP), para criar e manter uma distribuição desigual de íons nos lados opostos de suas membranas. A estrutura da membrana plasmática contribui para essas funções, mas também apresenta alguns problemas.
As formas mais diretas de transporte por membrana são passivas. O transporte passivo é um fenômeno natural e não exige que a célula gaste energia para realizar o movimento. No transporte passivo, as substâncias se movem de uma área de maior concentração para uma área de menor concentração em um processo chamado difusão. Diz-se que um espaço físico no qual há uma concentração diferente de uma única substância tem um gradiente de concentração.
Permeabilidade seletiva
As membranas plasmáticas são assimétricas, o que significa que, apesar da imagem espelhada formada pelos fosfolipídios, o interior da membrana não é idêntico ao exterior da membrana. As proteínas integrais que atuam como canais ou bombas funcionam em uma direção. Os carboidratos, ligados a lipídios ou proteínas, também são encontrados na superfície externa da membrana plasmática. Esses complexos de carboidratos ajudam a célula a se ligar às substâncias de que a célula precisa no fluido extracelular. Isso aumenta consideravelmente a natureza seletiva das membranas plasmáticas.
Lembre-se de que as membranas plasmáticas têm regiões hidrofílicas e hidrofóbicas. Essa característica auxilia na movimentação de certos materiais através da membrana e dificulta o movimento de outros. O material lipossolúvel pode facilmente deslizar pelo núcleo lipídico hidrofóbico da membrana. Substâncias como as vitaminas lipossolúveis A, D, E e K passam facilmente pelas membranas plasmáticas do trato digestivo e de outros tecidos. Os medicamentos lipossolúveis também entram facilmente nas células e são facilmente transportados para os tecidos e órgãos do corpo. As moléculas de oxigênio e dióxido de carbono não têm carga e passam por simples difusão.
As substâncias polares, com exceção da água, apresentam problemas para a membrana. Embora algumas moléculas polares se conectem facilmente com a parte externa de uma célula, elas não conseguem passar facilmente pelo núcleo lipídico da membrana plasmática. Além disso, enquanto pequenos íons podem facilmente deslizar pelos espaços no mosaico da membrana, sua carga os impede de fazê-lo. Íons como sódio, potássio, cálcio e cloreto devem ter um meio especial de penetrar nas membranas plasmáticas. Açúcares e aminoácidos simples também precisam de ajuda no transporte pelas membranas plasmáticas.
Difusão
A difusão é um processo passivo de transporte. Uma única substância tende a se mover de uma área de alta concentração para uma área de baixa concentração até que a concentração seja igual em todo o espaço. Você está familiarizado com a difusão de substâncias pelo ar. Por exemplo, pense em alguém abrindo um frasco de perfume em uma sala cheia de pessoas. O perfume está em sua maior concentração no frasco e na menor nas bordas da sala. O vapor do perfume se difundirá ou se espalhará para fora do frasco e, gradualmente, mais e mais pessoas sentirão o cheiro do perfume à medida que ele se espalha. Os materiais se movem dentro do citosol da célula por difusão, e certos materiais se movem pela membrana plasmática por difusão (Figura\(\PageIndex{1}\)). A difusão não gasta energia. Em vez disso, as diferentes concentrações de materiais em diferentes áreas são uma forma de energia potencial, e a difusão é a dissipação dessa energia potencial à medida que os materiais descem seus gradientes de concentração, de alto para baixo.
Cada substância separada em um meio, como o fluido extracelular, tem seu próprio gradiente de concentração, independente dos gradientes de concentração de outros materiais. Além disso, cada substância se difundirá de acordo com esse gradiente.
Vários fatores afetam a taxa de difusão.
- Extensão do gradiente de concentração: Quanto maior a diferença na concentração, mais rápida é a difusão. Quanto mais próxima a distribuição do material chegar ao equilíbrio, mais lenta será a taxa de difusão.
- Massa das moléculas em difusão: moléculas mais massivas se movem mais lentamente, porque é mais difícil para elas se moverem entre as moléculas da substância pela qual estão se movendo; portanto, elas se difundem mais lentamente.
