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TRANSPORTE DE ÍONS E DE MOLÉCULAS ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR

- Líquido extracelular contém grande quantidade de sódio mas pequena de potássio. O inverso ocorre no líquido intracelular.

Observe outros exemplos de concentrações iônicas.

As barreiras lipídicas e as proteínas de transporte da membrana celular

MEMBRANA = BICAMADA LIPÍDICA + PROTEÍNAS

- Líquidos extracelulares não são miscíveis aos líquidos intracelulares constituindo assim uma barreira.
- A maioria das proteínas são transportadoras:
                                                 - de canais (apresentando um real canal)
                                                 - Carreadoras
- Difusão: igual a transporte passivo, que é o mesmo que movimento aleatório das moléculas.
- Transporte Ativo: transporte contra um gradiente de energia (através de proteínas carreadoras). Processo que exige fonte adicional de energia (além da cinética).
- Tipos de difusão:
    - Simples: não há interação entre as moléculas e a proteína que esta servindo de canal.
    - Facilitada: exige a interação de proteína carreadora com as moléculas.

Obs. Gás carbônico, oxigênio e nitrogênio são lipossolúveis logo dissolvem-se facilmente pela camada bilipídica.
Logo, podemos concluir que a velocidade de difusão é diretamente proporcional à lipossolubilidade.

Obs`. Canais protéicos podem apresentar comportas (seletividade). Exemplo:
- canal de sódio: suas superfícies apresentam internamente cargas negativas. Estas cargas puxam íons desidratados de sódio (seletivos ao sódio).
- canal de potássio: caracterizam-se por não apresentarem cargas negativas.

Comportas dos canais: os canais iônicos apresentam comportas que por sua vez são reguladas através:
- voltagem: podem manter-se abertos ou fechados dependendo da voltagem imposta. No caso do sódio – (cargas negativas).
- agentes químicos: por exemplo o neurotransmissor ACh (acetilcolina).

A difusão facilitada difere da simples por um canal aberto pelo mecanismo: enquanto a intensidade da difusão por um canal aberto aumenta em proporção direta com a concentração da substância difusora na difusão facilitada, a intensidade da difusão tende a um Vmáx. à medida que aumenta a concentração da substância.
Em resumo: a difusão facilitada possui em Vmáximo (limite) enquanto a difusão simples não o possui.

- Por que o limite (Vmáx.)?
A proteína carreadora possui um canal e um “receptor”. Quando este “receptor” é ativado, a molécula muda de forma abrindo-se para a porção interna, liberando a substância.
Um exemplo de difusão facilitada = glicose.

Intensidade Efetiva de difusão –

1. Efeito da permeabilidade da membrana sobre a intensied de difusão:
    a) espessura da membrana;
    b) lipossolubilidade;
    c) número de canais protéicos;
    d) temperatura;
    e) peso molecular da substância difusora.

2. Coeficiente de difusão – deve-se multiplicar a área total da membrana pela sua permeabilidade = permeabilidade total (não mais unitária).

D = P x A

3. Efeito da diferença de concentração sobre a difusão através da membrana
- meio externo mais concentrado do que o interno.
- Difusão é diretamente proporcional à sua diferença de concentração.

4. Efeito de um potencial elétrico sobre a difusão de íons.
- cria-se um gradiente com cargas elétricas positivas ou negativas. Acontecerá então um deslocamento até que devido à excessiva concentração, as forças elétricas irão se balancear com a diferença de concentração = equação de Nernst:

FEM = +/- 61 log C1/C2

Onde FEM = força eletromotriz, C1 = concentração no meio interno e C2 = concentração no meio externo.

5. Efeito da diferença de pressão.

Difusão da água –

Osmose = diferença de concentração para a água.
        Exemplo: cloreto de sódio de um lado e água destilada doutro.
Pressão Osmótica: força exercida contra a osmose (contra a pressão hidrostática).

Obs. O número de partículas influi na pressão osmótica (energia destas partículas = energia cinética = massa multiplicada pela velocidade ao quadrado dividido por dois).

Osmolalidade (osmol): expressa a concentração em termos de número de partículas.

Quando não houver dissociações, pode-se dizer que osmol = mol-grama.

Exemplo:
        1 mol-grama de glicose = 1 osmol
        1 mol-grama de NaCl = 2 osmóis

Transporte Ativo –

Moléculas ou íons sendo transportados “contra a corrente”!
Há dois tipos de transporte ativo:
- transporte ativo primário: por exemplo a bomba de sódio-potássio ATPase, onde o ATP é a fonte de energia.

Quanto à função da bomba: controla o volume celular (sem este mecanismo haveria lise celular).

