Célula é uma unidade estrutural de toda a vida em nosso planeta e um sistema aberto. Isso significa que sua vida requer uma troca constante de matéria e energia com o meio ambiente. Essa troca é realizada através da membrana - a borda principal da célula, que é projetada para preservar sua integridade. É através da membrana que o metabolismo celular é realizado e vai ao longo do gradiente de concentração de uma substância, ou contra ele. O transporte ativo através da membrana citoplasmática é um processo complexo e que consome muita energia.
Membrana - barreira e gateway
A membrana citoplasmática é parte de muitas organelas celulares, plastídios e inclusões. A ciência moderna baseia-se no modelo de mosaico fluido da estrutura da membrana. O transporte ativo de substâncias através da membrana é possível devido à suaedifício específico. A base das membranas é formada por uma bicamada lipídica - principalmente fosfolipídios dispostos de acordo com suas propriedades hidrofílicas-hidrofóbicas. As principais propriedades da bicamada lipídica são fluidez (a capacidade de incorporar e perder sítios), automontagem e assimetria. O segundo componente das membranas são as proteínas. Suas funções são diversas: transporte ativo, recepção, fermentação, reconhecimento.
As proteínas estão localizadas tanto na superfície das membranas quanto no interior, e algumas delas penetram várias vezes. A propriedade das proteínas em uma membrana é a capacidade de se mover de um lado da membrana para o outro (s alto “flip-flop”). E o último componente são as cadeias de sacarídeos e polissacarídeos de carboidratos na superfície das membranas. Suas funções ainda são controversas hoje.
Tipos de transporte ativo de substâncias através da membrana
Ativa será essa transferência de substâncias através da membrana celular, que é controlada, ocorre com custos de energia e vai contra o gradiente de concentração (as substâncias são transferidas de uma área de baixa concentração para uma área de alta concentração). Dependendo da fonte de energia utilizada, distinguem-se os seguintes modos de transporte:
- Primário ativo (fonte de energia - hidrólise de adenosina trifosfórico ATP em adenosina difosfórico ADP).
- Ativo secundário (fornecido com energia secundária criada como resultado dos mecanismos de transporte ativo primário de substâncias).
Proteínas-assistentes
No primeiro e segundo casos, o transporte é impossível sem proteínas transportadoras. Essas proteínas de transporte são muito específicas e são projetadas para transportar certas moléculas e, às vezes, até certos tipos de moléculas. Isso foi comprovado experimentalmente em genes bacterianos mutantes, o que levou à impossibilidade de transporte ativo através da membrana de um determinado carboidrato. As proteínas transportadoras transmembranares podem ser autotransportadoras (elas interagem com moléculas e as transportam diretamente através da membrana) ou formadoras de canais (formam poros nas membranas que estão abertas a substâncias específicas).
Bomba de sódio e potássio
O exemplo mais estudado do transporte ativo primário de substâncias através da membrana é a bomba de Na+ -, K+ -. Esse mecanismo garante a diferença nas concentrações de íons Na+ e K+ em ambos os lados da membrana, o que é necessário para manter a pressão osmótica na célula e outros processos metabólicos. A proteína transportadora transmembrana, ATPase sódio-potássio, consiste em três partes:
- No lado externo da membrana proteica existem dois receptores para íons potássio.
- Existem três receptores de íons de sódio no interior da membrana.
- A parte interna da proteína tem atividade ATP.
Quando dois íons de potássio e três íons de sódio se ligam a receptores de proteínas em ambos os lados da membrana, a atividade do ATP é ativada. A molécula de ATP é hidrolisada a ADP com a liberação de energia, que é gasta no transporte de íons potássiodentro e íons de sódio fora da membrana citoplasmática. Estima-se que a eficiência de tal bomba seja superior a 90%, o que por si só é bastante surpreendente.
Para referência: A eficiência de um motor de combustão interna é de cerca de 40%, elétrico - até 80%. Curiosamente, a bomba também pode funcionar na direção oposta e servir como doador de fosfato para a síntese de ATP. Para algumas células (por exemplo, neurônios), até 70% de toda a energia é gasta na remoção de sódio da célula e no bombeamento de íons de potássio para ela. As bombas para cálcio, cloro, hidrogênio e alguns outros cátions (íons com carga positiva) funcionam com o mesmo princípio do transporte ativo. Nenhuma dessas bombas foi encontrada para ânions (íons carregados negativamente).
Cotransporte de carboidratos e aminoácidos
Um exemplo de transporte ativo secundário é a transferência de glicose, aminoácidos, iodo, ferro e ácido úrico para dentro das células. Como resultado da operação da bomba de potássio-sódio, é criado um gradiente de concentrações de sódio: a concentração é alta no exterior e baixa no interior (às vezes 10-20 vezes). O sódio tende a se difundir na célula e a energia dessa difusão pode ser usada para transportar substâncias para fora. Esse mecanismo é chamado de cotransporte ou transporte ativo acoplado. Nesse caso, a proteína carreadora possui dois centros receptores na parte externa: um para sódio e outro para o elemento que está sendo transportado. Somente após a ativação de ambos os receptores, a proteína sofre alterações conformacionais, e a energia de difusãoo sódio introduz a substância transportada na célula contra o gradiente de concentração.
O valor do transporte ativo para a célula
Se a difusão usual de substâncias através da membrana prosseguisse por um tempo arbitrariamente longo, suas concentrações fora e dentro da célula se igualariam. E isso é a morte para as células. Afinal, todos os processos bioquímicos devem ocorrer em um ambiente de diferença de potencial elétrico. Sem ativo, contra um gradiente de concentração, transporte de substâncias, os neurônios não seriam capazes de transmitir um impulso nervoso. E as células musculares perderiam a capacidade de se contrair. A célula não seria capaz de manter a pressão osmótica e entraria em colapso. E os produtos do metabolismo não seriam trazidos à tona. E os hormônios nunca entrariam na corrente sanguínea. Afinal, até mesmo uma ameba gasta energia e cria uma diferença de potencial em sua membrana usando as mesmas bombas de íons.