- Temperatura: Temperaturas mais altas aumentam a energia e, portanto, o movimento das moléculas, aumentando a taxa de difusão.
- Densidade do solvente: à medida que a densidade do solvente aumenta, a taxa de difusão diminui. As moléculas diminuem a velocidade porque têm mais dificuldade em atravessar o meio mais denso.
CONCEITO EM AÇÃO
Para uma animação do processo de difusão em ação, assista a este pequeno vídeo sobre o transporte da membrana celular.
Transporte facilitado
No transporte facilitado, também chamado de difusão facilitada, o material se move pela membrana plasmática com o auxílio de proteínas transmembranares em um gradiente de concentração (de alta para baixa concentração) sem o gasto de energia celular. No entanto, as substâncias que passam por transporte facilitado não se difundiriam fácil ou rapidamente pela membrana plasmática. A solução para mover substâncias polares e outras substâncias pela membrana plasmática está nas proteínas que abrangem sua superfície. O material transportado é primeiro ligado aos receptores de proteína ou glicoproteína na superfície externa da membrana plasmática. Isso permite que o material necessário para a célula seja removido do fluido extracelular. As substâncias são então passadas para proteínas integrais específicas que facilitam sua passagem, pois formam canais ou poros que permitem que certas substâncias passem pela membrana. As proteínas integrais envolvidas no transporte facilitado são coletivamente chamadas de proteínas transportadoras e funcionam como canais para o material ou como transportadoras.
Osmose
A osmose é a difusão da água através de uma membrana semipermeável de acordo com o gradiente de concentração da água através da membrana. Enquanto a difusão transporta material pelas membranas e dentro das células, a osmose transporta apenas água através de uma membrana e a membrana limita a difusão de solutos na água. A osmose é um caso especial de difusão. A água, como outras substâncias, passa de uma área de maior concentração para uma de menor concentração. Imagine um copo com uma membrana semipermeável, separando os dois lados ou metades (Figura\(\PageIndex{2}\)). Nos dois lados da membrana, o nível da água é o mesmo, mas há diferentes concentrações em cada lado de uma substância dissolvida, ou soluto, que não pode atravessar a membrana. Se o volume da água for o mesmo, mas as concentrações de soluto forem diferentes, também haverá diferentes concentrações de água, o solvente, em ambos os lados da membrana.
Um princípio de difusão é que as moléculas se movem e se espalharão uniformemente por todo o meio, se possível. No entanto, somente o material capaz de atravessar a membrana se difundirá por ela. Neste exemplo, o soluto não pode se difundir pela membrana, mas a água pode. A água tem um gradiente de concentração neste sistema. Portanto, a água se difundirá por seu gradiente de concentração, cruzando a membrana para o lado onde está menos concentrada. Essa difusão da água pela membrana - osmose - continuará até que o gradiente de concentração da água chegue a zero. A osmose ocorre constantemente nos sistemas vivos.
Tonicidade
A tonicidade descreve a quantidade de soluto em uma solução. A medida da tonicidade de uma solução, ou a quantidade total de solutos dissolvidos em uma quantidade específica de solução, é chamada de osmolaridade. Três termos — hipotônico, isotônico e hipertônico — são usados para relacionar a osmolaridade de uma célula com a osmolaridade do fluido extracelular que contém as células. Em uma solução hipotônica, como água da torneira, o fluido extracelular tem uma concentração menor de solutos do que o fluido dentro da célula, e a água entra na célula. (Em sistemas vivos, o ponto de referência é sempre o citoplasma, então o prefixo hipo - significa que o fluido extracelular tem uma menor concentração de solutos, ou uma menor osmolaridade, do que o citoplasma celular.) Isso também significa que o fluido extracelular tem uma maior concentração de água do que a célula. Nessa situação, a água seguirá seu gradiente de concentração e entrará na célula. Isso pode fazer com que uma célula animal se rompa ou se lise.
Em uma solução hipertônica (o prefixo hiper - refere-se ao fluido extracelular com uma concentração maior de solutos do que o citoplasma da célula), o fluido contém menos água do que a célula, como a água do mar. Como a célula tem uma menor concentração de solutos, a água sairá da célula. Na verdade, o soluto está retirando a água da célula. Isso pode fazer com que uma célula animal murche ou crene.
