Biologia I (Português)

os mecanismos de transporte activo requerem a utilização da energia da célula, geralmente sob a forma de trifosfato de adenosina (ATP). Se uma substância deve deslocar—se para a célula contra o seu gradiente de concentração—isto é, se a concentração da substância no interior da célula for superior à sua concentração no fluido extracelular (e vice-versa) – a célula deve utilizar energia para mover a substância. Alguns mecanismos de transporte ativos movem materiais de pequeno peso molecular, como íons, através da membrana. Outros mecanismos transportam moléculas muito maiores.,

gradiente electroquímico

discutimos gradientes de concentração simples-concentrações diferenciais de uma substância através de um espaço ou uma membrana—mas em sistemas vivos, os gradientes são mais complexos. Como os íons se movem para dentro e para fora das células e porque as células contêm proteínas que não se movem através da membrana e são carregadas negativamente, há também um gradiente Elétrico, uma diferença de carga, através da membrana plasmática., O interior das células vivas é electricamente negativo em relação ao fluido extracelular no qual são banhadas, e ao mesmo tempo, as células têm concentrações mais elevadas de potássio (K+) e concentrações mais baixas de sódio (Na+) do que o fluido extracelular. Assim, em uma célula viva, o gradiente de concentração de Na+ tende a levá-lo para dentro da célula, e o gradiente elétrico de Na+ (um íon positivo) também tende a levá-lo para dentro para o interior carregado negativamente. A situação é mais complexa, no entanto, para outros elementos como o potássio., O gradiente elétrico de K+, um íon positivo, também tende a levá-lo para a célula, mas o gradiente de concentração de K+ tende a conduzir K+ para fora da célula (Figura 1). O gradiente combinado de concentração e carga elétrica que afeta um íon é chamado de seu gradiente eletroquímico.

Practice

Figura 1. Os gradientes electroquímicos resultam dos efeitos combinados dos gradientes de concentração e dos gradientes eléctricos., (crédito: “Synaptitude”/Wikimedia Commons)

injeção de uma solução de potássio no sangue de uma pessoa é letal; isto é usado na pena de morte e eutanásia. Porque achas que uma injecção de solução de potássio é letal?

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Células geralmente têm uma alta concentração de potássio no citoplasma e são banhadas em uma alta concentração de sódio. A injecção de potássio dissipa este gradiente electroquímico., No músculo cardíaco, o potencial de sódio / potássio é responsável pela transmissão do sinal que faz com que o músculo se contraia. Quando este potencial é dissipado, o sinal não pode ser transmitido, e o coração pára de bater. As injecções de potássio também são usadas para impedir que o coração bata durante a cirurgia.

movendo-se contra um gradiente

para mover substâncias contra uma concentração ou gradiente electroquímico, a célula deve usar energia. Esta energia é colhida a partir de ATP gerada através do metabolismo da célula., Mecanismos de transporte ativos, chamados coletivamente de bombas, funcionam contra gradientes eletroquímicos. As pequenas substâncias passam constantemente através das membranas do plasma. O transporte activo mantém as concentrações de iões e outras substâncias necessárias para as células vivas face a estes movimentos passivos. Grande parte do suprimento de energia metabólica de uma célula pode ser gasto mantendo estes processos. (A maior parte da energia metabólica de uma célula vermelha é usada para manter o desequilíbrio entre os níveis de sódio exterior e interior e de potássio exigidos pela célula.,) Porque os mecanismos de transporte ativos dependem do metabolismo de uma célula para a energia, eles são sensíveis a muitos venenos metabólicos que interferem com o fornecimento de ATP.existem dois mecanismos para o transporte de material de pequena massa molecular e moléculas pequenas. O transporte ativo primário move íons através de uma membrana e cria uma diferença de carga através dessa membrana, que é diretamente dependente de ATP. Transporte ativo secundário descreve o movimento do material devido ao gradiente eletroquímico estabelecido pelo transporte ativo primário que não requer diretamente ATP.,proteínas portadoras para transporte activo uma importante adaptação à membrana para transporte activo é a presença de proteínas portadoras ou bombas específicas para facilitar o movimento: existem três tipos destas proteínas ou transportadores (Figura 2). Um uniportador carrega um íon ou molécula específica. Um symporter carrega dois íons ou moléculas diferentes, ambos na mesma direção. Um antiportador também carrega dois íons ou moléculas diferentes, mas em direções diferentes. Todos esses transportadores também podem transportar pequenas moléculas orgânicas sem carga, como glicose., Estes três tipos de proteínas portadoras também são encontrados na difusão facilitada, mas eles não exigem que a ATP trabalhe nesse processo. Alguns exemplos de bombas para transporte ativo são Na+–K+ ATPase, que transporta íons de sódio e potássio, e H+–K+ ATPase, que transporta íons de hidrogênio e potássio. Ambas são proteínas portadoras antiporter. Duas outras proteínas portadoras São Ca2+ ATPase e H+ ATPase, que carregam apenas íons de cálcio e hidrogênio, respectivamente. Ambos são bombas.

