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Permeabilidade seletiva

Última atualização em 19 de agosto de 2022

Definição de permeabilidade seletiva

A permeabilidade seletiva é uma propriedade das membranas celulares que apenas permitem que certas moléculas entrem ou saem da célula. Isso é importante para a célula manter sua ordem interna, independentemente das mudanças no meio ambiente. Por exemplo, água, íons, glicose e dióxido de carbono podem precisar ser importados ou exportados da célula, dependendo de sua atividade metabólica. Da mesma forma, as moléculas de sinalização podem precisar entrar na célula e as proteínas podem precisar ser liberadas na matriz extracelular. A presença de uma membrana seletivamente permeável permite que a célula exerça controle sobre o quantum, o tempo e a taxa de movimento dessas moléculas.

O movimento através de uma membrana seletivamente permeável pode ocorrer ativamente ou passivamente. Por exemplo, as moléculas de água podem se mover passivamente através de pequenos poros na membrana. Da mesma forma, o dióxido de carbono liberado como subproduto da respiração se difunde rapidamente da célula. Algumas moléculas são transportadas ativamente. Por exemplo, as células do rim gastam energia para reabsorver toda a glicose, aminoácidos e vitaminas do filtrado glomerular, mesmo contra o gradiente de concentração. A falha desse processo leva à presença de glicose ou aos subprodutos do metabolismo proteico na urina; Um sinal de conto de diabetes.

Estrutura de membranas seletivamente permeáveis

As membranas celulares não são facilmente visualizadas usando microscópios leves. Portanto, hipóteses sobre sua existência só surgiram no final do século 19, quase duzentos anos após a primeira célula ter sido observada. Em vários pontos, diferentes modelos tentaram explicar como a estrutura da membrana suporta sua função. Inicialmente, a membrana deveria ser uma camada lipídica simples demarcando o citosol da região extracelular. Posteriormente, os modelos incluíram regiões semipermeáveis em gel em um mar lipídico para explicar o movimento da água, mas não as partículas carregadas. Depois disso, foi proposta a presença de poros, permitindo que pequenas moléculas se movessem livremente.

Atualmente, diz -se que a membrana celular é feita de uma bicamada fosfolipídica seletivamente permeável, cujos domínios hidrofílicos enfrentam os ambientes aquosos dentro e fora da célula, e os domínios hidrofóbicos se enfrentam para formar uma bicamada. Esta bicamada lipídica é pontuada por moléculas de colesterol, glicolipídios e proteínas que são ancoradas ou atravessam toda a membrana. Essas proteínas formam canais, poros ou portões para manter a permeabilidade seletiva de íons, moléculas de sinalização e macromoléculas com base nos requisitos da célula.

A membrana nuclear tem uma estrutura diferente de todas as outras membranas da célula. Possui complexos de poros nucleares-complexos multiproteínas semelhantes a cestas que são livremente permeáveis à água, mas mediam rigorosamente o transporte nuclear de macromoléculas. Importines e exportinas são duas classes de proteínas que estão ativamente envolvidas no transporte nuclear. Ambos são intensivos em energia e cada evento de transporte envolve a hidrólise de uma ligação de fosfato de alta energia em um trifosfato de guanosina. A direcionalidade do movimento também precisa da presença de uma pequena molécula chamada RAN, que possui uma afinidade diferencial por seus substratos com base em se está ligado ao GTP ou ao PIB.

Função da permeabilidade seletiva

A permeabilidade seletiva é crucial para criar um ambiente distintamente diferente dentro da célula em comparação com a matriz extracelular. É igualmente relevante para manter a integridade de várias organelas dentro da célula. Cada organela é um pequeno compartimento com uma função especializada, exigindo concentrações ideais de proteínas, pequenas moléculas e íons. Por exemplo, a respiração celular dentro de uma mitocôndria exige que as proteínas que ajudem esse processo sejam importadas seletivamente para as organelas, e sua química interna permanecem inalteradas pelos outros processos metabólicos do citoplasma. Da mesma forma, depois que um neurônio transmite um sinal eletroquímico, ele precisa se recuperar e retornar ao seu potencial de descanso para permitir a próxima rodada de atividade excitatória. O mesmo acontece em todas as células musculares cardíacas cada vez que o coração bate. Essas mudanças rápidas e em larga escala nas propriedades eletroquímicas dessas células são necessárias para sua função e precisam da presença de uma membrana que é seletivamente permeável.

A permeabilidade seletivamente das membranas é particularmente importante para o transporte através da membrana nuclear em células eucarióticas. Proteínas, ácidos nucleicos e nucleotídeos envolvidos na transcrição devem ser seletivos e eficientemente transportados para o núcleo e os produtos da transcrição devem ser exportados em tempo hábil. O núcleo possui um microambiente distinto em comparação com o citoplasma e os mecanismos de transporte ativo estão em ação para manter essa distinção.

Proteínas mediando a permeabilidade seletiva

A permeabilidade seletiva é mediada por proteínas especiais que atravessam a membrana celular. Eles estão envolvidos no movimento de íons e pequenas moléculas, além de polímeros grandes, como RNA e proteínas. Esse movimento pode ser passivo ou ativo – com ou sem o gasto de energia.

Por exemplo, os íons são transportados através de membranas seletivamente permeáveis através de canais e bombas. Enquanto os canais são para transporte passivo, as bombas de íons mediam o transporte ativo primário contra um gradiente de concentração, com a hidrólise de uma ligação de fosfato de alta energia.

