O que é transporte passivo? O movimento transmembranar de vários compostos macromoleculares, componentes celulares, partículas supramoleculares que não são capazes de penetrar nos canais da membrana é realizado através de mecanismos especiais, por exemplo, usando fagocitose, pinocitose, exocitose, transferência através do espaço intercelular. Ou seja, o movimento de substâncias através da membrana pode ocorrer por meio de vários mecanismos, que são divididos de acordo com os sinais da participação de carreadores específicos nelas, bem como o consumo de energia. Os cientistas dividem o transporte de substâncias em ativo e passivo.
Principais meios de transporte
Transporte passivo é a transferência de uma substância através de uma membrana biológica ao longo de um gradiente (osmótico, de concentração, hidrodinâmico e outros), que não requer consumo de energia.
Transporte ativo é a transferência de uma substância através de uma membrana biológica contra um gradiente. Em queenergia é consumida. Aproximadamente 30 - 40% da energia que é formada como resultado de reações metabólicas no corpo humano é gasta na implementação do transporte ativo de substâncias. Se considerarmos o funcionamento dos rins humanos, cerca de 70 a 80% do oxigênio consumido é gasto no transporte ativo.
Transporte passivo de substâncias
envolve a transferência de várias substâncias através de membranas biológicas ao longo de uma variedade de gradientes. Esses gradientes podem ser:
- gradiente de potencial eletroquímico;
- gradiente de concentração da substância;
- gradiente de campo elétrico;
- gradiente de pressão osmótica e outros.
O processo de implementação do transporte passivo não requer nenhum consumo de energia. Pode ocorrer por difusão facilitada e simples. Como sabemos, a difusão é um movimento caótico de moléculas de uma substância em uma variedade de meios, que se deve à energia das vibrações térmicas de uma substância.
Se uma partícula de uma substância é eletricamente neutra, então a direção na qual a difusão ocorrerá é determinada pela diferença na concentração das substâncias contidas no meio que são separadas pela membrana. Por exemplo, entre compartimentos da célula, dentro da célula e fora dela. Se as partículas de uma substância, seus íons têm uma carga elétrica, a difusão dependerá não apenas da diferença de concentração, mas também da magnitude da carga da substância dada, da presença e dos sinais de carga em ambos os lados da membrana. A magnitude do gradiente eletroquímicoé determinado pela soma algébrica dos gradientes elétricos e de concentração através da membrana.
O que fornece transporte através da membrana?
O transporte passivo de membrana é possível devido à presença de gradientes de concentração de substâncias, pressão osmótica surgindo entre diferentes lados da membrana celular ou carga elétrica. Por exemplo, o nível médio de íons Na+ contidos no plasma sanguíneo é de cerca de 140 mM/l, e seu conteúdo nos eritrócitos é cerca de 12 vezes maior. Tal gradiente, expresso como uma diferença de concentração, é capaz de criar uma força motriz que garante a transferência de moléculas de sódio para os glóbulos vermelhos do plasma sanguíneo.
Deve-se notar que a taxa de tal transição é muito baixa devido ao fato de que a membrana celular é caracterizada por baixa permeabilidade para os íons desta substância. Esta membrana tem uma permeabilidade muito maior em relação aos íons potássio. A energia do metabolismo celular não é utilizada para completar o processo de difusão simples.
Taxa de difusão
O transporte ativo e passivo de substâncias através da membrana é caracterizado pela taxa de difusão. Pode ser descrito usando a equação de Fick: dm/dt=-kSΔC/x.
Neste caso, dm/dt é a quantidade da substância que se difunde em uma unidade de tempo, ek é o coeficiente do processo de difusão, que caracteriza a permeabilidade da biomembrana para a substância difusora. S é igual à área sobre a qual a difusão ocorre e ΔC expressa a diferençaconcentração de substâncias de diferentes lados da membrana biológica, enquanto x caracteriza a distância entre os pontos de difusão.
Obviamente, aquelas substâncias que se difundem simultaneamente ao longo dos gradientes de concentração e campos elétricos se moverão mais facilmente através da membrana. Uma condição importante para a difusão de uma substância através de uma membrana são as propriedades físicas da própria membrana, sua permeabilidade para cada substância específica.
