Aliança Pré-vestibular - Módulo I - Citologia
Processos de troca nas células
PROCESSOS DE TROCA NAS
CÉLULAS
I – Introdução
Antes de começarmos a estudar
os processos de troca que ocorrem nas
células, faz-se necessário lembrar sobre a
composição da membrana plasmática e
sua plena necessidade de fazer essas
trocas.
A palavra ‘célula’ vem do latim
‘cellula’, que significa ‘quarto pequeno
ou cela’, escolhido pelo inglês Robert
Hooke em um livro que ele publicou em
1665, no qual ele comparou células de
cortiça com os pequenos quartos onde
os monges viviam. Como o nome
atribuído já sugere, as células encontramse individualizadas do meio externo
através de envoltórios, sem os quais ela
não poderia sobreviver.
Durante sua evolução, as células
precisaram resolver alguns problemas.
Dentre estes, os primeiros e principais
foram a proteção
proteção de seus componentes
vitais, seu material genético, isolando-os
do meio exterior, e ao mesmo tempo
algo que não impedisse, e que
possibilitasse trocas de substâncias com
o meio. Assim, através de mutações
(lembrando que mutações genéticas
ocorrem de modo aleatório e não para
satisfazer certas necessidades! As
mutações ocorrem, independentemente
da seleção natural. As que forem
vantajosas , conseqüentemente poderão
persistir, gerando indivíduos mais
resistentes ao meio, permitindo assim
sua maior reprodução. Veremos isso
mais adiante.) vantajosas surgiu nas
células
a
membrana
plasmática,
composta principalmente por proteínas
e fosfolipídios, atendendo assim as
necessidades urgentes da célula,
conferindo, ao mesmo tempo, proteção
e possibilitando as trocas de nutrientes,
gases e eliminação de resíduos de
metabolismo.
II. Bicamada lipídica
A membrana plasmática, como já
sabemos, é composta principalmente
por fosfolipídios e proteínas, sendo
assim de natureza lipoprotéica.
O modelo aceito atualmente foi
proposto em 1972 por Singer e
Nicholson. Segundo eles, o modelo do
mosaico fluido, assim denominado
possui duas camadas de fosfolipídios,
arranjados de forma que sua cabeça
hidrofílica, composta por um grupo
fosfato, fique em contato com o meio
aquoso, enquanto a cauda hidrofóbica
desta molécula, composta por glicerol e
ácido graxo fiquem umas em contato
com as outras naturalmente. Nessa
disposição, formam uma bicamada, que
confere fluidez à membrana, permitindo
uma movimentação nesse plano da
membrana.
Fig. 1- Representação de um fosfolipídio
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Processos de troca nas células
Observe na Figura 2, representada
abaixo a disposição dos fosfolipídios
formando a bicamada representada na
figura abaixo:
da célula contra agentes externos,
constituindo uma barreira contra agentes
físicos e químicos, sendo essa proteção
maior da parede celular; confere a
capacidade de reconhecimento celular,
celular
como no exemplo do glicocálix, onde
células diferentes têm glicocálix de
composições diferentes.
III. Processos de troca nas células
Fig. 2 – Bicamada lipídica
Esse revestimento fluido delimita
seus componentes químicos, ‘separandoos’ do meio exterior, impedindo a
passagem de moléculas grandes ou
solúveis em água. Se ela fosse
completamente composta por lipídios,
seria impermeável à substâncias polares
(ou solúveis em água) essenciais à sua
sobrevivência,
como
carboidratos,
proteínas e aminoácidos. Porém, não é
isso que acontece, pois elas possuem
proteínas de membrana que formam
‘passagens’ para estas substâncias,
havendo, contudo, uma seleção do que
pode ou não passar (a permeabilidade é
seletiva).
Essa característica foi tão
seletiva
vantajosa para as células, que ela está
presente em todos os tipos de células.
Só para lembrar:
Existem alguns envoltórios externos à
membrana plasmática também, que
alguns seres vivos possuem, como por
exemplo o glicocálix que está presente
nas células animais e a parede celular,
celular
presente em alguns protistas, plantas,
fungos e em bactérias e cianobactérias.
As vantagens, no entanto, são quase
sempre as mesmas; aumentar a proteção
Como
mencionado
anteriormente, há um certo controle
sobre as substâncias que entram e saem,
sendo esta característica da membrana
conhecida com semipermeabilidade ou
permeabilidade seletiva. Essa membrana
permite a passagem de água e pequenas
moléculas, como o oxigênio, por
exemplo e dificulta ou até impede a
passagem de moléculas maiores.
