Membranas semi-permeáveis: características, transporte, funções

As membranas semi-permeáveis , também chamadas de “selectivamente permeável” são as membranas que permitem a passagem de algumas substâncias, mas impedem a passagem de outra através da mesma. Essas membranas podem ser naturais ou sintéticas.

As membranas naturais são as membranas de todas as células vivas, enquanto as sintéticas, que podem ser de origem natural (celulose) ou não, são as que são sintetizadas para diferentes usos.

Membranas semi-permeáveis: características, transporte, funções 1

Representação esquemática de uma membrana semipermeável (Fonte: Adam Rędzikowski [CC0] via Wikimedia Commons)

Um exemplo da utilidade de membranas semi-permeáveis ​​artificiais ou sintéticas são aquelas usadas para dispositivos de diálise renal ou usadas para filtrar misturas na indústria ou em diferentes processos químicos.

A passagem de substâncias através de uma membrana semipermeável ocorre por vários mecanismos. Nas membranas celulares e membranas sintéticas, isso pode ocorrer por difusão através de poros de diferentes diâmetros, que “selecionam” pelo tamanho as substâncias que atravessam a membrana.Também pode acontecer que as substâncias entrem por difusão dissolvendo-se na membrana.

Nas células vivas, a passagem de substâncias através das membranas pode ocorrer por meio de transportadores que atuam a favor ou contra os gradientes de concentração das substâncias. Um gradiente, nesse caso, é a diferença de concentração que existe para uma substância nos dois lados de uma membrana.

Todas as células da terra possuem membranas, protegem e separam seus componentes internos do ambiente externo. Sem membranas não há células e sem células não há vida.

Uma vez que estas membranas são o exemplo mais comum de membranas semipermeáveis, a seguir será dada ênfase especial a elas.

Caracteristicas

Os primeiros estudos para elucidar os componentes das membranas biológicas foram feitos com glóbulos vermelhos. Nesses estudos, a presença de uma camada dupla foi demonstrada formando as membranas e, em seguida, foi descoberto que os componentes dessas camadas eram lipídios e proteínas.

Todas as membranas biológicas são formadas por uma matriz lipídica dupla que “incorporou” diferentes tipos de proteínas.

A matriz lipídica das membranas celulares é formada por ácidos graxos saturados e insaturados; estes conferem alguma fluidez à membrana.

Os lipídios são dispostos de maneira a formar uma bicamada na qual cada lipídeo, que possui uma cabeça hidrofílica (que tem afinidade pela água) e uma ou duas caudas hidrofóbicas (fobia da água, repele a água) hidrocarbonetos, tem suas caudas de frente um para o outro no centro da estrutura.

Os fosfolipídios são os lipídios mais abundantes entre os que compõem as membranas biológicas. Entre estes estão a fosfatidilcolina, fosfatidilinositol, fosfatidiletanolamina e fosfatidilserina.

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Exemplo de membrana biológica semipermeável (Fonte: LadyofHats [domínio público] via Wikimedia Commons)

Entre os lipídios da membrana, há também colesterol e glicolipídios, todos com propriedades anfipáticas.

As proteínas de membrana semi-permeáveis ​​são de vários tipos (algumas delas podem ter atividade enzimática):

(1) aqueles que formam os canais iônicos ou poros

(2) proteínas de transporte

(3) proteínas que ligam uma região celular a outra e permitem a formação de tecido

(4) proteínas receptoras que se ligam a cascatas intracelulares e

Transporte

Numa membrana biológica semipermeável, o transporte pode ser por difusão simples, difusão facilitada, cotransporte, transporte ativo e transporte ativo secundário.

Transporte de transmissão simples

Nesse tipo de transporte, a energia que move as substâncias através da membrana é a diferença de concentração existente para essas substâncias nos dois lados da membrana.

Assim, as substâncias passam mais → menos, ou seja, do local onde estão mais concentradas para o local onde estão menos concentradas.