Devido ao fato de que a bicamada da membrana é formada por radicais hidrocarbonetos de fosfolipídios com propriedades hidrofóbicas, substâncias de natureza hidrofóbica se difundem facilmente através dela. Em particular, isso se aplica a substâncias que se dissolvem facilmente em lipídios, como hormônios da tireoide e esteroides, bem como algumas substâncias narcóticas.
Íons minerais e substâncias de baixo peso molecular que são de natureza hidrofílica se difundem através de canais iônicos de membrana passiva, que são formados a partir de moléculas de proteína formadoras de canais e, às vezes, por defeitos de empacotamento de moléculas de fosfolipídios que surgem na membrana celular como resultado da flutuação térmica.
O transporte passivo através da membrana é um processo muito interessante. Se as condições forem normais, quantidades significativas de uma substância podem penetrar na membrana de bicamada apenas se forem apolares e tiverem um tamanho pequeno. Caso contrário, a transferência ocorre através de proteínas transportadoras. Processos semelhantes envolvendoproteína transportadora não é chamada de difusão, mas o transporte de uma substância através da membrana.
Difusão facilitada
A difusão facilitada, como a difusão simples, ocorre ao longo do gradiente de concentração de uma substância. A principal diferença é que uma molécula de proteína especial, chamada de carreador, participa do processo de transferência da substância.
Difusão facilitada é um tipo de transferência passiva de moléculas de uma substância através de biomembranas, realizada ao longo de um gradiente de concentração usando um transportador.
Transferência de estados de proteína
A proteína transportadora pode estar em dois estados conformacionais. Por exemplo, no estado A, essa proteína pode ter afinidade pela substância que transporta, seus sítios de ligação para a substância são voltados para dentro, formando um poro aberto em um lado da membrana.
Após a ligação da proteína à substância transferida, sua conformação muda e passa para o estado B. Com essa transformação, o carreador perde sua afinidade pela substância. A partir da conexão com o carreador, ele é liberado e passa para o poro já do outro lado da membrana. Após a transferência da substância, a proteína transportadora muda sua conformação novamente, retornando ao estado A. Esse transporte da substância através da membrana é chamado de uniporte.
Velocidade de Difusão Facilitada
Substâncias de baixo peso molecular, como a glicose, podem ser transportadas atravésmembrana por difusão facilitada. Tal transporte pode ocorrer do sangue para o cérebro, para as células dos espaços intersticiais. A taxa de transferência de matéria com esse tipo de difusão pode atingir até 108 partículas pelo canal em um segundo.
Como já sabemos, a taxa de transporte ativo e passivo de substâncias em difusão simples é proporcional à diferença das concentrações da substância em ambos os lados da membrana. No caso de difusão facilitada, essa taxa aumenta proporcionalmente à diferença crescente na concentração da substância até um determinado valor máximo. Acima deste valor, a taxa não aumenta, mesmo que a diferença nas concentrações dos diferentes lados da membrana continue a aumentar. A obtenção de tal ponto de taxa máxima no processo de difusão facilitada pode ser explicada pelo fato de que a taxa máxima implica o envolvimento de todas as proteínas transportadoras disponíveis no processo de transferência.
Que outro conceito inclui o transporte ativo e passivo através das membranas?
Difusão de troca
Este tipo de transporte de moléculas de substâncias através da membrana celular é caracterizado pelo fato de que moléculas de uma mesma substância localizadas em lados diferentes da membrana biológica participam da troca. Deve-se notar que com esse transporte de substâncias, a concentração de moléculas em ambos os lados da membrana não muda.
Um tipo de difusão de troca
Uma das variedades de difusão de troca é uma troca na qualuma molécula de uma substância é trocada por duas ou mais moléculas de outra substância. Por exemplo, uma das maneiras pelas quais os íons de cálcio positivos são removidos das células musculares lisas dos brônquios e vasos dos miócitos contráteis do coração é sua troca por íons de sódio localizados fora da célula. Um íon de sódio neste caso é trocado por três íons de cálcio. Assim, há um movimento de sódio e cálcio através da membrana, que é interdependente. Este tipo de transporte passivo através da membrana celular é chamado de antiporta. É assim que a célula consegue se livrar dos íons cálcio, que estão presentes em excesso. Este processo é necessário para que os miócitos e cardiomiócitos lisos relaxem.
Este artigo examinou o transporte ativo e passivo de substâncias através da membrana.
