Como os ÍONS são transportados através da membrana?

E aí pessoal, tudo bem com vocês?

Neste vídeo, eu vou tentar explicar como os íons são transportados através da membrana celular, pois esse conteúdo é fundamental para entender o potencial de membrana que eu irie abordar em um outro vídeo.

Bom, então pra entender como os íons podem se mover para dentro ou para fora das células, vocês precisam se lembrar que a membrana celular é formada basicamente por uma bicamada de fosfolipídios que funciona como uma barreira seletiva.

Devido à natureza hidrofóbica dessa bicamada lipídica, moléculas apolares ou hidrofóbicas podem atravessar a membrana, mas moléculas hidrofílicas ou polares, geralmente não atravessam, são barradas.

Moléculas hidrofílicas pequenas e eletricamente neutras, isto é, que não tem cargas elétricas sobrando ou despareadas, como a água, até conseguem atravessar a bicamada lipídica. Porém, moléculas hidrofílicas pequenas, mas carregada eletricamente, isto é, com cargas elétricas sobrando ou despareadas, como os íons, não podem atravessar a bicamada lipídica.

Nesse momento, precisamos lembrar que embora os íons sejam barrados pela bicamada lipídica, nessa bicamada há várias proteínas que podem transportar os íons através da membrana celular.

Podemos destacar dois tipos de proteínas que transportam os íons através da membrana:

1. Proteínas canais e

2. Proteínas carreadoras

Se você quiser fazer uma boa revisão sobre proteínas canais e carreadoras, eu sugiro vocês clicarem no card aqui em cima (ou aqui). Mas, se vocês lembram o que são e como funcionam essas proteínas canais e carreadoras, vamos falar de forma mais específica sobre as que atuam no transporte dos íons.

Dentre as proteínas canais, as que transportam íons são chamadas de canais iônicos. Essas proteínas canais formam como se fossem poros na membrana, ou melhor, formam canais cujo interior é hidrofílico, permitindo assim a passagem de pequenas moléculas hidrofílicas como os íons.

Mas lembrem-se que esses canais não são poros aleatórios por onde pode passar qualquer íon. A estrutura e a composição de aminoácidos no interior do canal podem variar, formando o que a gente chama de filtro de seletividade.

"Mas o que seria esse filtro de seletividade?"

Vamos pegar por exemplo, um canal de cátions. Esse canal é seletivo para íons com carga positiva, e isso acontece devido à presença de aminoácidos com cargas negativas no interior do canal. Dessa forma, os cátions são atraídos, enquanto os ânions são repelidos e não podem passar pelo poro do canal. Dizemos então que há um filtro de seletividade nesse canal que permite apenas a passagens de cátions.

O filtro de seletividade também pode selecionar as moléculas pelo tamanho, isto é, moléculas maiores que o poro do canal, não podem ser passar.

Além do filtro de seletividade, que torna os canais específicos pra determinados íons, os canais iônicos podem ser classificados como: canais abertos ou com portão.

Os canais abertos, adivinhem? Ficam sempre abertos permitindo a passagem de determinados íons. Por isso são também chamados de canais de vazamento. Já os canais com portão, uma parte da sua estrutura funciona como se fosse um “portão” que controla a passagem de determinados íons. Em um momento os portões podem estar abertos, em outro, podem estar fechados.

Mas a pergunta é: "O que controla a abertura e o fechamento desses portões?"

Alguns canais podem ser controlados por estímulos de natureza química, isto é, através da ligação de uma molécula em sua estrutura; outros podem ser controlados por estímulos físicos como eletricidade, pressão e até mesmo temperatura.

Por exemplo, os canais com portão controlados por ligantes, permanecem fechados até que uma determinada molécula, se liga em uma região especifica do canal. Isso faz com que o canal mude de conformação, isto é, altere a sua forma, abrindo o “portão”, permitindo assim a passagem dos íons.

Outros canais com portões podem ser controlados por alterações na voltagem da membrana, ou seja, quando ocorre uma mudança nas cargas elétricas presentes na superfície externa e interna da membrana, alguns canais podem mudar a sua conformação e abrir o seu portão, permitindo assim a passagem de determinados íons. Esse último tipo de canal é muito importante para gerar o potencial de ação que será explicado em outro vídeo.

Agora uma informação importante. Independente se o canal é de vazamento ou com portão, pra que haja um movimento de íons através desses canais, os íons precisam ser “empurrados” por alguma força.

A primeira força, é a força elétrica. Normalmente, há mais cargas elétricas positivas no lado externo e mais cargas negativas no lado interno da membrana celular. Dessa forma, se um canal pra um determinado cátion se abrir, é intuitivo pensar que este cátion irá se mover em direção ao lado carregado negativamente. Mas se um canal para um determinado ânion se abrir, a força elétrica age no sentido oposto.

Mas atenção pessoal. É preciso tomar cuidado, pois existe uma outra força que muitas vezes pode superar a força elétrica e mover, por exemplo, alguns cátions, pro lado positivo e não pro lado negativo da membrana. Essa força que eu estou falando é a força química, também chamada de força de difusão. Pra entender essa força, é preciso relembrar o que é difusão.

Difusão, pra quem não lembra, ocorre quando eu tenho uma diferença de concentração de uma determinada molécula ou substância. Pra revisar esse tipo de transporte passivo (que não gasta energia), vamos ignorar as cargas elétricas que ficam dispostas na superfície externa e interna da membrana.

Se de um lado da membrana eu tenho uma maior concentração desse íon, se tiver um canal aberto pra eles na membrana, ele tende a ir pro outro lado que está menos concentrado, até que a sua concentração se iguale nos dois compartimentos. Isso é difusão, um movimento que ocorre devido a diferença de concentração.

