TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA Uma solução é formada de duas partes: Solvente: qualquer substância com propriedade de dissolver outras, como por exemplo, a água, que no caso dos seres vivos, é o solvente universal. Soluto: qualquer solução que possa ser dissolvida em um solvente, como por exemplo, os sais Dependendo da concentração de sais, uma solução pode ser: a) Hipotônica: quando há uma menor concentração de sal em relação a uma outra solução que esteja separada por uma membrana semipermeável (semipermeável significa somente permeável á moléculas de água). Uma solução hipotônica irá sempre perder água para a solução mais concentrada de sal (hipertônica), que esteja do outro lado da membrana. a) Hipertônica: quando há uma maior concentração de sal em relação à uma outra solução que esteja separada por uma membrana semipermeável. Uma solução hipertônica irá sempre ganhar água da solução menos concentrada de sal (hipotônica), que esteja do outro lado da membrana. a) Isotônica: quando entre duas soluções separadas por uma membrana semipermeável ocorre igual concentração de sal. Osmose é um fenômeno físico-químico que ocorre quando duas soluções aquosas de concentrações diferentes entram em contato através de uma membrana semipermeável. Os seres vivos depararam-se com a osmose desde sua origem, uma vez que tudo indica que eles surgiram em meio aquoso como sistemas isolados do ambiente por uma membrana semipermeável. Durante o processo evolutivo os seres vivos desenvolveram não só maneiras de evitar problemas causados pela osmose seja a inchação (turgor) ou dessecamento (plasmólise), como também processos que aproveitam a dinâmica osmótica nos fenômenos biológicos. Ocorrerá a passagem do solvente (água) do meio menos para o meio mais concentrado; a concentração é definida pelo teor do soluto (sais). Dispõe-se um cristal de sal na superfície de uma célula, as moléculas de água saem da célula para que sua concentração fique igual na célula e no cristal de sal; isto é utilizado para a confecção do charque e conservação da carne de um animal morto. Toda célula necessita de alimento. As autótrofas possuem mecanismos para produção, enquanto as heterótrofas precisam importá-io. Qualquer substância fica disponível para a célula quando atravessa a membrana plasmática. Como a membrana é seletiva, substâncias diferentes são transportadas por mecanismos diversos, com ou sem gasto de energia. Uma substância pode entrar ou sair dentro da célula, por meio de gasto de energia (gastando ATP) que no caso trata se do que chamamos de Transporte Ativo; ou sem gasto nenhum de energia, tratando-se assim do Transporte Passivo. 1
I) Transporte passivo: o transporte passivo pode ocorrer de ter formas: Difusão simples, difusão facilitada ou osmose. a) Difusão simples: Toda partícula, seja na forma molecular ou na forma de íon, movimenta-se constantemente numa solução. Esse movimento ao acaso faz com que as partículas ocupem todo o espaço da solução e, de forma dinâmica, fiquem a cada momento igualmente distribuídas nesse espaço. Esse fenômeno físico é denominado difusão. Se certa partícula é solúvel nos constituintes da membrana, sua entrada e saída da célula ocorrerá por simples difusão. É o caso da água, dos gases dissolvidos, de moléculas solúveis em lipídios e de alguns íons. Essas substâncias tendem a se concentrar igualmente nos meios intra e extracelular, sem que haja gasto de energia celular para o transporte (transporte passivo). Como seria de se esperar que a água não atravessasse facilmente a camada lipídica da membrana, supõe-se que existam poros na membrana, através dos quais a água entra e sai rapidamente. As grandes moléculas orgânicas, entretanto, dificilmente atravessam a membrana por simples difusão. b) Difusão facilitada: Moléculas de glicose e de outros carboidratos simples não são pequenas, nem solúveis em lipídios. No entanto, elas atravessam a membrana com relativa facilidade. Há evidências de que existem enzimas na membrana e elas facilitam essa difusão, sem que haja consumo de energia. c) Osmose: um caso especial de difusão Soluções químicas de concentrações diferentes, colocadas num mesmo recipiente, tendem a igualar suas concentrações, pela simples difusão dos solutos (partículas dissolvidas no solvente). Suponha que essas soluções de concentrações diferentes sejam separadas por uma membrana que não permita a passagem do soluto, mas apenas do solvente. Como serão igualadas suas concentrações? A solução menos concentrada (hipotônica) cederá solvente para a mais concentrada (hipertônica), provocando sua diluição. Esse fenômeno físico é denominado osmose. A pressão que o solvente exerce para penetrar na solução hipertônica é chamada pressão osmótica. Quanto maior for a diferença de concentração entre as soluções, maior será a pressão osmótica. 2
