Fisiologia Celular: Membranas, Transporte e Potenciais

Fundamentos da Membrana Celular

Estrutura e Compartimentos

• As membranas biológicas apresentam lipídios organizados em uma bicamada, que permite a passagem passiva de substâncias lipossolúveis.
• Nos compartimentos e líquidos dos organismos, a concentração de potássio (K+) é maior no líquido intracelular do que no extracelular.

Transporte Através da Membrana

Tipos de Transporte

• Difusão simples: Transporte de soluto a favor de um gradiente de concentração, sem auxílio de proteínas.
• Difusão facilitada: Transporte de soluto a favor de um gradiente de concentração com o auxílio de uma proteína carreadora ou canal. É o mecanismo que, através dos canais de vazamento, pode gerar os potenciais de repouso.
• Osmose: Transporte de moléculas de água através de uma membrana semipermeável.
• Transporte ativo: Tipo de transporte transmembrana que ocorre contra um gradiente de concentração, com consumo de energia celular (ATP).

Proteínas Transportadoras

As proteínas transportadoras na membrana plasmática podem ser do tipo carreadoras, classificadas como:

• Uniporte: Transporta uma única substância.
• Simporte: Transporta duas substâncias na mesma direção.
• Antiporte: Transporta duas substâncias em direções opostas.

O transporte ativo secundário, como o simporte de glicose e Na+ nas células epiteliais do intestino, utiliza a energia armazenada no gradiente iônico do Na+.

Potenciais Elétricos da Membrana

Potencial de Repouso

Quando uma célula nervosa está em potencial de repouso, o K+ é o íon com maior permeabilidade através da membrana. O potencial é mantido pela ação conjunta dos canais de vazamento e da bomba de Na+/K+.

Potencial de Ação

• Fase de despolarização: O sódio (Na+) entra na célula a favor do seu gradiente pela abertura de canais com portão voltagem-dependentes.
• Fase de repolarização: O canal com portão voltagem-dependente do potássio (K+) se abre, permitindo a sua saída e restaurando a polaridade negativa.

Estruturas e Canais Envolvidos

• Canal com portão voltagem-dependente de Na+: Responsável pela entrada de íons positivos durante a despolarização.
• Canal com portão voltagem-dependente de K+: Responsável pela saída de íons positivos durante a repolarização.
• Canal de vazamento de K+: Permite a saída contínua de K+, sendo crucial para o potencial de repouso.
• Bainha de mielina: Isola os axônios, permitindo um menor gasto de energia durante a propagação do impulso nervoso.

Comunicação e Regulação Fisiológica

Sinapse Química

Na sinapse química, o potencial de ação chega à terminação pré-sináptica e despolariza a membrana. Isso abre canais de cálcio (Ca²+) voltagem-dependentes, permitindo a entrada de Ca²+, que desencadeia a liberação de neurotransmissores na fenda sináptica.

Regulação do Equilíbrio Ácido-Básico

• Soluções-tampão: Evitam alterações bruscas de pH ao capturar ou liberar prótons (H+).
• Regulação pulmonar e renal: Os sistemas pulmonar e renal participam da regulação do pH fisiológico, eliminando ou retendo substâncias (como CO₂ e bicarbonato) para ajustar o pH corporal.

Transportadores Específicos

ATPasas e Trocadores

• ATPase Na+/K+ (Bomba de Sódio e Potássio): Transporta 3 Na+ para fora da célula e 2 K+ para dentro. Gera o gradiente iônico utilizado no transporte ativo secundário.
• ATPase H+/K+: Encontrada nas células parietais do estômago.
• ATPase de Ca²+: Encontrada no retículo sarcoplasmático de células musculares.
• Simporte de Glicose/Na+: Encontrado nas células epiteliais do intestino e dos rins.
• Antiporte Na+/H+: Trocador encontrado nos túbulos renais, importante na regulação do pH.

Metabolismo Celular

Vias Metabólicas

• Vias anabólicas (síntese): Processos redutivos que consomem energia (ATP) para construir moléculas complexas.
• Vias catabólicas (degradação): Processos oxidativos que liberam energia (ATP) ao quebrar moléculas complexas.

Papel das Enzimas

As enzimas são cruciais para o metabolismo, pois atuam como catalisadores biológicos: aceleram a velocidade das reações sem serem consumidas e funcionam como reguladores dos processos metabólicos.