Transporte Celular e Potencial de Membrana

Como as Moléculas Atravessam a Membrana?

As moléculas são transportadas através da membrana por meio de canais iônicos e proteínas transportadoras. A principal diferença entre esses dois mecanismos reside na sua forma de ação.

Canais Iônicos

Os canais iônicos facilitam o transporte a favor do gradiente de concentração, caracterizando um transporte passivo, ou seja, sem gasto energético. Esses canais podem ser controlados de diversas formas e são importantes para restabelecer o equilíbrio das concentrações iônicas.

Tipos de canais iônicos incluem:

• Canais controlados por ligantes: abrem-se ou fecham-se mediante a ligação com uma molécula específica.
• Canais sensíveis à voltagem: sua abertura ou fechamento depende de alterações no potencial elétrico da membrana.
• Canais controlados por estímulos mecânicos: respondem a estímulos físicos.
• Canais de vazamento: permanecem geralmente abertos, permitindo um fluxo contínuo de íons específicos.

Proteínas Transportadoras

As proteínas transportadoras (ou carreadoras) interagem especificamente com o substrato, promovendo uma alteração conformacional que resulta no transporte da molécula através da membrana. Elas sempre apresentam uma face voltada para o meio extracelular ou para o meio intracelular. Este tipo de transporte pode ocorrer contra o gradiente de concentração, caracterizando o transporte ativo, que requer gasto de energia (ATP). São cruciais para manter as diferenças de concentração entre os meios.

Exemplo: o transporte de glicose para dentro das células pode ser mediado por proteínas transportadoras.

Eficiência dos Tipos de Transporte

A eficiência entre o transporte mediado por canais (difusão facilitada) e por proteínas transportadoras depende da concentração da substância. Em baixas concentrações, o transporte mediado por proteínas é geralmente mais eficiente. No entanto, este tipo de transporte é saturável, ou seja, atinge uma velocidade máxima quando todas as proteínas estão ocupadas. Por outro lado, o transporte por difusão através de canais (quando não limitado pelo número de canais abertos) ou a difusão simples aumentam a taxa de transporte gradativamente com o aumento da concentração da substância, tornando-se proporcionalmente mais eficiente em altas concentrações, até que outros fatores se tornem limitantes.

Potencial de Membrana

Tanto as proteínas transportadoras quanto os canais iônicos são fundamentais no estabelecimento e na manutenção do potencial de membrana.

O que é Potencial de Membrana?

O potencial de membrana é a diferença de potencial elétrico (voltagem) existente através da membrana plasmática, entre o meio intracelular e o meio extracelular.

Origem da Polarização de Cargas

Essa polarização de cargas, ou diferença no potencial elétrico, origina-se porque os meios intra e extracelular contêm íons em diferentes concentrações, e a membrana possui permeabilidade seletiva a esses íons.

Estabelecimento do Gradiente Eletroquímico

O gradiente eletroquímico entre os meios intra e extracelular é estabelecido da seguinte forma:

• O meio intracelular é rico em íons potássio (K+) e ânions fixos (como fosfatos orgânicos e proteínas carregadas negativamente, incluindo o DNA).
• A membrana plasmática é relativamente impermeável a esses ânions fixos, mas é permeável ao K+ através de canais de vazamento de potássio.
• Devido ao gradiente de concentração, o K+ tende a sair da célula (vazamento).
• Essa saída de K+ não leva a um equilíbrio de concentrações devido a forças elétricas que se opõem à sua difusão: a força elétrica de repulsão devido ao aumento de cargas positivas no exterior da célula (onde o Na+ é abundante e para onde o K+ se move) e a força elétrica de atração exercida pelos ânions fixos no interior da célula.
• Essas forças elétricas contrabalançam a força de difusão do potássio. Como resultado, em repouso, o interior da célula mantém-se mais eletronegativo em relação ao exterior.

Em relação ao íon sódio (Na+), seus canais são predominantemente sensíveis à voltagem. Em condições de repouso da membrana, esses canais de Na+ estão maioritariamente fechados, tornando a membrana muito menos permeável ao Na+ em comparação com sua permeabilidade ao K+. Por essa razão, o influxo significativo de sódio é restrito no estado de repouso.

Potencial de Repouso da Membrana

A resultante das forças de difusão (químicas) e elétricas para cada íon permeante determina o potencial de repouso da membrana. Este estado é caracterizado por um equilíbrio dinâmico de fluxos iônicos (onde o fluxo líquido de carga é zero), mantendo um desequilíbrio químico (diferentes concentrações iônicas) e, consequentemente, um gradiente elétrico (diferença de potencial) através da membrana.