Figura 1 - Osmose Conforme pode ser verificado na Figura 1, haverá sempre passagem do meio de menor concentração de soluto (soluções hipotônicas) para o de maior concentração (hipertônicas), até que as duas soluções estejam com as mesmas concentrações (isotônicas). Examinemos agora casos de osmose em células animais e vegetais. Se glóbulos vermelhos do sangue (hemácias) forem colocados em soluções de diferentes concentrações, a osmose poderá ser observada através das variações do volume dessas células. Figura 2 Representação de osmose em célula animal Ao colocarmos os glóbulos numa solução de água destilada e cloreto de sódio (sal de cozinha) a 0,9%, o volume celular não se altera. Neste caso, a solução é dita isotônica. Ao acrescentarmos água destilada à solução, diluindo-a, o volume do glóbulo vai aumentando. Se a concentração for inferior a 0,5%, o glóbulo distende tanto que explode. Se for superior a 0,9%, o glóbulo perde água e diminui de volume. Como pode ser notado, a difusão da água através da membrana é muito mais rápida que a do sal (íons). 3
Em células vegetais, podem ocorrer dois fenômenos: plasmólise ou deplasmólise, deixando a célula túrgida (quando colocada em meio hipotônico) ou murcha (plasmolisada) quando em meio hipertônico. Figura 3 Plasmólise e Deplasmólise em célula vegetal A entrada de água nas células absorventes das raízes dos vegetais superiores se dá por osmose: a concentração de sais no interior da célula é maior que a no meio exterior, o que promove a entrada de água na célula. Nas células vegetais, a osmose é influenciada pela existência de uma parede celulósica pouco elástica, em torno da membrana, e por um vacúolo que retém a água no interior da célula. Como a osmose é um fenômeno físico, que ocorre mesmo em células íntegras recentemente mortas, ela não exige dispêndio de energia celular. Por esta razão, tanto a difusão simples como a osmose são transportes passivos. II) Transporte ativo: há gasto de energia, que é obtida pela queima de ATP (Trifosfato de Adenosina), e pode ocorrer de duas formas: Bomba de sódio- 4
potássio e transporte em bloco (exocitose ou endocitose). Transporte através da membrana Se colocarmos uma solução com glicose sobre células intestinais absorventes, notaremos que a glicose atravessa suas membranas, mesmo que a concentração de glicose intracelular seja maior que a do exterior. Este fato contraria a tendência da difusão, que seria a de igualar as concentrações dos meios intra e extracelular, exigindo energia para ocorrer. O mesmo acontece com outros carboidratos simples, aminoácidos e vários íons. O movimento de partículas do meio diluído para o mais concentrado, portanto contra a tendência da difusão, e com gasto de energia é chamado transporte ativo. a) Bomba de sódio - potássio. No caso dos íons, um exemplo é encontrado quando examinamos as concentrações de sódio (Na) e potássio (K) no plasma sangüíneo e nos glóbulos vermelhos. No interior dos glóbulos, a concentração de sódio é cerca de vinte vezes menor do que no plasma, e a concentração de potássio é vinte vezes maior. Para explicar este fato, supõe-se um mecanismo em que um "carregador de íons", instalado na membrana, bombeie constantemente o sódio para fora e o potássio para dentro da célula. É a chamada bomba de sódio - potássio. Na superfície externa da membrana, o carregador se ligaria ao potássio e o levaria para a face interna, soltando-a. Receberia, então, energia e se ligaria ao sódio, que seria transportado para a superfície externa. O carregador soltaria o sódio e, sem energia, se ligaria ao potássio, recomeçando o ciclo. Paralelamente, sódio e potássio atravessam a membrana lentamente, por difusão simples. b) Transporte em bloco: Grandes partículas não atravessam livremente a membrana, sendo primeiro englobadas por ela, depois digeridas com o auxílio dos lisossomos, e só então indo fazer parte do citoplasma. Se houver resíduos da digestão, eles serão excretados pela célula (exocitose ou clasmocitose). Há basicamente dois processos de transporte em quantidade através da membrana, ou de endocitose: a fagocitose e a pinocitose. Fagocitose: Células livres, como os glóbulos brancos do sangue de animais, e as amebas (seres unicelulares) ingerem alimentos do meio extracelular, tais como células menores e restos de tecidos em degeneração. Para tanto, inicialmente há um contato entre a membrana e o alimento. A membrana emite projeções (pseudópodes) que envolvem o alimento e o incluem num vacúolo, uma bolsa membranosa denominada fagossomo. Aderem ao vacúolo um ou vários lisossomos, que lançam nele seus sucos digestivos, tornando-o um vacúolo digestivo. O alimento é digerido e as substâncias resultantes difundem-se para o hialoplasma. Havendo resíduos não digeridos, o vacúolo migra para a membrana e os expele. Os vacúolos digestivos encontrados no citoplasma contêm muitas vezes organelas da própria célula. Nestes casos, são denominados vacúolos 5
