MEMBRANAS SEMIPERMEÁVEIS: CARACTERÍSTICAS, TRANSPORTE, FUNÇÕES - BIOLOGIA - 2025

As membranas semipermeáveis, também denominadas "seletivamente permeáveis", são membranas que permitem a passagem de algumas substâncias, mas impedem a passagem de outras através delas. Essas membranas podem ser naturais ou sintéticas.

As membranas naturais são as membranas de todas as células vivas, enquanto as membranas sintéticas, que podem ser de origem natural (celulose) ou não, são aquelas que são sintetizadas para diferentes usos.

Representação esquemática de uma membrana semipermeável (Fonte: Adam Rędzikowski via Wikimedia Commons)

Um exemplo da utilidade de membranas semipermeáveis ​​artificiais ou sintéticas são aquelas usadas em máquinas de diálise renal, ou aquelas usadas para filtrar misturas na indústria ou em diferentes processos químicos.

A passagem de substâncias através de uma membrana semipermeável ocorre por vários mecanismos. Nas membranas celulares e sintéticas, isso pode ocorrer por difusão através de poros de diferentes diâmetros, que "selecionam" por tamanho as substâncias que atravessam a membrana. Também pode acontecer que as substâncias entrem por difusão dissolvendo-se na membrana.

Em células vivas, a passagem de substâncias pelas membranas pode ocorrer por meio de transportadores que atuam a favor ou contra os gradientes de concentração das substâncias. Um gradiente, neste caso, é a diferença de concentração de uma substância em ambos os lados de uma membrana.

Todas as células da Terra possuem membranas que protegem e separam seus componentes internos do ambiente externo. Sem membranas não há células e sem células não há vida.

Uma vez que essas membranas são o exemplo mais comum de membranas semipermeáveis, ênfase especial será dada a elas a seguir.

Caracteristicas

Os primeiros estudos para elucidar os componentes das membranas biológicas foram feitos com glóbulos vermelhos. Nestes estudos, foi demonstrada a presença de uma dupla camada formando as membranas e, em seguida, descobriu-se que os componentes dessas camadas eram lipídios e proteínas.

Todas as membranas biológicas são constituídas por uma matriz dupla lipídica que possui diferentes tipos de proteínas “embutidas”.

A matriz lipídica das membranas celulares é composta por ácidos graxos saturados e insaturados; o último dá à membrana uma certa fluidez.

Os lipídios estão dispostos de forma a formarem uma bicamada em que cada lipídio, que tem uma cabeça hidrofílica (que tem afinidade pela água) e uma ou duas caudas hidrofóbicas (fobia de água, repele a água), tem uma cauda de hidrocarboneto. frente a frente no centro da estrutura.

Os fosfolipídios são os lipídios mais abundantes que compõem as membranas biológicas. Estes incluem fosfatidilcolina, fosfatidilinositol, fosfatidiletanolamina e fosfatidilserina.

Exemplo de membrana biológica semipermeável (Fonte: LadyofHats via Wikimedia Commons)

Entre os lipídios de membrana também estão o colesterol e os glicolipídios, todos com propriedades anfipáticas.

As proteínas das membranas semipermeáveis ​​são de vários tipos (algumas delas podem ter atividade enzimática):

(1) aqueles que formam canais iônicos ou poros

(2) proteínas transportadoras

(3) proteínas que ligam uma região celular a outra e permitem que os tecidos se formem

(4) proteínas receptoras que se ligam a cascatas intracelulares e

Transporte

Em uma membrana biológica semipermeável, o transporte pode ser por difusão simples, difusão facilitada, co-transporte, transporte ativo e transporte ativo secundário.

Transporte de difusão simples

Nesse tipo de transporte, a energia que move as substâncias através da membrana é a diferença de concentração que existe para essas substâncias em ambos os lados da membrana.

Assim, as substâncias passam num sentido mais → menos, ou seja, do local onde estão mais concentradas para o local onde estão menos concentradas.