Esses processos de troca podem
ser:
Passivos: Ocorrem naturalmente,
sem utilizar energia para o processo.
Podem ocorrer por: Difusão, difusão
facilitada e osmose.
Ativos: Ocorrem com gasto de
energia, sendo principalmente realizados
por enzimas ATPases como a
importante Bomba de Sódio e Potássio.
Existem ainda dois processos em que,
não somente moléculas específicas são
utilizadas, mas até mesmo a própria
membrana entra nesse processo para
transportar a substância para dentro ou
fora da célula, que são os processos de
Endocitose e Exocitose.
III.1 – Difusão
Processo passivo, portanto sem
gasto de energia, onde as moléculas
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atravessam livremente por difusão a
bicamada, pois possuem afinidade com
ela. É a movimentação de moléculas do
ponto onde elas estão mais concentradas
para o local de menor concentração, no
sentido de igualar a concentração.
i i
ATP – Nucleotídeo (3 radicais fosfato+pentose
(açúcar)+base nitrogenada, no caso Adenina)
Adenina Trifosfato ou Adenosina Trifosfato, que
ao ser hidrolisado libera grande quantidade de
energia para ser utilizada para processos ativos
dentro da célula.
III.2 – Difusão Facilitada
Acontece
com
algumas
substâncias impedidas de atravessarem
por difusão simples, por alguns motivos
como por exemplo serem um pouco
maiores ou não possuírem afinidade
com os fosfolipídios na bicamada. Sendo
assim, essas moléculas têm seu
transporte ‘facilitado’ por proteínas
específicas presentes na membrana, as
chamadas permeases,
permeases também chamadas
proteínas de transporte. Quando esse
transporte acontece no sentido de igualar
a concentração com o meio, ou seja,
quando
a
movimentação
dessas
moléculas se faz do meio hipertônico
(maior concentração de soluto) para o
meio hipotônico (menor concentração),
essa difusão é realizada sem a
necessidade de utilizar energia, pois está
acontecendo a favor de seu gradiente de
concentração.
Quando essas proteínas de
transporte, as permeases, carregam o
soluto do meio hipotônico para o meio
hipertônico, ou seja, contra o gradiente
de concentração, torna-se necessário
utilizar a energia que a célula ‘estocou’
como molécula de ATPi. Assim falamos
de um processo ativo mais conhecido
como Bomba de Sódio e Potássio, que
falaremos mais adiante.
Fig. 3 Exemplo de permease da difusão facilitada
Repare na figura 3, um exemplo de
permease na difusão facilitada, na qual
ela transporta o soluto da região mais
concentrada para a menos concentrada,
portanto não utiliza energia para o
transporte.
III. 3 – Osmose
Através da bicamada lipídica só
passam pequenas moléculas e moléculas
que possuem certa afinidade com
lipídios. Porém a água é uma molécula
polar, não possuindo afinidade com
lipídios, como então ela consegue
passar? Acredita-se que isto aconteça por
elas serem suficientemente pequenas e
que sua energia cinética seja grande o
bastante para que elas possam atravessar
de modo tão rápido que a parte
hidrofóbica da membrana não consiga
impedí-las.
O fenômeno da osmose ocorre
porque a membrana semipermeável
permite a passagem livre de moléculas
pequenas como a água, outros solventes
e alguns sais minerais de tamanho
reduzido. Por esse motivo, quando as
células são submetidas a um meio
hipotônico (menor concentração de
soluto) ou de menor pressão osmótica,
elas incham, pois tendem a dissolver o
soluto que está em grande quantidade;
ou quando em solução hipertônica (de
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maior pressão osmótica), elas murcham,
pois perdem água para o meio. Sendo
assim, o solvente está em constante
movimento no sentido de igualar as
concentrações. Observe bem que na
osmose quem se move é o solvente do
meio ‘mais concentrado de solvente’
(portanto o meio hipotônico em termos
de soluto) para o meio ‘menos
concentrado de solvente” (ou meio
hipertônico).
concentração para 0,6%, ficando esse
meio hipotônico então. Isso provocou o
aumento no volume dessa célula devido
a quantidade de água que nela entrou.
Ainda assim, se houver uma maior
redução, ou seja se diminuir ainda mais
a concentração, como por exemplo à
0,4%, ocorre a conhecida lise celular; a
célula se rompe devido a entrada
excessiva de água devido a um meio
muito hipotônico.
