A diferença entre osmose e transporte ativo

Uma célula tem muitos requisitos para crescer e se replicar, e mesmo células que não estão crescendo ou se replicando ativamente exigem nutrientes do ambiente para funcionar. Muitos dos requisitos da célula são moléculas que podem ser encontradas fora da célula, incluindo água, açúcares, vitaminas e proteínas.

A membrana celular possui importantes funções protetoras e estruturais e atua para manter o conteúdo celular separado do ambiente externo. A bicamada lipídica da membrana celular é composta por fosfolipídios, que possuem caudas hidrofóbicas (solúveis em óleo, “temendo a água”) que formam uma barreira para muitos solutos e moléculas no ambiente. Esse recurso da membrana celular permite que o ambiente interno da célula seja diferente do ambiente externo, mas também atua como uma grande barreira para retirar certas moléculas do ambiente e expulsar resíduos..

A bicamada lipídica não representa um problema para todas as moléculas. Moléculas não polares hidrofóbicas (ou solúveis em óleo) podem se difundir livremente através da membrana celular sem impedimentos. Essa classe de moléculas inclui gases como oxigênio (O2), dióxido de carbono (CO2) e óxido nítrico (NO). Moléculas orgânicas hidrofóbicas maiores também podem passar através da membrana plasmática, incluindo certos hormônios (como estrogênio) e vitaminas (como vitamina D). Moléculas polares pequenas (incluindo água) são parcialmente prejudicadas pela bicamada lipídica, mas ainda podem passar através.

Para moléculas que podem passar livremente através da membrana da célula, se elas viajam para dentro ou para fora da célula, depende de sua concentração. A tendência das moléculas de se moverem de acordo com seu gradiente de concentração (que é de maior concentração para menor) é chamada difusão. Isso significa que as moléculas fluirão para fora da célula se houver mais dentro da célula do que fora. Da mesma forma, se houver mais fora da célula, as moléculas fluirão para dentro da célula até que um equilíbrio seja alcançado. Por exemplo, considere uma célula muscular. Durante o exercício, a célula converte O2 em CO2. À medida que o sangue oxigenado entra no músculo, o O2 viaja de onde a concentração é maior (no sangue) para onde é mais baixa (nas células musculares). Ao mesmo tempo, o CO2 viaja para fora das células musculares (onde é maior) até o sangue (onde é mais baixo). Difusão não requer gasto de energia. A difusão da água recebe um nome especial, osmose.

Para moléculas polares maiores e quaisquer moléculas carregadas, é mais difícil entrar e sair da célula, pois elas não podem passar pela bicamada lipídica. Essa classe de moléculas inclui íons, açúcares, aminoácidos (os blocos de construção das proteínas) e muitas outras coisas que a célula precisa para sobreviver e funcionar. Para corrigir esse problema, a célula possui proteínas de transporte que permitem que essas moléculas entrem e saiam da célula. Essas proteínas de transporte compõem 15-30% das proteínas na membrana celular.

As proteínas de transporte têm várias formas e tamanhos, mas todas se estendem através da bicamada lipídica, e cada proteína de transporte possui um tipo específico de molécula que transporta. Existem proteínas transportadoras (também conhecidas como transportadores ou permeases), que se ligam a um soluto ou molécula de um lado da membrana e o transportam para o outro lado da membrana. Uma segunda classe de proteínas de transporte inclui proteínas de canal. As proteínas do canal formam aberturas hidrofílicas (“que adoram a água”) na membrana para permitir que moléculas polares ou carregadas fluam. As proteínas do canal e as proteínas transportadoras facilitam o transporte para dentro e para fora da célula.

As moléculas podem viajar através das proteínas de transporte de alta concentração para baixa concentração. Esse processo é chamado de transporte passivo ou difusão facilitada. É semelhante à difusão de moléculas não polares ou água diretamente através da bicamada lipídica, exceto que requer proteínas de transporte.

Às vezes, uma célula precisa de coisas do ambiente que estão presentes em uma concentração muito baixa fora da célula. Alternativamente, uma célula pode exigir concentrações extremamente baixas de um determinado soluto dentro da célula. Embora a difusão permita que as concentrações dentro e fora da célula se movam em direção ao equilíbrio, um processo chamado transporte Ativo ajuda a concentrar um soluto ou molécula dentro ou fora da célula. O transporte ativo requer gasto de energia para mover uma molécula contra seu gradiente de concentração. Existem duas formas principais de transporte ativo nas células eucarióticas. O primeiro tipo consiste em bombas acionadas por ATP. Essas bombas usam a hidrólise de ATP para transportar uma classe específica de soluto ou molécula através da membrana para concentrá-lo dentro ou fora da célula. O segundo tipo (chamado cotransportadores) associa o transporte de uma molécula ao seu gradiente de concentração (de baixo a alto) com o transporte de uma segunda molécula no seu gradiente de concentração (de alto a baixo).

As células também usam transporte ativo para manter a concentração adequada de íons. A concentração de íons é muito importante para as propriedades elétricas da célula, controlando a quantidade de água nas células e outras funções importantes dos íons. Por exemplo, os íons magnésio (MG2 +) são muito importantes para muitas proteínas envolvidas no reparo e manutenção do DNA. O cálcio (Ca2 +) também é importante em muitos processos celulares, e o transporte ativo ajuda a manter um gradiente de cálcio de 1: 10.000. O transporte de íons através da bicamada lipídica depende não apenas do gradiente de concentração, mas também das propriedades elétricas da membrana, onde cargas semelhantes se repelem. A bomba de sódio-potássio ATPase ou Na + -K + mantém uma concentração mais alta de sódio fora da célula. Quase um terço da necessidade de energia da célula é consumida nesse empreendimento. Esse enorme gasto energético para o transporte ativo de íons corrobora a importância de manter um equilíbrio de moléculas em função celular adequada.

Sumário

Osmosis é a difusão passiva da água através da membrana celular e não requer proteínas de transporte. UMAtransporte ativo é o movimento de moléculas contra seu gradiente de concentração (de baixa para alta concentração) ou contra seu gradiente elétrico (em direção a uma carga similar) e requer transportadores de proteínas e a energia adicionada, seja por hidrólise de ATP ou por acoplamento ao transporte em declive de outro soluto.