A difusão na célula é o transporte passivo de soluto a favor de seu gradiente de concentração. Em biologia, o gradiente de concentração existe através de uma membrana plasmática semipermeável, de modo que a concentração de solutos é maior em um lado da membrana do que no outro lado.
A força motriz para o movimento de solutos durante a difusão é a diferença em sua concentração através de uma membrana que forma um gradiente de concentração. Ele direciona o movimento do soluto a favor do gradiente até que o fluxo líquido de solutos através da membrana se torne igual.
O que é a difusão em uma célula?
A difusão na célula é o processo pelo qual os solutos de uma região de alta concentração se deslocam para a região de baixa concentração até que o equilíbrio seja alcançado, sem gastar energia ou ATPs nele. Os solutos se movem através da membrana plasmática por difusão simples ou por difusão facilitada, a favor do gradiente de concentração.
O que a difusão faz na célula?
A difusão permite que diferentes tipos de moléculas entrem e existam nas células através de sua membrana plasmática de acordo com as necessidades das células ou as reações metabólicas e regulatórias que ocorrem dentro da matriz celular.
- Gases: Gases como oxigênio, dióxido de carbono e monóxido de carbono podem atravessar a membrana plasmática por difusão simples.
- Moléculas polares e carregadas: Moléculas polares e carregadas, como íons, carboidratos, aminoácidos, nucleosídeos, podem atravessar a membrana plasmática apenas através das proteínas facilitadoras presentes na membrana plasmática.
- Moléculas não polares e não carregadas: Moléculas pequenas, não polares e sem carga, juntamente com algumas moléculas orgânicas hidrofóbicas, podem atravessar a membrana plasmática por difusão simples.
A difusão afeta as células?
A difusão afeta uma célula de diferentes maneiras. Pode afetar a concentração de solutos na matriz celular, alterar o volume e o tamanho da célula se sofrer osmose e provocar alterações conformacionais nas proteínas da membrana da célula.
Como a difusão afeta as células?
A difusão pode afetar o tamanho da célula se a célula sofrer um tipo especial de difusão chamado osmose. Na osmose, a água, que é um solvente polar, atravessa a membrana plasmática em vez dos solutos dissolvidos na água. Como resultado, A absorção e liberação dessas moléculas de água em resposta à diferença na concentração de soluto através da membrana leva a um aumento e diminuição do volume e tamanho da célula, respectivamente.
Como a difusão afeta o tamanho da célula?
A osmose, que é um tipo especial de difusão na célula, afeta o volume de uma célula dependendo do tipo de solução em que uma célula é colocada ou cercada devido à troca de soluto e solventes que ocorre até que o equilíbrio seja alcançado. Então, novamente, seu efeito é ligeiramente diferente nas células animais e vegetais. Esses efeitos são reversíveis por natureza e as células podem voltar às suas dimensões originais em poucos minutos, estabelecendo um equilíbrio entre a concentração de soluto dentro e fora da célula.
Quando duas soluções de diferentes concentrações de soluto são separadas por uma membrana semipermeável, as moléculas de água na solução hipertônica ou hiperosmótica se movem através da membrana semipermeável em direção à solução hipotônica ou hiposmótica. Hipertônico soluções têm uma concentração comparativamente mais alta de soluto em comparação com a da célula, enquanto as hipotônico soluções têm uma concentração de soluto comparativamente mais baixa do que a da célula. isotônica ou soluções isoosmóticas, por outro lado, têm a mesma concentração de soluto que a da célula.
Quando colocada em uma solução que é hipotônica em comparação com a concentração de soluto intracelular, uma célula tende a ganhar água por endosmose. As células animais podem absorver água e aumentar de volume até explodir enquanto, na célula vegetal, a parede celular ajuda a manter um volume constante. As células geralmente voltam a um estado de equilíbrio reduzindo sua pressão interna, que é alcançada pela perda de solutos. Uma célula plasmolisada também pode ser trazida de volta ao seu volume original, colocando-a em uma solução hipotônica.
Quando colocado em uma solução hipertônica, uma célula tende a perder toda a água para a solução circundante pelo processo de exosmose porque a concentração de soluto intracelular é hipotônica em comparação. As células animais encolhem de tamanho devido à perda de água e diminuição do volume celulars Considerando que, as células vegetais permanecem intactas devido à presença de parede celular mas sua membrana celular se desprende da parede celular e a matriz reduz de volume. Uma célula vegetal na qual o matriz celular é muito reduzida, É chamado um célula plasmolisada.
Onde ocorre a difusão na célula?
A difusão na célula ocorre na membrana plasmática de uma célula, onde os solutos ou o solvente (como no caso de osmose) podem se difundir para dentro e para fora da célula por meio de diferentes métodos. Os solutos podem sofrer difusão simples ou difusão facilitada. Na difusão simples, pequenas moléculas não carregadas, água e gases podem atravessar a bicamada lipídica sem a ajuda de proteínas transportadoras. Assim, a difusão simples pode ocorrer em quase qualquer lugar na membrana plasmática das células..
