Permeabilidade Graus de Membranas Plasma na Difusão Passiva

Permeabilidade Graus de Membranas Plasma na Difusão Passiva!

As membranas de uma célula passam pequenos íons e moléculas através deles. A passagem de íons ou moléculas pode ocorrer como difusão passiva, ou transporte ativo evoluindo o gasto de energia. Na difusão passiva, as membranas podem ser classificadas de acordo com seu grau de permeabilidade.

1. Impermeável :

Uma membrana desse tipo não permite que nada passe por ela. Certos ovos de peixe não fertilizados, como a truta, são permeáveis ​​apenas aos gases; A água rotulada com deutério não penetra o óvulo.

2. semipermeável :

Nenhuma membrana celular das células pertence a essa categoria. Essas membranas permitem que a água e certos íons selecionados e SMA Molecules passem, mas proíbem outros íons, bem como moléculas pequenas e grandes.

3. Permeável Seletivo :

A maioria das membranas das células pertence a essa categoria. Tais membranas permitem que a água e certos íons selecionados e pequenas moléculas passem, mas proíbem outros íons, bem como moléculas pequenas e grandes.

4. Dialyzing membranas :

As células endoteliais e suas membranas basais dos capilares e néfrons podem atuar como um dialisador. Deste modo, a pressão hidrostática força as moléculas de água e os cristaloides através da membrana a baixarem os seus gradientes de concentração enquanto restringem a passagem de colóides.

O transporte de substâncias através da membrana plasmática para o citoplasma da célula pode ser alcançado seguindo os seguintes métodos:

Osmose:

Osmose é um tipo especial de difusão que envolve o movimento de água ou outras moléculas de solvente através de uma membrana semipermeável ou diferencialmente permeável de uma área de alto potencial (solvente puro) para uma área de baixo potencial (solução mais concentrada).

A entrada de água na célula de seu meio é chamada endosmosis; o processo inverso em que a água deixa a célula é chamado exosmose. Uma pressão osmótica é mantida pelos sais presentes no citoplasma. A célula permanece sempre em meio líquido ou fluido para troca fisiológica de gases, nutrientes, etc. Esse fluido é usualmente designado por fluido extra celular (ECF). Nos protozoários e outros organismos inferiores é a água. Dependendo da concentração, o ECF pode ser.

(i) Solução Isotônica :

Se a concentração de ECF na qual a célula está presente é semelhante à do fluido intracelular da célula, ela é conhecida como solução isotônica. A forma da célula permanece normal.

(ii) Solução Hipotônica :

Se a concentração de LEC é menos concentrada que o líquido intracelular, ela é conhecida como solução hipotônica. Em tal solução, a célula incha devido à água que chega à célula por endosmose.

(iii) Solução Hipertônica :

Se a concentração de LEC for maior que o líquido intracelular da célula, a solução é denominada solução hipertônica. Nesse caso, a água difunde para fora da célula por exosmose. Como resultado, a célula sofre plasmólise.

Transporte passivo:

O transporte passivo é a difusão direta da água, íons ou moléculas de várias substâncias se movem através da membrana plasmática de uma região de maior concentração para a baixa concentração. O transporte de moléculas ocorre ao longo do gradiente de concentração, de modo que não é necessária energia para difusão.

Difusão simples :

De acordo com um grande número de evidências, muitas substâncias se movem através da membrana plasmática a uma taxa de difusão livre que é diretamente proporcional à sua solubilidade em lipídios. As moléculas de água são uma notável exceção a essa regra, uma vez que elas se difundem livremente através das membranas regular e rapidamente.

Membrana de plasma deve conter dois tipos de poros:

i) Canais aquosos finos :

Estes estão presentes através de uma proteína ou entre proteínas integrais agrupadas. Estes poros são 10nm de diâmetro e permanentes na natureza. Estes se estendem por toda a bicamada lipídica. Esses poros atuam como aberturas valvares. Alguns poros são cobrados positivamente, outros são negativamente carregados.

ii) Poros estatísticos :

Esses poros são instáveis. Eles continuam aparecendo e desaparecendo. Estes são formados como lacunas na bicamada lipídica altamente fluida. Estes são formados devido ao movimento térmico aleatório dos fosfolipídios da membrana. As substâncias passam prontamente através destes poros se são solúveis em lipídios {Overton). É por isso que as substâncias hidrofóbicas de baixo e alto peso molecular podem passar através da membrana plasmática.