A difusão pode ocorrer porque a substância é diluída na membrana ou passa por poros ou canais. Os poros ou canais são de dois tipos: aqueles que estão sempre abertos e aqueles que abrem e fecham, ou seja, estão temporariamente abertos.

Os poros que são abertos transitoriamente, por sua vez, podem ser (1) dependentes da voltagem, ou seja, eles abrem em resposta a uma certa voltagem e (2) dependentes do ligante, que devem se ligar a um produto químico específico para abrir.

Transporte de transmissão facilitado

Nesse caso, um transportador move a substância que será transportada de um lado da membrana para o outro. Esses transportadores são proteínas de membrana que podem estar permanentemente na membrana ou em vesículas que se derretem quando necessário.

Esses transportadores também trabalham a favor dos gradientes de concentração das substâncias que transportam.

Esses tipos de transporte não requerem consumo de energia e, portanto, são chamados de transporte passivo, pois ocorrem a favor de um gradiente de concentração.

Cotransport

Outro tipo de transporte passivo através de membranas semipermeáveis ​​é chamado cotransporte. Nesse caso, o gradiente de concentração de uma substância é usado para o transporte concomitante de outra contra seu gradiente.

Esse tipo de transporte pode ser de duas maneiras: o symport, onde as duas substâncias são transportadas na mesma direção, e o anti-transporte, no qual uma substância é transportada em uma direção e a outra na direção oposta.

Transporte de membrana ativo

Estes requerem energia e os que são conhecidos usam ATP, por isso são chamados ATPases. Esses transportadores com atividade enzimática hidrolisam o ATP para obter a energia necessária para o movimento de substâncias contra seu gradiente de concentração.

Três tipos de ATPases são conhecidos:

Bombas de Na + / K + e bombas de cálcio (ATPases de cálcio). Estes possuem uma estrutura formada por uma subunidade α e outro β incorporado na membrana.

ATPases V e ATPases F, que têm uma forma característica de haste composta por várias subunidades e uma cabeça que gira em torno das subunidades da haste.

As ATPases V servem para bombear hidrogenações contra gradiente de concentração, no estômago e em lisossomos, por exemplo. Em algumas vesículas, como os dopaminérgicos, existem bombas de hidrogênio desse tipo que bombeiam H + nas vesículas.

As ATPases F aproveitam o gradiente H + para que viajem através de sua estrutura e tomem o ADP e P e forme ATP, ou seja, em vez de hidrolisar o ATP, sintetizam-no. Estes são encontrados nas membranas das mitocôndrias.

Transporte ativo secundário

É esse transporte que, usando o gradiente eletroquímico gerado por uma ATPase, arrasta outra substância contra o gradiente. Ou seja, o transporte da segunda substância contra seu gradiente de concentração não está diretamente acoplado ao uso de ATP pela molécula de transporte.

Funções

Nas células vivas, a presença de membranas semipermeáveis ​​permite manter concentrações internas de substâncias completamente diferentes das concentrações das mesmas substâncias no ambiente extracelular.

No entanto, apesar dessas diferenças de concentração e de certas substâncias existirem canais ou poros abertos, essas moléculas não escapam ou entram, a menos que certas condições sejam necessárias ou alteradas.

A razão para esse fenômeno é que existe um equilíbrio eletroquímico que faz com que as diferenças de concentração nas membranas sejam compensadas com o gradiente elétrico gerado por íons difusíveis e isso ocorre porque algumas substâncias não podem sair das células. .

Referências

  1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Walter, P. (2004). Biologia Celular Essencial Abingdon: Garland Science, Grupo Taylor e Francis.
  2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. e Walter, P. (2008). Biologia Molecular da Célula (5ª ed.). Nova York: Garland Science, Taylor & Francis Group.
  3. Berne, R. & Levy, M. (1990). Fisiologia . Mosby; Edição Ed internacional.
  4. Fox, SI (2006). Fisiologia Humana (9a ed.). Nova York, EUA: McGraw-Hill Press.
  5. Luckey, M. (2008). Biologia estrutural de membranas: com fundamentos bioquímicos e biofísicos . Cambridge University Press.

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