Observe o que acontece com a
hemácia quando submetida a diferentes
concentrações:
A osmose também ocorre em
células vegetais do mesmo jeito, sendo
uma diferença crucial a de que essa
célula não se rompe devido a sua parede
celular rígida, resistindo a pressão da
água. Quando submetida a um meio
hipertônico a célula vegetal perde água,
ficando murcha. Se a concentração do
meio externo continuar maior que o
meio interno, ela continuará a perder
água, o que pode provocar a separação
da membrana plasmática da parede
celular, dizemos que ocorreu plasmólise,
plasmólise
ou a célula está plasmolisada. Esse
processo é reversível, o que quer dizer
que se colocarmos a célula plasmolisada
em um meio de pequena concentração
ou isotônico, ela volta a ficar normal ou
túrgida. O processo inverso é conhecido
como deplasmólise.
deplasmólise
Fig. 4 Hemácia
concentrações.
submetida
a
diferentes
No primeiro instante da figura 4,
acima, a hemácia foi submetida a um
meio
isotônico,
ou
seja,
de
concentrações iguais (o meio celular
interno tinha a mesma concentração que
o meio externo ao qual a célula foi
submetida). Assim, a mesma quantidade
de água que entra é a mesma quantidade
que sai da hemácia e ela continua seu
formato normal.
No segundo instante houve um
aumento da concentração no meio
externo (o meio externo ficou
hipertônico), o que provocou a perda de
água pela célula que murchou,
fenômeno chamado de crenação.
crenação
Já no último instante da mesma
figura, houve uma diminuição do meio
externo, por exemplo, se no meio
isotônico (concentrações iguais) a
concentração de cloreto de sódio (NaCl)
na água era de 0,9%, diminuiu-se essa
Fig. 5 – Imagem
plasmolisadas.
de
células
vegetais
Observe a figura 5, que mostra
células vegetais plasmolisadas, ou seja,
teve sua membrana separada da parede
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celular devido a quantidade de água que
perdeu para o meio.
III. 4 – Transporte ativo: Bomba de
sódio e potássio
Como podemos observar, a
entrada excessiva de água por osmose
pode levar algumas células à morte. Nas
espécies que vivem no mar, as
concentrações
do
meio
externo
costumam ser semelhantes às do meio
interno, não havendo muita diferença,
portanto não têm muitos problemas
osmóticos. Já os organismos de água
doce, a concentração do meio interno é
maior que a do meio externo. Nesse
caso, a água entra na célula por osmose
no
sentido
de
igualar
essas
concentrações. Se a célula não obtiver de
algum meio, alguma forma de remover
esse excesso a sua conseqüência é o
rompimento da membrana que a leva à
morte celular. Entretanto isso não
ocorre, pois eles apresentam um
mecanismo de ‘bombeamento’ dessa
água para fora da célula. As estruturas
que realizam esse ‘bombeamento’ são os
vacúolos contráteis ou pulsáteis. Esses
vacúolos são como bolsas, que recolhem
do interior da célula a água que entrou
em excesso, e ficando cheios, contraemse expulsando a água para o meio
externo através de orifícios. Processo de
bombeamento este que requer energia,
pois também se realiza contra seu
gradiente de concentração (Bombeia
água para onde já há bastante água).
Exemplos de organismos que possuem
esse vacúolo contrátil são o Paramecium,
um protozoário ciliado muito comum
em água doce.
Graças a energia proveniente do
metabolismo celular, os processos ativos
podem
ocorrer.
Como
já
foi
mencionado anteriormente, os processos
ativos requerem energia para que
aconteçam, pois a movimentação de
soluto vai contra seu gradiente de
concentração, ou seja, da solução menos
concentrada para a de maior
concentração.
Vale ressaltar que o vacúolo de
uma célula vegetal é bastante diferente
do vacúolo pulsátil de um protozoário.
Na célula vegetal a água entra e sai por
osmose, e no protozoário elas apenas
entram por osmose mas saem por um
processo ativo. A semelhança está na
função de reter a água que entra.
Como um exemplo muito usado
de bomba de sódio e potássio temos as
presentes nas células nervosas. Ao
medirmos as concentrações de dois íons
nos neurônios, verificamos uma maior
concentração de sódio (Na+) no meio
exterior, quando comparado com o
meio intracelular, e o inverso para o íon
potássio (K+).