A difusão facilitada é realizada com a ajuda de proteínas transportadoras ou canais de proteínas que são proteínas de membrana integral especializadas. Esses proteínas de membrana são altamente seletivas e respondem apenas a moléculas selecionadas que podem passar por eles, enquanto eles não respondem aos outros e não permitem que eles atravessem. Desta forma, A difusão facilitada de um determinado soluto só pode ocorrer em locais específicos na membrana plasmática da célula onde as proteínas integrais da membrana que são específicas para o determinado soluto estão presentes.
Quando ocorre a difusão na célula?
A difusão na célula ocorre através da membrana plasmática para captar os solutos que estão presentes fora e são necessários para várias funções dentro da célula ou para liberar o excesso de solutos para fora da célula, pois eles não são mais necessários dentro da célula ou são necessários fora da célula. célula.
Como, a difusão na célula ocorre a favor do gradiente de concentração, os solutos só podem atravessar a bicamada lipídica se sua concentração em um lado da membrana for maior que a do outro lado. Quando tais diferenças no gradiente de concentração são formadas ou presentes, os solutos atravessam a membrana plasmática do lado de maior concentração de soluto para o de menor concentração de soluto. A troca de soluto ocorre até que a concentração em ambos os lados se torne igual.
Como ocorre a difusão na célula?
A difusão na célula dos diferentes solutos depende do seu tamanho, carga, polaridade, permeabilidade, hidrofobicidade e hidrofilicidade. Assim, cada tipo de soluto segue um método diferente e é transportado com a ajuda de diferentes transportadores facilitadores em caso de transporte facilitado. Detalhes da difusão na célula de alguns dos solutos, como água, lipídios, íons e moléculas carregadas são mencionados aqui.
Água
- Poros estatísticos: A água, tendo um tamanho relativamente menor, é capaz de atravessar facilmente a bicamada lipídica através de poros estatísticos que são estruturas não estáticas. Esses poros com diâmetro de cerca de 4.2Å são formados quando as moléculas de fosfolipídios adjacentes na membrana celular se movem lateralmente, mas em direções opostas.
- Torções: Torções são defeitos estruturais móveis nas cadeias de acilo dos fosfolipídios que são causados pela fusão da cadeia acila. Essas dobras podem permitir que a água passe por elas.
- Aquaporinas: As aquaporinas são um membro da principal família de proteínas intrínsecas que permitem a difusão facilitada da água, dentro e fora da célula. Nas plantas, as aquaporinas estão presentes na membrana celular e na membrana do vacúolo, que são chamadas de proteína intrínseca da membrana plasmática e proteína intrínseca do tonoplasto, respectivamente. Estes são mais comuns em células que são fortemente investidas no transporte de água, como as células do Túbulos de rim nos animais e na célula de raízes nas plantas.
Lípidos
Moléculas de lipídios podem facilitary difundem para dentro e para fora da célula devido à sua natureza hidrofóbica. A permeabilidade dos lipídios é diretamente proporcional à sua solubilidade. Penetração mais rápida significa que o soluto tem maior lipossolubilidade.
- Os lipídios tomam um tempo comparativamente mais longo para difundir para fora através da bicamada lipídica porque o citoesqueleto à base de actina, presente na superfície citoplasmática da membrana celular, faz com que ela forme compartimentos.
- Impedimento estérico e alta desaceleração circunferencial em volta do proteínas transmembrana que estão ancorados à rede do citoesqueleto de actina, leva a confinamento temporário dos fosfolipídios presentes na membrana celular.
- A desaceleração circunferencial é causada pela alta quantidade de atrito hidrodinâmico que ocorre quando grande quantidade de fosfolipídios fica empacotada perto das proteínas transmembrana.
- Esses compartimentos medeiam a localização da resposta intracelular nas regiões onde ocorreu a recepção do sinal extracelular..
Íons e moléculas carregadas
A bicamada lipídica é altamente impermeável a partículas carregadas ou mesmo pequenos íons como H+, HCO3-, Na+, K+, Ca2+ e Cl-. Uma vez que esses íons são críticos para atividades celulares de várias multidões, incluindo recepção e condução de impulsos nervosos em animais, abertura dos poros de estômatos em plantas, contração muscular em animais, regulação do transporte de outras proteínas grandes dentro e fora do membrana celular em ambas as plantas e animais.
A difusão de íons para dentro e para fora das células é facilitada por alguns canais de proteínas integrais da membrana que são seletivos e permitem que apenas certos tipos de íons passem. Os canais iônicos podem permitir o influxo ou a saída de íons em milhões por segundo, sem qualquer gasto de energia.