A difusão pode ocorrer porque a substância é diluída na membrana ou passa por poros ou canais. Os poros ou canais são de dois tipos: os que estão sempre abertos e os que abrem e fecham, ou seja, estão temporariamente abertos.

Os poros que são transitoriamente abertos, por sua vez, podem ser (1) dependentes de voltagem, ou seja, eles se abrem em resposta a uma determinada voltagem e (2) dependentes de ligante, que devem se ligar a algum produto químico específico para abrir.

Transporte por difusão facilitada

Nesse caso, um transportador movimenta a substância a ser transportada de um lado a outro da membrana. Esses transportadores são proteínas de membrana que podem estar permanentemente na membrana ou em vesículas que se fundem a ela quando necessário.

Esses transportadores também atuam a favor dos gradientes de concentração das substâncias que transportam.

Esses tipos de transporte não requerem consumo de energia e, portanto, são chamados de transportes passivos, uma vez que ocorrem a favor de um gradiente de concentração.

Co-transporte

Outro tipo de transporte passivo através de membranas semipermeáveis ​​é denominado cotransporte. Nesse caso, o gradiente de concentração de uma substância é utilizado para o transporte concomitante de outra contra seu gradiente.

Este tipo de transporte pode ser de duas formas: symport, onde as duas substâncias são transportadas na mesma direção, e antiesport, em que uma substância é transportada em uma direção e a outra na direção oposta.

Transporte ativo de membrana

Estes requerem energia e aqueles que são conhecidos usam ATP, por isso são chamados de ATPases. Esses transportadores com atividade enzimática hidrolisam ATP para obter a energia necessária para o movimento das substâncias contra seu gradiente de concentração.

Três tipos de ATPases são conhecidos:

As bombas de Na + / K + e as bombas de cálcio (ATPases de cálcio). Estes têm uma estrutura formada por uma subunidade α e uma subunidade ß embutida na membrana.

ATPases V e ATPases F, que têm uma forma característica do caule composta de várias subunidades e uma cabeça que gira em torno das subunidades do caule.

As ATPases V servem para bombear íons hidrogênio contra um gradiente de concentração, no estômago e nos lisossomos, por exemplo. Em algumas vesículas, como as dopaminérgicas, existem bombas de hidrogênio desse tipo que bombeiam H + para as vesículas.

As F ATPases aproveitam o gradiente H + para percorrer sua estrutura e tomar ADP e P e formar ATP, ou seja, ao invés de hidrolisar ATP, elas o sintetizam. Eles são encontrados nas membranas das mitocôndrias.

Transporte ativo secundário

É esse transporte que, aproveitando o gradiente eletroquímico gerado por uma ATPase, arrasta outra substância contra o gradiente. Ou seja, o transporte da segunda substância contra seu gradiente de concentração não está diretamente acoplado ao uso do ATP pela molécula transportadora.

Recursos

Nas células vivas, a presença de membranas semipermeáveis ​​permite manter concentrações de substâncias completamente diferentes das das mesmas substâncias no ambiente extracelular.

No entanto, apesar dessas diferenças de concentração e da existência de canais ou poros abertos para certas substâncias, essas moléculas não escapam ou entram, a menos que certas condições sejam necessárias ou alteradas.

A razão desse fenômeno é que há um equilíbrio eletroquímico que faz com que as diferenças de concentração nas membranas sejam compensadas pelo gradiente elétrico gerado pelos íons difusíveis e isso ocorre porque algumas substâncias não conseguem sair para o interior das células..

Referências

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Essential Cell Biology. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2008). Molecular Biology of The Cell (5ª ed.). Nova York: Garland Science, Taylor & Francis Group.
3. Berne, R. e Levy, M. (1990). Fisiologia. Mosby; Edição internacional de edição.
4. Fox, SI (2006). Human Physiology (9ª ed.). Nova York, EUA: McGraw-Hill Press.
5. Luckey, M. (2008). Biologia estrutural da membrana: com fundamentos bioquímicos e biofísicos. Cambridge University Press.