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Guardiões da célula: como as proteínas de transporte determinam quais moléculas podem entrar na célula?
Na biologia celular, o transporte de membrana se refere a um grupo de mecanismos que regulam o movimento de solutos (como íons e pequenas moléculas) através das membranas biológicas. Essas membranas biológicas são compostas principalmente de bicamadas lipídicas com proteínas incorporadas nelas. A permeabilidade seletiva das membranas biológicas permite que elas separem substâncias com base em suas propriedades químicas. Em outras palavras, algumas substâncias podem entrar nas células, enquanto outras não. O movimento da maioria dos solutos é realizado através de proteínas de transporte de membrana, que têm vários graus de especialização no transporte de moléculas específicas.
Pode existir um conjunto especializado de transportadores para cada tipo de célula e sua fase fisiológica específica.
Como a diversidade das células e suas características fisiológicas estão intimamente relacionadas à capacidade de atrair elementos externos, a regulação desse fenômeno é controlada pela transcrição e tradução diferencial de genes que codificam esses transportadores, e esses processos podem ser controlados por vias de sinalização É ativado no nível bioquímico, mesmo dentro do retículo endoplasmático da célula.
Contexto
O fluxo de substâncias pode seguir gradientes de concentração ou eletroquímicos, ou fluir na direção oposta. Se a substância flui na direção do gradiente de concentração, ou seja, na direção da concentração decrescente, nenhuma entrada de energia externa é necessária; no entanto, se o transporte for na direção oposta do gradiente, será necessária uma entrada de energia metabólica.
Em soluções imiscíveis, a água fluirá espontaneamente da concentração mais baixa para a concentração mais alta do soluto para atingir o equilíbrio.
A membrana biológica é anfifílica por natureza, formando uma camada hidrofóbica interna e uma camada hidrofílica externa. Essa estrutura permite que substâncias entrem ou saiam da célula por difusão passiva. Quando a substância transportada tem carga líquida, ela é afetada não apenas pelo gradiente de concentração, mas também pelo gradiente eletroquímico causado pelo potencial de membrana. Embora apenas um pequeno número de moléculas possa se difundir através das membranas lipídicas, a maioria dos processos de transporte depende da ajuda de proteínas de transporte de membrana.
Princípios da Termodinâmica
Os processos fisiológicos devem obedecer aos princípios termodinâmicos básicos. O transporte por membrana segue leis físicas que determinam sua função biológica. Um princípio termodinâmico importante para transferência de massa através de membranas biológicas é a mudança na energia livre.
Quando C2 é menor que C1, ΔG é negativo e a reação tende a ocorrer espontaneamente.
O equilíbrio deste processo é alcançado quando C1 é igual a C2 e ΔG=0. Existem três outras situações em que uma macromolécula pode ligar-se preferencialmente a um componente ou alterar as suas propriedades químicas num lado da membrana, o que resultaria na ausência de um gradiente para conduzir o transporte, embora a concentração do soluto permaneça diferente em ambos os lados. . O potencial presente na membrana pode afetar ainda mais a distribuição de íons.
Tipos de Transporte
Difusão Passiva e Difusão AtivaA difusão passiva é um fenômeno espontâneo que aumenta a entropia de um sistema e diminui sua energia livre. A velocidade desse processo depende das características da substância transportada e das propriedades da bicamada lipídica. Em contraste, a difusão ativa é o transporte de solutos contra uma concentração ou gradiente eletroquímico, um processo que consome energia, geralmente ATP. A existência desse transporte permite que as células controlem a estabilidade de seu ambiente interno e mantenham o funcionamento normal dos processos vitais.
Proteínas de transporte ativo secundárias
Proteínas de transporte ativo secundário compartilham energia com íons e fazem isso transportando duas substâncias simultaneamente. De acordo com a direção de transporte dessas duas substâncias, as proteínas de transporte podem ser divididas em proteínas de transporte reverso e proteínas de cotransporte, que transportam uma substância na direção oposta, respectivamente.
Operação da bomba
Uma bomba é uma proteína que transporta solutos específicos por meio da hidrólise de ATP. Os gradientes eletroquímicos gerados por esse processo são essenciais para a avaliação do estado celular. Por exemplo, a bomba de sódio e potássio é uma das bombas importantes nas células. Funciona mais ou menos assim: três íons de sódio se ligam ao local de ativação da bomba e, então, o ATP é hidrolisado, fazendo com que a estrutura da bomba mude, liberando íons de sódio para fora da célula, que por sua vez se ligam aos íons de potássio e entram na célula.
Seletividade da membrana
A seletividade das membranas biológicas é uma característica importante do transporte de substâncias e esse fenômeno tem sido amplamente estudado. Para seletividade de eletrólito, o diâmetro interno do canal iônico facilitará a passagem de pequenos íons, enquanto a interação entre hidratação e carga interna da membrana é outro fator importante. Se ele pode interagir com o interior da membrana de forma apropriada também determina a eficiência do transporte de materiais.
Os não eletrólitos geralmente se difundem através da bicamada lipídica em vez de se dissolverem através dela.
Portanto, embora existam muitos mecanismos de transporte trabalhando juntos dentro da célula, a seletividade da membrana e a especificidade das proteínas de transporte são suficientes para alcançar uma adaptação celular eficaz ao ambiente. A descoberta e a classificação de proteínas de transporte fornecem uma base importante para nossa compreensão de como as células mantêm a estabilidade de seu ambiente interno por meio desses mecanismos.
Devemos explorar e descobrir mais sobre esses mecanismos de transporte intracelular para entender melhor os mistérios da vida?