A taxa relativa de difusão de moléculas através da membrana depende do tamanho das moléculas; gradiente de concentração através da membrana; e a solubilidade em lípidos ou natureza hidrofóbica da molécula. Collander e Barlund em seus experimentos clássicos com células de plantas, Chara demonstrou que a taxa na qual o substrato penetra depende de sua solubilidade em lipídios e seu tamanho de moléculas.

A permeabilidade (P) das moléculas através da membrana é representada por uma fórmula:

P = KD / t

Onde K é o coeficiente de partição; D é o coeficiente de difusão (depende do peso molecular) e t é a espessura das membranas. O coeficiente de partição nas membranas celulares é semelhante ao do azeite e da água. O coeficiente de partição pode ser medido misturando o soluto com uma mistura de óleo de água e aguardando até que as fases sejam separadas.

O coeficiente partite (K) é a concentração de soluto em óleo, dividido pela concentração de soluto em fase aquosa. O coeficiente de difusão (D) pode ser determinado usando solutos radioativos e medindo sua taxa de entrada no citoplasma em várias concentrações externas.

Difusão facilitada:

A difusão de uma substância através de uma membrana ocorre sempre de uma região de maior concentração de um lado para uma região de menor concentração do outro lado. Mas nem sempre é o caso, uma vez que numerosos exemplos foram descobertos onde existe uma proteína, a permease dentro da membrana plasmática que facilita o processo de difusão. Esse mecanismo é chamado de difusão facilitada. Este processo é mais comum no movimento de açúcares e aminoácidos.

A presença de permease na membrana oferece um caminho através da membrana que é uma alternativa à camada lipídica. A ligação do soluto na superfície externa da membrana desencadearia uma alteração conformacional na permease, expondo o soluto à superfície interna da membrana a partir da qual ele pode se difundir no citoplasma ao longo de seu gradiente de concentração.

As características da difusão facilitada são:

(i) A taxa de transporte de moléculas através da membrana é muito maior do que o esperado a partir de difusão simples

(ii) As permeases são muito específicas e cada um transporta apenas um único íon específico ou moléculas ou grupo de moléculas intimamente relacionadas.

(iii) Com um aumento no gradiente de concentração, há um aumento correspondente na taxa de transporte.

Como no caso das enzimas, as permeases que facilitam a difusão mostram o tipo de saturação cinetcs. Se uma substância (S) está presente inicialmente fora da membrana plasmática, seu transporte no interior pode ser representado pelas seguintes equações:

S (out) + Permuta Km = complexo Vmax permease

Aqui S é substrato, Km é de ligação constante para substrato para permease e Vmax é a taxa máxima de transporte. Se, a concentração de S no exterior for C, a taxa de transporte pode ser calculada como:

V = Vmax / 1 + C / Km

Transporte Ativo:

A difusão de íons através das membranas é ainda mais difícil porque depende não apenas do gradiente de concentração, mas também do gradiente elétrico presente no sistema. Como o transporte ativo é um processo que funciona contra um gradiente de concentração, não é surpreendente que a equipe exija o gasto de energia.

O processo envolve o uso de moléculas transportadoras dentro da própria membrana celular. Essas moléculas transportadoras aparentemente se movem para frente e para trás entre as superfícies das membranas celulares interna e externa e captam ou liberam um íon particular que está sendo regulado. A energia necessária para esse processo é obtida a partir do trifosfato de adenosina (ATP), produzido principalmente pela fosforilação oxidativa nas mitocôndrias.

A partir da Tabela 2.1 mostrada abaixo, é evidente que dentro de uma célula há uma grande concentração de ânions não difusíveis e que um gradiente elétrico através da membrana é estabelecido.

Tabela 2.1

Mostrando Concentração Iônica e Potencial Firme no Músculo

Donnan (1911) previu, se uma célula com uma carga negativa não difusível no interior é colocada em uma solução de Cl ^-, K ⁺ será direcionada para a concentração de células e o gradiente elétrico. Os íons, por outro lado, serão impulsionados pelo gradiente de concentração, mas serão repelidos pelo gradiente elétrico. Segundo Donnan, as concentrações de equilíbrio serão exatamente recíprocas.