Em uma solução isotônica, o fluido extracelular tem a mesma osmolaridade da célula. Se a concentração de solutos da célula corresponder à do fluido extracelular, não haverá movimento líquido de água para dentro ou para fora da célula. As células sanguíneas em soluções hipertônicas, isotônicas e hipotônicas assumem aparências características (Figura\(\PageIndex{3}\)).
CONEXÃO ARTÍSTICA
Um médico injeta em um paciente o que o médico acha que é solução salina isotônica. O paciente morre e a autópsia revela que muitos glóbulos vermelhos foram destruídos. Você acha que a solução que o médico injetou era realmente isotônica?
Alguns organismos, como plantas, fungos, bactérias e alguns protistas, têm paredes celulares que envolvem a membrana plasmática e evitam a lise celular. A membrana plasmática só pode se expandir até o limite da parede celular, então a célula não se lisa. Na verdade, o citoplasma das plantas é sempre levemente hipertônico em comparação com o ambiente celular, e a água sempre entrará na célula se houver água disponível. Esse influxo de água produz pressão de turgor, que endurece as paredes celulares da planta (Figura\(\PageIndex{4}\)). Em plantas não lenhosas, a pressão do turgor sustenta a planta. Se as células vegetais ficarem hipertônicas, como ocorre na seca ou se a planta não for regada adequadamente, a água sairá da célula. As plantas perdem a pressão do turgor nessa condição e murcham.
Resumo da seção
As formas passivas de transporte, difusão e osmose movimentam materiais de pequeno peso molecular. As substâncias se difundem de áreas de alta concentração para áreas de baixa concentração, e esse processo continua até que a substância seja distribuída uniformemente em um sistema. Em soluções de mais de uma substância, cada tipo de molécula se difunde de acordo com seu próprio gradiente de concentração. Muitos fatores podem afetar a taxa de difusão, incluindo o gradiente de concentração, os tamanhos das partículas que estão se difundindo e a temperatura do sistema.
Em sistemas vivos, a difusão de substâncias para dentro e para fora das células é mediada pela membrana plasmática. Alguns materiais se difundem facilmente pela membrana, mas outros são prejudicados e sua passagem só é possível por canais e transportadores de proteínas. A química dos seres vivos ocorre em soluções aquosas, e equilibrar as concentrações dessas soluções é um problema contínuo. Em sistemas vivos, a difusão de algumas substâncias seria lenta ou difícil sem proteínas de membrana.
Conexões artísticas
Figura\(\PageIndex{3}\): Um médico injeta em um paciente o que ele acha ser solução salina isotônica. O paciente morre e a autópsia revela que muitos glóbulos vermelhos foram destruídos. Você acha que a solução que o médico injetou era realmente isotônica?
- Resposta
-
Não, deve ter sido hipotônico, pois uma solução hipotônica faria com que a água entrasse nas células, fazendo com que elas explodissem.
Glossário
- gradiente de concentração
- uma área de alta concentração em frente a uma área de baixa concentração
- difusão
- um processo passivo de transporte de material de baixo peso molecular em seu gradiente de concentração
- transporte facilitado
- um processo pelo qual o material desce por um gradiente de concentração (de alta para baixa concentração) usando proteínas de membrana integrais
- hipertônico
- descreve uma solução na qual o fluido extracelular tem maior osmolaridade do que o fluido dentro da célula
- hipotônico
- descreve uma solução na qual o fluido extracelular tem menor osmolaridade do que o fluido dentro da célula
- isotônico
- descreve uma solução na qual o fluido extracelular tem a mesma osmolaridade do fluido dentro da célula
- osmolaridade
- a quantidade total de substâncias dissolvidas em uma quantidade específica de solução
- osmose
- o transporte de água através de uma membrana semipermeável de uma área de alta concentração de água para uma área de baixa concentração de água através de uma membrana
- transporte passivo
- um método de transporte de material que não requer energia
- seletivamente permeável
- a característica de uma membrana que permite a passagem de algumas substâncias, mas não de outras
- soluto
- uma substância dissolvida em outra para formar uma solução
- tonicidade
- a quantidade de soluto em uma solução.