Figura 2. Um uniportador carrega uma molécula ou íon., Um symporter carrega duas moléculas ou íons diferentes, ambos na mesma direção. Um antiportador também carrega duas moléculas ou íons diferentes, mas em direções diferentes. (credit: modification of work by “Lupask” / Wikimedia Commons)

Primary Active Transport

the primary active transport that functions with the active transport of sodium and potassium allows secondary active transport to occur. O segundo método de transporte é ainda considerado activo porque depende da utilização de energia, tal como o é o transporte primário (Figura 3).,

Figura 3. O transporte ativo primário move íons através de uma membrana, criando um gradiente eletroquímico (transporte eletrogênico). (credit: modification of work by Mariana Ruiz Villareal)

uma das bombas mais importantes em células animais é a bomba sódio-potássio (na+-K+ ATPase), que mantém o gradiente eletroquímico (e as concentrações corretas de Na+ E K+) em células vivas., A bomba sódio-potássio move K+ para a célula enquanto move Na+ para fora ao mesmo tempo, a uma razão de três Na+ para cada dois K+ ions movidos para dentro. A Na+-K+ ATPase existe em duas formas, dependendo da sua orientação para o interior ou exterior da célula e da sua afinidade para iões de sódio ou potássio. O processo consiste nos seis passos seguintes.com a enzima orientada para o interior da célula, o portador tem uma elevada afinidade para os iões de sódio. Três iões ligam-se à proteína.,o ATP é hidrolisado pelo portador de proteínas e um grupo de fosfato de baixa energia liga-se a ele.como resultado, o transportador muda de forma e reorienta-se para o exterior da membrana. A afinidade da proteína pelo sódio diminui e os três iões de sódio deixam o portador.a mudança de forma aumenta a afinidade do portador para os íons de potássio, e dois desses íons se ligam à proteína. Posteriormente, o grupo de fosfato de baixa energia se separa do portador.,com o grupo fosfato removido e iões de potássio ligados, a proteína portadora reposiciona-se para o interior da célula.

várias coisas aconteceram como resultado deste processo. Neste ponto, há mais íons de sódio fora da célula do que dentro e mais íons de potássio dentro do que fora., Por cada três iões de sódio que saem, dois iões de potássio entram. Isto resulta em que o interior é ligeiramente mais negativo em relação ao exterior. Esta diferença de carga é importante na criação das condições necessárias para o processo secundário. A bomba sódio-potássio é, portanto, uma bomba eletrogênica (uma bomba que cria um desequilíbrio de carga), criando um desequilíbrio elétrico através da membrana e contribuindo para o potencial de membrana.,transporte activo secundário (Co-transporte) transporte activo secundário traz iões de sódio, e possivelmente outros compostos, para a célula. À medida que as concentrações de iões de sódio se constroem fora da membrana plasmática devido à acção do processo de transporte activo primário, é criado um gradiente electroquímico. Se uma proteína do canal existir e estiver aberta, os iões de sódio serão puxados através da membrana. Este movimento é utilizado para transportar outras substâncias que se podem ligar à proteína de transporte através da membrana (Figura 4)., Muitos aminoácidos, bem como glicose, entram numa célula desta forma. Este processo secundário também é usado para armazenar íons hidrogênio de alta energia nas mitocôndrias de células vegetais e animais para a produção de ATP. A energia potencial que se acumula nos íons de hidrogênio armazenados é traduzida em energia cinética à medida que os íons sobem através da proteína do canal ATP sintase, e essa energia é usada para converter ADP em ATP.

a Prática

Figura 4., Um gradiente eletroquímico, criado pelo transporte ativo primário, pode mover outras substâncias contra seus gradientes de concentração, um processo chamado co-transporte ou transporte ativo secundário. (crédito: modificação de trabalho por Mariana Ruiz Villareal)

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Uma diminuição no pH significa um aumento na carga positiva H+ íons, e um aumento no gradiente elétrico através da membrana. O transporte de aminoácidos para a célula irá aumentar.