Células e Transporte Celular

As células são as unidades estruturais e funcionais dos seres vivos. Todas as células podem ser classificadas em dois grupos, com base em suas características.

Procarióticas: bactérias e arqueas. Menores e estruturalmente mais simples. Geralmente apresentam parede celular, não possuem envoltório nuclear, o material genético é arranjado em um cromossomo simples e circular e não possuem organelas revestidas por membranas.
Eucarióticas: constituem os demais seres vivos. Maiores e mais complexas. Apresentam citoesqueleto e citoplasma compartimentalizado em organelas, núcleo celular envolvido por dupla membrana e DNA em cromossomos múltiplos.

1. Células Eucarióticas

Células eucarióticas mantêm seu DNA em um compartimento separado por membrana dupla, o núcleo. Além disso, elas têm um citoesqueleto para suporte e movimento, compartimentos intracelulares especializados (organelas) e um metabolismo que depende da oxidação de moléculas orgânicas.

Possuem três partes fundamentais: membrana plasmática, citoplasma ou citosol e núcleo.

1.1. Membrana Plasmática

É uma membrana seletiva, semipermeável que consiste principalmente em moléculas de fosfolipídios, colesterol e proteínas.

Para compreensão dos processos de transporte celular vamos utilizar a seguinte imagem representativa da membrana celular.

1.2. Citoplasma ou Citosol

Em geral, o citoplasma é toda a parte da célula localizada fora do núcleo. Contém organelas, um citoesqueleto e matriz citoplasmática composta principalmente por água, íons e moléculas orgânicas. É onde ocorre a maior parte das reações químicas, como aquelas responsáveis pelo metabolismo celular.

1.3. Núcleo

É o centro de controle de todas as atividades celulares, incluindo a síntese e processamento do RNA e proteínas. Está presente apenas em células eucarióticas, podendo variar a depender do tipo de célula, mas em geral apresenta-se unitário e central. O núcleo de uma célula que não está se dividindo consiste em cromatina e nucléolo, suspensos no nucleoplasma e envoltos pela carioteca. A informação genética de um indivíduo se estrutura na forma de cromatina, um complexo de DNA e proteínas associadas, que se organiza em: (1) eucromatina – filamento de DNA não condensado e capaz de transcrever genes; ou (2) heterocromatina – DNA altamente condensado e inativo.

2. A Célula Eucariótica e Suas Organelas

Todas as células têm o mesmo conjunto básico de organelas intracelulares, que podem ser classificadas em dois grupos: membranosas ou não membranosas.

Nas imagens a seguir temos um modelo gigante de uma célula eucariótica. CLIQUE nas setas para visualizar as descrições de suas organelas e demais estruturas.

3. Tipos de Proteínas de Membrana

A membrana plasmática detém uma permeabilidade seletiva que permite que moléculas lipossolúveis e pequenas moléculas sem carga consigam atravessar sua barreira e entrar na célula por difusão simples, enquanto outras moléculas necessitam de facilitadores. Esses facilitadores são proteínas integrais de membranas, as quais estão fixadas na bicamada lipídica e são conhecidas como proteínas de transporte.

Duas classes de proteínas de transporte são encontradas na literatura:

3.1. Proteínas Carreadoras

As proteínas carreadoras transferem moléculas hidrossolúveis. São dotadas de alta seletividade, pois possuem sítios para ligações de moléculas específicas (tipo "chave-fechadura"), e podem ser classificadas de acordo com o número de solutos que transporta e a forma como esse transporte ocorre.

Quando uma determinada molécula se liga à proteína de transporte, ela sofre modificações em sua conformação espacial e transfere a molécula para o outro lado da membrana plasmática. Além disso, as proteínas carreadoras têm duas modalidades de atuação podendo utilizar energia (ATP) para realizar o transporte (p. ex. bomba para Na+/K+ ou Na+/K+ ATPase) ou não (p.ex. transportadores de sódio/glicose – SGLT1).

Uniporte: proteínas que transportam um único tipo de soluto de um lado ao outro da membrana plasmática. São exemplos desses solutos glicose, frutose, ureia e Fe³+.

Simporte ou co-transporte: consiste em um transporte acoplado - a transferência de um soluto é dependente do outro. Nesse transporte, há transferência simultânea de um segundo soluto na mesma direção do primeiro. O soluto “pega uma carona”, utilizando a energia proveniente do gradiente de concentração eletroquímico de outro soluto (geralmente um íon) para “impulsionar” sua passagem contra o gradiente. Como exemplo, nas células epiteliais renais, o Na+ induzido pelo seu forte gradiente eletroquímico tende a mover-se para o interior da célula, com isso, a glicose (nesse caso, o “carona”) ou aminoácido ou algum outro soluto é “arrastado” para o interior da célula junto ao íon.

Antiporte ou contra-transporte: também é um transporte acoplado, no entanto a transferência simultânea de um segundo soluto é na direção oposta ao primeiro. Utilizando a energia de um dos solutos (geralmente um íon) para movimentar o segundo soluto (“carona”) contra o seu gradiente de concentração, semelhante ao simporte. Um exemplo desse transporte é um dos mecanismos de regulação do pH citosólico, o qual participa o *permutador Na+/H+, que utiliza a energia armazenada no gradiente de sódio para bombear o excesso de H+ que está no interior para fora da célula, acoplando assim um influxo (entrada) de sódio à um efluxo (saída) de H+. *permutador ou trocador são outras nomenclaturas utilizadas para as proteínas contra-transportadoras.

