Que tipos de molécula podem transitar livremente através da bicamada lipídica?

Difus�o

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• Quais são os tipos de moléculas que podem atravessar através da bicamada lipídica?
• Que tipo de moléculas se movem através da bicamada lipídica da membrana plasmática por meio de difusão simples?
• Que tipo de moléculas podem atravessar facilmente as membranas biológicas?
• Quais substâncias têm livre entrada e saída da célula?

De que maneira a �gua que bebemos e os alimentos que ingerimos chegam at� as nossas c�lulas? Para responder essa pergunta � preciso entender como as subst�ncias transitam entre os compartimentos do nosso organismo. O n�vel mais b�sico de transporte de subst�ncias � difus�o e osmose, processos que ocorrem sem gasto de energia, com o soluto e/ou o solvente passando livremente atrav�s das membranas celulares.

Difus�o � o movimento aleat�rio e individual de part�culas, em uma mistura qualquer, a favor de seu gradiente de concentra��o - ou seja, da regi�o mais concentrada para a menos - e sem gasto de energia. Esse movimento, chamado de movimento browniano, faz com que as part�culas atinjam uma uniformidade de distribui��o por toda a extens�o dispon�vel, conferindo � mistura um estado de maior energia devido ao aumento da entropia. A difus�o pode acontecer em misturas s�lidas, l�quidas ou gasosas.

Figura 1. Difus�o de um corante em uma solu��o.

Nos organismos, o processo de difus�o � respons�vel pela passagem de subst�ncias atrav�s das membranas celulares, desde que a membrana seja perme�vel � subst�ncia. Nesse caso, uma subst�ncia mais concentrada no meio extracelular poder� passar por difus�o para o meio intracelular, igualando as concentra��es. Exemplo: o ar que chega aos pulm�es � rico em O2, e o sangue no interior dos alv�olos � pobre; portanto, como a membrana do alv�olo � perme�vel ao O2, ele se difunde, tornando iguais as concentra��es de O2 no sangue e no ar. O mesmo ocorre com o CO2, por�m no sentido oposto: o sangue alveolar � rico em CO2, e o ar � pobre; assim, o CO2 difunde-se para fora da corrente sangu�nea, igualando as concentra��es de CO2 do sangue e do ar. Importante: os processos de difus�o do O2 e do CO2 s�o independentes, ou seja, mesmo na aus�ncia de O2 ocorreria a difus�o de CO2 e vice-versa.

Observe a figura abaixo:

Figura 2. Modelo

Suponha que o tra�o lil�s no meio da figura seja uma membrana perme�vel, que a cor azul claro represente �gua e as esferas vermelhas representem uma subst�ncia qualquer. Nessa situa��o, � esquerda da membrana a concentra��o de esferas vermelhas � bastante superior, ou seja, h� um gradiente de concentra��o de esferas vermelhas. Como a membrana � perme�vel, poder� acontecer a difus�o.

Figura 3. Modelo de difus�o

Note que, na figura 3, a concentra��o de esferas vermelhas � igual nos dois lados da membrana. Esse estado de equil�brio � energeticamente favor�vel ao sistema, portanto o equil�brio permanecer�. Importante: um soluto est� em constante movimenta��o atrav�s da membrana (sendo ela perme�vel), sempre, independente de sua concentra��o; o que acontece � um equil�brio num�rico de part�culas: o mesmo n�mero que passa para um lado tamb�m passa paro o outro.

 Velocidade de difus�o

H� v�rios fatores que influenciam a velocidade da difus�o de um soluto atrav�s de uma membrana. Esses fatores s�o representados matematicamente pela equa��o da 1� Lei de Fick:

j: velocidade de difus�o (fluxo)
D: constante do meio
A: �rea de sec��o transversal dispon�vel
ΔC: varia��o de contra��o entre as zonas (gradiente de concentra��o)
Δx: dist�ncia entre as zonas (ou espessura da membrana)

Quanto maior a superf�cie dispon�vel e menor a espessura da membrana, maior ser� a velocidade de difus�o. Por essa raz�o, o intestino � um �timo �rg�o de absor��o, e os alv�olos possibilitam trocas gasosas muito r�pidas. Outro fator que influencia a velocidade de fluxo � o gradiente de concentra��o; quanto maior for, mais r�pido ser� o fluxo. A composi��o do meio, vari�vel para cada ambiente, tamb�m influencia no fluxo: a difus�o do O2 ocorre em velocidades diferentes no ar e na �gua, por exemplo.

 A velocidade de difus�o limita o tamanho das c�lulas

O tamanho dos organismos pode variar em at� oito ordens de magnitude. Suas c�lulas, no entanto, variam no m�ximo mil vezes (3 ordens de magnitude). Podemos encontrar na natureza c�lulas que variam em tamanho de 0,2 a 0,3 �m de di�metro (micoplasma) at� 80 a 120 m2 de di�metro (�vulo do ouri�o do mar). O que determina o volume m�ximo de uma c�lula � justamente a difus�o, que se torna limitante acima de determinado volume. A velocidade de difus�o em c�lulas maiores seria incompat�vel com a vida. O desenvolvimento de organismos pluricelulares grandes s� foi poss�vel gra�as ao desenvolvimento de �rg�os especializados em difus�o, como pulm�es, guelras, intestinos e principalmente o sistema circulat�rio de plantas e animais. Os �rg�os especializados em difus�o possuem uma grande �rea de superf�cie em rela��o ao seu volume, para que as trocas ocorram com maior efici�ncia. Os pulm�es, por exemplo, possuem uma superf�cie total de 50 a 100 m2 e, se desdobr�ssemos todas as vilosidades e microvilosidades do nosso intestino, seria poss�vel cobrir uma quadra de t�nis.

Figura 45

Em pequenos vermes, a “circula��o” de nutrientes � feita atrav�s da difus�o c�lula a c�lula dos nutrientes. Seria poss�vel o homem ser do tamanho que � sem os �rg�os especializados em difus�o? Imagine o tempo que levaria para o oxig�nio se difundir por todas as c�lulas do nosso corpo se n�o existisse o sistema circulat�rio. Nossas c�lulas sofreriam necrose e a vida seria invi�vel.

 Permeabilidade das membranas celulares

As membranas celulares s�o formadas por uma bicamada fosfolip�dica que cont�m prote�nas embebidas. O interior das membranas � hidrof�bico, ao passo que suas superf�cies de contato s�o hidrof�licas. Por essa raz�o, as membranas possuem permeabilidade seletiva. Para difundir-se livremente pela membrana um soluto deve ser preferencialmente apolar, e seu tamanho deve ser compat�vel com o espa�o dispon�vel entre as mol�culas de fosfolip�deos da membrana. Algumas mol�culas polares, como a �gua, tamb�m conseguem se difundir livremente pela membrana. A figura abaixo mostra a rela��o entre algumas subst�ncias essenciais e a permeabilidade da membrana celular.

Quais são os tipos de moléculas que podem atravessar através da bicamada lipídica?

Que tipo de moléculas se movem através da bicamada lipídica da membrana plasmática por meio de difusão simples?

Que tipo de moléculas podem atravessar facilmente as membranas biológicas?

Quais substâncias têm livre entrada e saída da célula?