Obs. A bomba de sódio-potássio ATPase é dita eletrogênica por criar um gradiente de concentrações iônicas (uma diferença de potencial elétrico) já que bomba na proporção de 3:2.
Há muitos outros mecanismos de bombas envolvendo íons diferentes como por exemplo a bomba de hidrogênio no estômago e a de cálcio nos músculos.

2. Transporte Ativo Secundário – a energia é proveniente da diferença de concentrações das membranas.
Tipos de T. Ativos Secundários:
    - co-transporte: substância puxa outra enquanto é transportada.
    - contratransporte: enquanto uma substância entra, uma outra sai utilizando-se da energia da primeira ou vice-versa.

Exemplos:  co-transporte sódio-glicose.
                 contratransporte de sódio-cálcio e sódio-hidrogênio.

3. Transporte ativo através de camadas celulares –
Substância deve atravessar todas as camadas celulares e não só a membrana.
Exemplo: epitélio intestinal e glândular.

Potenciais de Membrana e Potenciais de Ação –

- A física básica dos potenciais de membrana –
    - O fluxo de íons gera na membrana uma diferença de potencial (eletropositividade e eletronegatividade). Isto ocorre por exemplo nas fibras nervosas.
    - Equação de Nernst – a 37ºC – FEM = +/- 61 log C1/C2.
        - Quando por exemplo a concentração de potássio for 10 vezes maior que no meio externo, o log de 10 será igual a 1 de modo que o potencial de Nernst será igual a –61mV.
        - Cálculo do potencial de difusão quando a membrana for permeável a vários íons diferentes: equação de Golgman relacionando os vários íons e suas permeabilidades.

O potencial de repouso da membrana dos nervos –

Nas fibras nervosas grossas, quando não estão transmitindo impulsos nervosos possuem voltagem de repouso = -90mV. Este valor significa que o potencial da fibra é –90mV mais negativo que o potencial do líquido extracelular.

Obs. Nos nervos há bombas de sódio-potássio ATPase e canais de vazamento de potássio-sódio (onde a permeabilidade do potássio é muito maior que a do sódio).

Por que –90mV??

1. íons potássio – gera –94mV (sozinhos)
2. íons sódio – gera +61mV (sozinho)

Como as permeabilidades iônicas são diferentes, as contribuições também são diferentes (utilizando a fórmula proposta por Goldman, chegamos a conclusão que o potencial resultante da participação destes íons = -86mV).

3. bomba de sódio-potássio ATPase – contribui com –4mV

Logo o potencial resultante final será de –90mV.

O potencial de ação neural –

Sinais nervosos são transmitidos por potenciais de ação (são variações rápidas dos potenciais de repouso da membrana celular).

Etapas do potencial de ação:

1. Estado de repouso – estado natural da membrana.
2. Etapa de despolarização – membrana subitamente torna-se permeável ao sódio.
3. Etapa de repolarização – canais de sódio fecham-se tornando-se permeável ao potássio.
4. Etapa de hiperpolarização – membrana fica permeável aos íons cloreto.

Obs. Este sistema descrito acima conta: bombas de sódio-potássio ATPase; canais de vazamento potássio-sódio e dois tipos de canais voltagem dependentes (sódio e potássio).

Obs`. Outros íons também devem ser considerados no potencial neural: íons cálcio; íons impermeantes negativos (não atravessam os canais dando característica negativa ao axônio).

START do potencial de ação –

a) abertura dos canais de sódio – ciclo vicioso (feedback positivo)
b) limiar para iniciação do potencial de ação (15 a 30mV).

Propagação do potencial de ação –

a) em todas as direções.
b) enquanto houver estímulo haverá propagação.

Platô de alguns potenciais de ação –

Em alguns casos a membrana não repolariza imediatamente após a despolarização, isto devido aos canais lentos voltagem-dependentes.
Exemplo: músculo cardíaco

Aspectos especiais da transmissão do sinal nos troncos nervosos –

Um tronco nervoso possui cerca de duas vezes mais fibras amielínicas do que mielínicas. Nas fibras mielínicas observa-se “falhas” denominadas nodos de ranvier permitindo assim uma condução saltatória (de nodo a nodo) resultando assim numa maior velocidade da condução do potencial de ação.

Obs. Mielina é produzida pelas células de Schwann e pela célula da glia.

Período Refratário –

Há dois tipos de período refratário:
- Absoluto: período o qual a membrana esta despolarizada e não irá desencadear outro potencial de ação por maior que fosse o estímulo.
- Relativo: canais iônicos estão repolarizando a membrana e um estímulo muito acima do normal desencadeará um novo potencial de ação (precoce).

Obs. Anestésicos locais – são chamados de estabilizadores de membrana por exemplo a tetracaína, procaína e lidocaína = agem dificultando a excitabilidade da membrana.