(K ⁺ in) / (K ⁺ out) = (CI ^- out) / (IC ^- in)

A relação entre o gradiente de concentração e o potencial de membrana em repouso é dada pela equação de Nernst.

E = RT em C ₁ / C ₂

Onde E é dado em milivolts, R é constante de gás universal e T é temperatura absoluta. De (i) e (ii) o equilíbrio de Donnan para KC1 pode ser expresso

E = RT In (entrada K ⁺ ) / (saída K ⁺ ) = entrada RT (saída C1) / entrada C1)

Transporte ativo de íons ou bomba de sódio:

O soluto que é bombeado mais ativamente para dentro das células são íons potássio (K ⁺ ) Acredita-se que a força motriz para esse transporte para dentro seja um gradiente de sódio (Na ⁺ ) através da membrana, criado pelo transporte ativo do íon Na bombeado para fora do célula.

A concentração de íons (Na ⁺ ) fora da membrana torna-se alta quando a concentração interna se torna baixa. Energia, necessária para bombear íons Na ⁺, é fornecida pela ATP. Na presença de ATPase activada com Mg ⁺⁺, a molécula de ATP é hidrolisada e acredita-se que a ATPase esteja situada dentro da membrana.

A bomba Na ⁺ - foi descoberta por Hodkin e Keynes (1955) e associada à hidrólise do ATP in vitro por Skou (1957). Dois mecanismos distintos de bomba de Na ⁺ foram descritos para células animais. Esses são:

i) Bomba de troca de sódio e potássio:

Nessa bomba de Na ⁺, o bombeamento externo de íons Na ⁺ está ligado ao transporte para dentro de ions. Como Na ⁺ e K ⁺ são trocados de forma compulsória, o movimento de saída do Na ⁺ é sempre acompanhado pelo movimento de K ^{+ para dentro} . Essa bomba ocorre em células nervosas e células musculares.

(ii) bomba electrogénica de Na ⁺ :

Nesta bomba, não há troca compulsória de íons K ⁺ que se movam para dentro e de íons Na ⁺ móveis. Nesta bomba, um gradiente de potencial eletroquímico pode ser gerado quando a saída de íons Na ⁺ não é compensada pela entrada de um a um de K ⁺ .

Uma alta concentração intracelular de íons K ⁺, independentemente da concentração externa de Na e K ⁺, é necessária para as células aeróbias. A alta concentração de K ⁺ fica do lado da célula é necessária para a síntese de proteínas e glicólise. A alta concentração de K ⁺ da célula deve ser balanceada pela perda de alguns cátions, como Na ⁺, caso contrário, o inchaço excessivo causaria a explosão da célula, criando uma condição de maior pressão osmótica interna.

O transporte ativo de glicose para as células é outra conseqüência da ação de uma bomba eletrogênica de Na ⁺ . A extrusão de Na ⁺ da célula gera um gradiente de baixa concentração interna e externa de Na ⁺ . Transporte ativo de açúcar realizado em condições em que fora da concentração de Na ⁺ é mantido alto o suficiente para criar um gradiente apropriado cuja energia direciona os metabólitos para a célula a partir de uma solução externa muito diluída de açúcar. O acúmulo de açúcares é compilado para a extrusão de Na ⁺ e também é auxiliado por proteínas transportadoras específicas.

Translocação através da membrana :

As proteínas transportadoras auxiliam as moléculas hidrofílicas através de uma espessura de membrana de 6 a 10 nm. Os metabólitos são consideravelmente menores que 6 nm, por isso é importante saber como essas moléculas são translocadas através desta distância relativamente grande pelos transportadores. Diversas alternativas têm sido propostas, mas duas são estudos mais intensivos do que as outras possibilidades.

Uma hipótese alternativa postula que o transportador se liga à molécula hidrofílica e que, então, toda a proteína de transporte gira através da membrana e entrega seu metabólito ligado ao outro lado. A segunda alternativa propõe que o transportador seja fixado no lugar dentro da membrana e que a molécula transportadora sofra uma alteração conformacional que transloca o local de ligação através da membrana e o metabolito ligado juntamente com o mesmo tempo.

Uma vez que o metabólito tenha sido translocado, o local de ligação é liberado e restaurado à sua conformação original, pronto para se ligar a outra molécula hidrofílica em outro evento de transporte. Esta segunda alternativa foi referida como o mecanismo de poro fixo. A primeira alternativa é conhecida como mecanismo transportador.