O transporte ativo também pode ser acoplado ao movimento de outra molécula. Isso pode ser através de uma proteína simuladora – onde duas moléculas são transportadas na mesma direção – ou proteína antiporter – onde as moléculas são desviadas em direções opostas. O princípio em ambos os casos é o mesmo – a energia potencial armazenada em um gradiente eletroquímico é usada para impulsionar o transporte de outra molécula.

Transporte ativo e passivo através de membranas seletivamente permeáveis

O transporte passivo é de dois tipos – difusão livre ou difusão facilitada – e o movimento está sempre ao longo de um gradiente de concentração. A difusão livre é vista com mais frequência no movimento de moléculas não carregadas, como dióxido de carbono ou etanol através da membrana celular, sem o envolvimento de outras moléculas.

A difusão facilitada requer a presença de outra molécula, geralmente uma proteína, que atua como transportadora e ajuda o substrato a atravessar a membrana celular. As proteínas transportadoras se ligam ao substrato em um lado da membrana e alteram a conformação para liberar o substrato do outro lado. Exemplos clássicos de difusão facilitada são o movimento de oxigênio através da ligação à hemoglobina ou ao transporte de água através de poros minuciosos formados por aquaporinas.

A difusão da água também pode ser observada no nível macroscópico. Por exemplo, quando as sementes incham depois de ser embebidas em água, estamos vendo o efeito geral da entrada de água na célula. Da mesma forma, as frutas deixadas em um ambiente seco, como uma geladeira, murcham e encolhem à medida que perdem a água. Muitos organismos, incluindo humanos, têm um revestimento ceroso sobre a pele para minimizar a perda de água de suas células em um ambiente seco.

O transporte transmembranar também pode ser realizado ativamente, com o gasto de energia. O transporte ativo envolve a hidrólise do grupo de fosfato terminal no ATP ou GTP para alimentar o movimento de moléculas contra seu gradiente de concentração. Por exemplo, na maioria das células, há um grande excesso de íons de sódio no ambiente extracelular, juntamente com um excesso de íons de potássio dentro da célula. Isso é alcançado por uma enzima transmembranar chamada ATPase Na+/K+, que catalisa o movimento de três íons Na+ fora da célula junto com a importação de dois íons K+. Para cada ciclo de transporte, a enzima usa a energia liberada da conversão de uma molécula de ATP em ADP. Isso é chamado de transporte ativo primário, onde o movimento é diretamente acoplado à hidrólise de uma ligação de fosfato de alta energia. Um processo semelhante é usado para bombear prótons contra seu gradiente de concentração e essa é uma parte crucial da fotossíntese e da respiração celular.

Os gradientes de íons H+, Na+ e K+ são usados para impulsionar outros processos, através do transporte ativo secundário, onde as concentrações eletroquímicas diferenciais fornecem a força motriz para outros processos intensivos em energia, como o transporte de aminoácidos ou glicose. Por exemplo, a absorção de glicose no intestino é acoplada ao transporte de íons Na+. Este é um exemplo de symport, onde o íon de sódio e a molécula de glicose são importados para a célula. Os íons de sódio também estão envolvidos no movimento de outra molécula carregada – Ca2+. O trocador de sódio-cálcio usa o movimento de Na+ ao longo de seu gradiente para conduzir o contador de CA2+. Isso é particularmente importante no movimento de íons de cálcio em grandes quantidades, como em neurônios, células cardíacas e para a manutenção de baixa concentração de cálcio nas mitocôndrias.

Termos de biologia relacionados

  • Microscópio Eletrônico – Um microscópio que usa um feixe de elétrons para iluminar a amostra que obtém ampliação e resolução extremamente alta.
  • Matriz extracelular-Componente não celular de tecidos e órgãos compostos de água, proteínas e polissacarídeos, que fornecem suporte físico, biomecânico e bioquímico às células.
  • Hydrofilo – uma molécula que é atraída pela água.
  • RAN – Uma pequena proteína que direciona o transporte através da membrana nuclear com base em sua ligação a dinucleotídeos e trinucleotídeos de guanosina.

Questionário

1. Qual dessas proteínas está envolvida no transporte nuclear? A. Importin B. Exportin C. Rangtp D. Todos os itens acima

Resposta à pergunta nº 1

D está correto. As importantes mediam o movimento no núcleo, as exportações ajudam o movimento de moléculas fora do núcleo. O RANGTP está envolvido em ambos os processos.

2. Qual dessas moléculas se difunde livremente através de pequenos poros na membrana celular? A. glicose B. ATP C. Água D. Nenhuma das opções acima

Resposta à pergunta nº 2

C está correto. Os poros são feitos de proteínas transmembranares chamadas aquaporinas. A glicose é transportada por difusão facilitada ou através de transporte ativo, contra seu gradiente de concentração. O ATP é uma molécula carregada e, portanto, não pode se difundir livremente através da bicamada lipídica.

3. Escolha a molécula que não precisa de transporte ativo para se mover através da membrana celular. A. íons de sódio B. dióxido de carbono C. aminoácidos D. íons de potássio

Resposta à pergunta nº 3

B está correto. Pode até difundir através dos canais de aquaporina. Todos os outros três são partículas carregadas e não podem se difundir através da membrana celular.

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