Questão 3 Unicamp 2022 - 2ª fase - dia 2 - Elite Colégio e Pré-Vestibular

Questão 3

Gráficos de retas (G.A.) Transporte através da membrana

As células contêm várias estruturas que sintetizam moléculas utilizadas em locais distantes de onde elas foram formadas. Por exemplo, a molécula de adenosina trifosfato (ATP) é sintetizada num local específico da célula e usada em diferentes locais. O mecanismo de transporte molecular mais básico no mundo celular é a difusão, que resulta das colisões da molécula sintetizada com as moléculas que compõem o meio. No movimento de difusão, o deslocamento médio, L, da molécula sintetizada está relacionado com o tempo, t, da seguinte forma:

$L^{2} = 6 D t$

onde D é a constante de difusão da molécula sintetizada num determinado meio.

a) A relação entre o tempo e o deslocamento quadrático médio, $L^{2}$ , é apresentada, para uma molécula de ATP, no gráfico acima. Estime a constante de difusão da molécula.

b) A membrana plasmática, composta por uma bicamada de fosfolipídios, representa uma barreira à difusão, em especial quando tratamos moléculas para as quais a membrana apresenta baixa permeabilidade. Como você explica a difusão dessas moléculas para o interior das células? O que é necessário para o movimento de moléculas contra um gradiente de concentração?

Resolução

a) Para encontrarmos o valor da constante de difusão D basta escolhermos um ponto (par ordenado) de dados na reta que representa o modelo. O ponto escolhido foi na extrema direita da reta, por ser mais fácil identificar os valores ( $L^{2} = 0, 40 {μm}^{2}$ e $t = 1, 0 s$ ).

Substituindo os valores na relação dada no enunciado, temos:

$L^{2} = 6 \cdot D \cdot t \Rightarrow$

$0, 4 = 6 \cdot D \cdot 1 \Rightarrow$

$D \approx 0, 067 {μm}^{2} / s .$

b) A membrana plasmática é constituída por uma bicamada lipídica, de modo que o seu interior é formado pelas caudas apolares dos fosfolipídios (moléculas anfifílicas), que tornam essa estrutura impermeável a moléculas grandes, polares e que possuam carga.

Assim sendo, para que essas moléculas, bem como íons (Na⁺, K⁺, Cl^-, Ca²⁺, PO₄^3-), sejam capazes de atravessar a membrana plasmática, ela deve possuir proteínas específicas que realizam o transporte de substâncias entre os meios extracelular e intracelular. Existem duas classes de proteínas que transportam substâncias através da membrana: proteínas canais; e proteínas transportadoras (também chamadas de permeases ou proteínas carreadoras).

As proteínas canais (Figura 1) formam poros na membrana, por meio dos quais moléculas ou íons específicos se difundem a favor do gradiente de concentração, ou seja, do meio mais concentrado para o meio menos concentrado (transporte passivo). Já as proteínas transportadoras (Figura 2) se ligam a solutos específicos, o que altera a sua forma tridimensional, resultando na translocação dessas substâncias entre os meios extracelular e intracelular. A maioria das permeases também transporta os solutos de forma passiva, ou seja, a favor do gradiente de concentração. Desse modo, em ambos os casos, o transporte de substâncias é chamado de difusão facilitada, uma vez que esse transporte é realizado com o auxílio de proteínas específicas.

Figura 1: Difusão facilitada por meio de proteína canal.

Figura 2: Difusão facilitada por meio de proteína transportadora.

Para que íons ou moléculas sejam transportados contra o seu gradiente de concentração, é necessário gasto de energia da célula sob a forma de ATP (adenosina trifosfato), uma vez que a entropia do sistema diminui por meio do aumento de concentração do soluto em um dos meios. Existem proteínas transportadoras especiais, chamadas de bombas ou ATPases (Figura 3), que são capazes de hidrolisar a molécula de ATP e usar a energia liberada para realizar o transporte ativo de solutos. Exemplos bem conhecidos de tais permeases são a bomba de sódio e potássio (transporta três íons sódio para fora da célula para cada dois íons potássio transportados para o interior da célula) e a bomba de prótons (transporta íons H+ para o interior dos lisossomos, por exemplo).

Figura 3: transporte ativo de soluto (contra o gradiente de concentração).