Fig. 6 – Esquema da bomba de Na+ e K+
Conforme
o
esquema
representado acima, os íons sódio
entram na célula por difusão facilitada e
os íons potássio saem também por
difusão facilitada, processo espontâneo,
sendo assim passivo, sem gasto de
energia. Se somente houvesse o processo
passivo nessa célula, as concentrações
tenderiam sempre a se igualar, mas não
é isso o que se observa nas células
nervosas. O que permite a diferença na
concentração dos dois íons é a existência
de uma proteína presente na membrana
plasmática que bombeia íons contra seus
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respectivos gradientes de concentração,
mecanismo chamado bomba de sódio e
potássio (ou Na+/K+ATPase). Nessa
proteína existe um canal interno, onde
existem diferentes sítios de ligação
específicos para os íons sódio e outros
para o potássio. Assim, a ligação de 3
íons de Na+ no sítio da proteína, e o
fornecimento de energia, muda a
conformação da proteína, fazendo-a
lançar os três íons sódio para fora da
célula. A ligação dos 2 íons K+ do meio
exterior induz o retorno da proteína à
sua conformação inicial, lançando assim
o potássio para o meio intracelular.
Portanto para cada 3 Na que saem, são 2
K que entram, isso permite que essas
membranas, quando em repouso,
apresentem carga negativa na parte
interna e positiva na parte externa dela.
Os íons potássio são necessários
em maiores concentrações no meio
intracelular, pois são utilizados na síntese
de proteínas e em algumas etapas da
respiração celular. Porém a alta
concentrações de íons dentro da célula
pode acarretar problemas osmóticos,
tornando-se uma célula hipertônica.
Entretanto o bombeamento de Na+ para
fora serve para compensar a necessidade
de uma maior concentração de K+ no
meio interno, solucionando dessa forma,
um problema osmótico.
exterior as substâncias de dentro da
vesícula, tornando-se esta última parte da
membrana novamente. Estes processos
de transporte requerem o uso de
energia.
A endocitose pode ocorrer de 2
formas:
1) Fagocitose: processo de ingestão
de partículas grandes. A célula
emite um prolongamento da
membrana (o qual chamamos de
‘pseudópodes’=
falsos
pés)
englobando o material a ser
ingerido. Uma vez dentro da
célula, envolvido numa vesícula,
passa a ser chamado fagossomo.
fagossomo
2) Pinocitose: diferentemente da
fagocitose que é realizada apenas
por
algumas
células
especializadas,
a
pinocitose
ocorre em quase todos os tipos
de células e envolve partículas de
menor tamanho, micromoléculas
dissolvidas em água. Ocorre a
invaginação da membrana, que
engloba o material a ser ingerido.
Uma vez no interior da célula,
envolvido pela membrana a
vesícula passa a ser chamada
pinossomo.
Existem
ainda
mais
dois
processos de transporte de substâncias
nas células: a Endocitose e a Exocitose.
III.5 – Endocitose
Existem partículas que por serem
maiores não conseguem atravessar a
membrana, mas podem ser incorporadas
à elas através de um fenômeno chamado
endocitose, sendo levadas dentro de
vesículas
formadas
pela
própria
membrana para o meio interior. Ou, o
contrário, chamado Exocitose, processo
no qual são eliminadas para o meio
Fig. 7 – Fonte: Sônia Lopes; BIO. Esquema
mostra as diferenças entre fagocitose (esq.) e
pinocitose (dir.)
III.6 – Exocitose
A exocitose é a eliminação de
materiais de dentro para fora das células.
Tais materiais a serem eliminados ficam
no interior de vesículas cuja membrana
que envolve o material é formado pela
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própria membrana. Sendo assim, essas
vesículas fundem-se com a membrana
plasmática da célula eliminando seu
conteúdo para o meio extracelular. Este
é um processo hiper importante em
células de função secretora, como as
células do pâncreas, que secretam os
hormônios insulina e glucagon e outras
células do corpo.
Pelo mesmo processo de
exocitose, são também eliminados
resíduos do material ingerido por
endocitose (fagocitose e/ou pinocitose).
Esse tipo de exocitose ganha um nome
particular: clasmocitose.
clasmocitose
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BIBLIOGRAFIA E IMAGENS:
BRUCE, Alberts et al. Biologia molecular da
célula. 3. ed. Porto Alegre: Artes Médicas, 1997.
LOPES, Sônia. Bio. 5. ed. São Paulo: Editora
Saraiva, 1999.
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