autofágicos. Transporte através da membrana Enquanto a fagocitose é um processo típico de algumas células livres, a autofagia é muito mais generalizada. Ela é freqüente em tecidos que regridem, como o útero que volta ao tamanho normal após o parto, ou a cauda do girino, totalmente autodigerida durante a metamorfose. Pinocitose: Gotículas aderem à superfície da membrana onde se forma um canalículo. Forma-se um pinossomo, que receberá as enzimas digestivas dos lisossomos, e terá um destino semelhante ao do fagossomo. Pinocitose (Pinos =beber) Fagocitose (Phago = comer) Figura 4 Processos de endocitose e exocitose (clasmocitose) verificados em uma célula Nos organismos vivos, a homeostase significa o consumo de energia necessário para manter uma posição num equilíbrio dinâmico. Isto significa que, embora as condições externas possam estar sujeitas continuamente a variações, os mecanismos homeostáticos asseguram que os efeitos destas mudanças sobre os organismos sejam mínimos. O corpo humano é composto de vários sistemas e órgãos, cada um consistindo de milhões de células. Estas células necessitam de condições relativamente estáveis para funcionar efetivamente e contribuir para a sobrevivência do corpo como um todo. A manutenção de condições estáveis para suas células é uma função essencial do corpo humano, a qual os fisiologistas chamam de homeostase. A homeostase (homeo = igual; stasis = ficar parado) é uma condição na qual o meio interno do corpo permanece dentro de certos limites fisiológicos. É a Lei dos equilíbrios internos dos organismos vivos. É o processo para manter equilíbrio e estabilidade fisiológica. É a capacidade do corpo de manter e de voltar ao equilíbrio a despeito das alterações exteriores. O meio interno refere-se ao fluido entre as células, chamado de líquido intersticial (intercelular). Um organismo é dito em homeostase quando seu meio interno contém a concentração apropriada de substâncias químicas, mantém a temperatura e a pressão adequadas. Quando a homeostase é perturbada, pode resultar a doença. Se os fluidos corporais não forem trazidos de volta à homeostase, pode ocorrer a morte. Qualquer organismo vivo tem uma forma de funcionar geneticamente determinada, que independe da vontade ou mesmo do conhecimento do indivíduo sobre a sua existência. Ninguém pede para sentir sono, liberar hormônio do crescimento, aumentar os batimentos do coração durante o exercício, suar no calor ou tremer no frio. Cabe ao organismo executar tais funções, com a finalidade de adaptar o indivíduo aos novos estímulos que recebe ao longo da vida. Qualquer 6
adaptação às modificações causadas pelo ambiente externo visa à manutenção do equilíbrio fisiológico (homeostase) do organismo. Se há aumento de temperatura, os vasos sanguíneos se dilatam para facilitar a perda de calor e as glândulas secretam gotas de suor para resfriar o corpo. Já no frio, os vasos se contraem e o corpo treme, a fim de produzir calor. Em ambos os casos, o corpo se adaptou às modificações externas de temperatura para não prejudicar o equilíbrio da temperatura corpórea. O equilíbrio hidrossalino: a quantidade de água e sais minerais na célula e no organismo devem ser perfeitamente balanceada, qualificando o que chamamos de EQUILÍBRIO HIDROSSALINO. Os sistemas excretores têm por finalidade eliminar dos organismos os produtos finais do metabolismo celular, a água e os excretos nitrogenados. A manutenção do equilíbrio hidrossalino dos seres vivos, pelo controle da entrada e da saída de água (por osmose) e de outras substâncias (por difusão ou por transporte ativo). Os barorreceptores localizados no aparelho justaglomerular renal detectam variações mínimas de pressão sanguínea e liberam a renina; esta, por sua vez, inicia um sistema em cascata que, como resultado final, estimula a liberação pelo córtex adrenal da aldosterona. A Aldosterona, por retenção de sódio a nível renal, aumenta a reabsorção de água e a normalização da pressão arterial. A Osmolaridade é mediada por osmoreceptores que controlam a liberação do ADH hipofisário, cujo efeito também é o de estímulo da reabsoção de água nas porções finais do néfron. A quantidade de água e de sais minerais na célula e no organismo deve ser perfeitamente balanceada, mantendo o que chamamos de equilíbrio hidrossalino. Esse equilíbrio é fator decisivo para a manutenção da homeostase, homeostasia ou ajustamento dinâmico. O termo homeostase, em sua acepção nas ciências biológicas, designa o mecanismo de equilíbrio ou constância do meio interno das células. A célula "desempenha um grande número de funções e deve, para isso, ter à sua disposição um apreciável número de substâncias, ao mesmo tempo em que elimina outras. Dessa forma, certas substâncias devem entrar em seu interior, enquanto que outras devem ser rejeitadas. A membrana celular é a estrutura que possibilita esse intercâmbio de substâncias; ela seleciona aquelas que devem entrar e aquelas que devem sair, salvaguardando, assim, o equilíbrio essencial à vida. A não ingestão de água é prejudicial ao organismo. A digestão torna-se mais demorada, a urina fica mais concentrada, comprometendo o funcionamento dos rins, o intestino tende a ficar preso e a circulação é alterada, devido ao aumento da viscosidade do sangue. Nos casos piores, a carência profunda de água no organismo produz a desidratação, que é a perda de água de forma excessiva, capaz até de levar à morte. 7