Agora vamos que vimos as duas forças que podem direcionar o movimento de íons através dos canais iônicos, vamos considerar essas duas forças agindo sobre os dois cátions mais abundantes no organismo: sódio (Na+) e potássio (K+).

A gente sabe no lado extracelular da membrana geralmente há cargas positivas e lado intracelular da membrana há cargas negativas.

Agora, prestem atenção na concentração de sódio e potássio dentro e fora da célula. A concentração de sódio é muito maior fora da célula e a de potássio ao contrário, é muito maior dentro da célula.

Se a gente pensar no sódio é fácil. Pela força elétrica ele já tende a entrar na célula, e pela força de difusão também. Portanto, não há dúvidas de que se tiver um canal aberto pro sódio, ele entra na célula. Mas se a gente pensar no potássio, a coisa fica mais complicada. Pela força elétrica ele tende a entrar, mas pela força de difusão ele tende a sair. E agora?

Agora, é um cabo de guerra, se a força elétrica for maior do que a força de difusão, o potássio entra, mas se for o contrário, o potássio sai. Em um outro vídeo eu mostro pra vocês que quem vence esse cabo de guerra é a força de difusão, mandando o potássio pra fora sempre que houver um canal aberto pra este íon.

Neste momento o importante é saber porque as concentrações de sódio e potássio são tão diferentes dentro e fora da célula.

Pra entender essa diferença a gente precisa falar sobre o segundo tipo de proteínas presente nas membranas celulares, que transportam íons, as proteínas carreadoras.

As principais proteínas carreadoras que transportam íons, são chamadas de bombas iônica. Diferente dos canais, as bombas iônicas não formam um poro através das membranas.

Pra explicar o funcionamento de uma bomba, nada melhor do que usar como exemplo, a principal bomba iônica presente em todas as células do organismo, a famosa bomba de Na+/K+, também chamada de Na+/K+ ATPase.

"Mas porque ATPase?"

Lembrem-se que o que termina em ase, geralmente são enzimas que hidrolisam (quebram) alguma coisa, e no caso dessa enzima hidroliza o ATP, fornecendo energia pra essa proteína fazer alguma coisa na célula.

E adivinhem pra que que essa energia é usada? Pra transportar três íons sódio pra fora da célula e dois íons potássio pra dentro da célula. Ou seja, é um transporte na direção contrária a força de difusão. Por isso a gente diz que esse tipo de transporte é um transporte ativo, pois gasta energia de um ATP, pra mover íons sódio e potássio contra a força de difusão, contra o gradiente de concentração. O resultado disso, são as altas concentrações de sódio fora da célula e altas concentrações de potássio dentro da célula.

Vale lembrar que existem muitas outras bombas na membrana as células, como por exemplo, as bombas de íons cálcio, que hidrolisam um ATP pra bombear o cálcio para fora das células onde ele fica bastante concentrado, quando comparado com a concentração no interior das células.

Para finalizar, vocês precisam saber que há outras proteínas carreadoras que não são bombas iônicas, ou seja, que não gastam energia pra transportar determinados íons através da membrana. Não gastam energia pois utilizam as forças elétricas e/ou forças de difusão dos próprios íons.

Então resumindo tudo que a gente viu neste vídeo, lembrem-se que:

• A bicamada lipídica que formam a membrana celular funciona como uma barreira seletiva.

• Embora os íons não atravessam a bicamada lipídica, há proteínas canais e carreadoras que realizam o transporte dessas moléculas através da membrana celular.

• Os canais iônicos apresentam filtro de seletividade e podem ser canais abertos ou com portão.

• Os canais com portão podem ser controlados por diferentes tipos de estímulos.

• Dentre as proteínas carreadoras que transportam íons através da membrana, destacamos as bombas iônicas, que gastam energia pra transportar os íons contra o seu gradiente de concentração.

• O exemplo clássico de bombas iônicas é a bomba de sódio e potássio que transporta 3 sódios pra fora e 2 potássios pra dentro da célula, mantendo altas concentrações de sódio no exterior e altas concentrações de potássio no interior das células.

Bom, se vocês ficaram com alguma dúvida podem deixar aí nos comentários que a gente tenta responder, beleza?

A gente se vê num próximo vídeo. Abraço!

Sobre a autora

Mirian Ayumi Kurauti é apaixonada pela fisiologia, com uma trajetória acadêmica admirável. Ela se formou em Biomedicina pela Universidade Estadual de Londrina (UEL), fez mestrado e doutorado em Biologia Funcional e Molecular com ênfase em Fisiologia pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), e ainda atuou como pesquisadora de pós-doutorado na mesma instituição. Além disso, já lecionou fisiologia humana na Universidade Estadual de Maringá (UEM) e biologia celular na UEL. Atualmente, é professora de fisiologia humana na Pontifícia Universidade Católica do Paraná (PUCPR) e a mente criativa por trás do MK Fisiologia.

Apaixonada pela docência, Mirian adora dar aulas de fisiologia, mas de um jeito mais descontraído e se diverte muito ensinando fisiologia. Ela está sempre buscando aprender algo novo não só sobre fisiologia, mas sobre qualquer coisa sobre a vida, o universo e tudo mais. Por isso, é uma consumidora compulsiva de conteúdos de divulgadores científicos. Nas horas vagas, você pode encontrá-la na piscina, treinando e participando de competições de natação. Para Mirian, a vida só tem graça, se ela tiver desafios a serem superados. Hoje, o seu maior desafio é ajudar o maior número de estudantes a entender de verdade a fisiologia humana.