Atenção: simporte e antiporte são classificados como transportes ativos secundários, uma vez que são baseados em carreadores dirigidos por íons e necessitam da manutenção de um gradiente de concentração prévio, gerado por transporte ativo primário (mediado por gasto de ATP).

3.2. Proteínas Canais

As proteínas canais transferem pequenas moléculas hidrossolúveis. Geralmente, são canais constituídos de proteínas transmembranas (proteína integral) que possuem domínios nas duas faces da membrana plasmática. Os canais são seletivos e são regulados de acordo com as necessidades da célula, podendo apresentar portões de inativação que os fecham e impedem o transporte pela membrana. As proteínas canais podem ser reguladas de maneiras diferentes: por potenciais de membrana (regulados por voltagem nos neurônios), por neurotransmissores (regulados por ligantes, tais como os receptores de acetilcolina nas células musculares) ou por estresse mecânico (regulados mecanicamente na orelha interna).

4. Tipos de Transportes de Membrana

4.1. Transporte Passivo

O transporte acontece sem gasto direto de energia (ATP). Ocorre quando existe um gradiente de concentração elétrico e/ou químico para determinada substância, ou seja, no caso do gradiente químico, tal substância deve estar mais concentrada em um dos lados da membrana plasmática. Cria-se então um "gradiente ou uma força" que impulsiona o transporte que ocorre a favor desse gradiente. Existem dois tipos de transporte passivo:

DIFUSÃO SIMPLES - o soluto se difunde livremente pela membrana de um meio mais concentrado para um meio menos concentrado (a favor do seu gradiente de concentração, portanto, sem gasto de energia). Para que a difusão seja efetiva a membrana precisa ser permeável ao soluto em questão.

DIFUSÃO FACILITADA - há participação de proteínas transportadoras. A substância se liga a uma proteína de membrana para ser transportada a favor de seu gradiente de concentração, portanto, sem gasto de energia. Um exemplo é o transporte de glicose por meio das proteínas GLUT).

4.2. Transporte Ativo

Nesse tipo de transporte uma proteína transportadora gasta energia (ATP) para que uma substância seja transportada contra seu gradiente de concentração. O transporte ativo pode ser dividido em primário ou secundário. No transporte ativo primário, o gasto de energia é direto, ou seja, a hidrólise do ATP acontece para que a própria proteína transportadora promova o transporte de substâncias contra seus gradientes (ex: bomba de sódio/potássio). *As proteínas carreadoras do transporte ativo primário são conhecidas por ATPases por realizarem a quebra (hidrólise) do ATP. O transporte ativo secundário (indireto) usa a energia potencial armazenada no gradiente de concentração de uma molécula para empurrar outras moléculas contra os seus gradientes de concentração (ex: cotransportador sódio/glicose). Todo transporte ativo secundário depende do transporte ativo primário, pois o gradiente de concentração que impulsiona o transporte secundário é criado a partir da energia do ATP.

4.3. Osmose

A osmose é um tipo de difusão simples em que ocorre o movimento de um solvente (água) através de uma membrana seletivamente permeável. Esse movimento se dá de uma área com menor concentração de soluto para uma área com maior concentração de soluto, com o objetivo de equilibrar as concentrações. Como os outros tipos de difusão, a osmose é um processo passivo.

A tonicidade, por sua vez, é um termo fisiológico utilizado para comparar duas soluções - geralmente o LEC e o LIC - e analisar o efeito no volume de uma célula até o equilíbrio.

Se uma célula é colocada na solução e incha, ganhando água, a solução é hipotônica para a célula; Concentração do LIC > Concentração do LEC = a água ou solvente entra na célula.
Se a célula perde água e murcha, a solução é hipertônica para a célula;

Concentração do LEC > Concentração do LIC = a água ou solvente sai da célula.

Se a célula na solução não muda de tamanho, a solução é isotônica;

Concentração do LIC = Concentração do LEC.

OBS: no equilíbrio ainda existe transporte de água ou solvente, porém, não há transporte efetivo, ou seja, a mesma quantidade de solvente que entra é a mesma quantidade que sai da célula.

4.4. Transporte Vesicular

São transportes especiais e ativos, ou seja, utilizam ATP para desencadear alterações na membrana celular que envolvem também alterações em componentes do citoesqueleto.

1. EXOCITOSE - fusão de vesículas do citoplasma com a membrana plasmática para expulsar o conteúdo da vesícula para o LEC;

2. ENDOCITOSE (PINOCITOSE DE FASE FLUIDA) - invaginações da membrana para envolver fluido celular;

3. FAGOCITOSE - há formação de pseudópodos para formação de fagossomo;

4. ENDOCITOSE MEDIADA POR RECEPTOR - há formação de compartimento endossomal desencadeado pela ligação entre uma molécula da membrana e uma molécula externa.