- Canais iônicos dependentes de voltagem: Canal de membrana proteínas que operam sob a influência da carga diferença através da bicamada lipídica, são chamados de canais iônicos dependentes de voltagem. A diferença na carga entre a matriz intracelular e extracelular medeia a abertura e o fechamento desses canais iônicos. Neurônios e células musculares têm esses canais iônicos que ajudam na condução do impulso e no movimento muscular, respectivamente.
- Canais iônicos controlados por ligantes: Esses canais iônicos sofrem mudanças conformacionais quando o ligantes se ligam a eles na superfície externa ou interna/citosólica da membrana plasmática, assim, permitindo a passagem de solutos ou íons neste caso, através da membrana. O ponto a ser observado aqui é que uma O ligante não é o soluto nem é transportado através da membrana, em vez disso, é uma parte do sistema de sinalização. Quando a acetilcolina, um neurotransmissor, se liga à superfície externa dos canais para facilitar a condução do impulso nervoso nas sinapses. Considerando que, cAMP se liga à superfície interna de alguns canais de íons de cálcio.
- Canais iônicos controlados mecanicamente: Tais canais mudam sua conformação em resposta a forças mecânicas. As células ciliadas do ouvido interno abrem os canais iônicos dobrando-se em resposta às ondas sonoras. Os íons transportados então participam da formação do impulso nervoso.
Tipo de difusão na célula
A difusão ou difusão passiva de solutos através de uma membrana semipermeável pode ser amplamente classificada em dois tipos, dependendo da necessidade dos canais de proteínas para o transporte.
Difusão passiva simples
O soluto se difunde através da bicamada lipídica simplesmente difundindo-se para dentro e para fora da célula. Moléculas que podem atravessar a membrana celular por simples difusão passiva são gases, água e pequenos solutos não carregados. O processo de difusão passiva simples requer energia para atravessar uma membrana de bicamada, mas não na forma de ATP. A energia para atravessar a membrana vem da água de hidratação, que é o número de grupos hidroxila (-OH) ligados a uma molécula de soluto. O processo ocorre em três etapas-
- O soluto perde as águas de hidratação.
- O soluto desidratado atravessa a bicamada fosfolipídica.
- Ele recupera a água de hidratação do outro lado da membrana celular.
A energia de ativação para difusão através da bicamada lipídica é diretamente proporcional à água de hidratação presente no soluto. A única exceção a essa relação é a água, pois possui uma permeabilidade extremamente alta.
Difusão passiva facilitada
O soluto se difunde para dentro e para fora das bicamadas lipídicas em locais específicos com a ajuda de proteínas integrais de membrana específicas do soluto, também chamadas de transportadores facilitadores. Existem dois tipos de proteínas envolvidas a difusão facilitada, proteínas transportadoras e proteínas de canal.
Quando o soluto se liga às proteínas transportadoras de um lado, provoca uma mudança conformacional nelas. Esta conformação alterada da proteína facilita o movimento das partículas de soluto através dela e através da bicamada lipídica em ambas as direções, de uma região de alta concentração de soluto para a região de menor concentração de soluto, até que o equilíbrio seja alcançado. Por outro lado, proteína do canals permitem a difusão livre de qualquer molécula que tenha um tamanho apropriado e possa caber no poro que atravessa o proteína do canal.
Difusão no metabolismo celular
A difusão na célula tem um papel vital a desempenhar no metabolismo celular, pois tem a capacidade de regular as reações metabólicas que ocorrem em uma célula, mas a difusão também pode ser afetada por vários fatores.
- Gradiente de concentração: A extensão do transporte de soluto depende da diferença entre a concentração do soluto em ambos os lados da membrana. Quanto maior a diferença, maior e mais rápida será a taxa de difusão dos solutos através da membrana.
- Tamanho e massa do soluto: A taxa de difusão é indiretamente proporcional ao tamanho das moléculas. Solutos com tamanho maior ou massa maior levam mais tempo para se difundir através da bicamada lipídica.
- Tamanho da célula: O tamanho da célula ou o diâmetro da célula também é inversamente proporcional à taxa de difusão. Uma célula de tamanho menor terá taxa de difusão mais rápida, pois a distância a ser percorrida é menor, enquanto que, em uma célula com diâmetro maior, a distância percorrida pelo soluto será maior e, portanto, a taxa de difusão se tornará lenta.
- Interação com outras moléculas: Se os solutos de menor tamanho interagem com proteínas maiores, sua taxa de difusão fica muito reduzida em comparação com quando não estava envolvido em nenhuma dessas interações. Isso acontece porque os solutos menores agora não são tão livres para se difundir porque sua interação com as moléculas maiores dificulta seu movimento livre.
- Temperatura: A temperatura é diretamente proporcional ao movimento do soluto em uma solução e, portanto, também é diretamente proporcional à taxa de difusão. Quando uma solução está em alta temperatura, seus solutos ganham muita energia e seu movimento aleatório se torna muito rápido. Como resultado, essas moléculas também se difundem mais rapidamente.
Papel da difusão no metabolismo celular
- A glicose sofre difusão facilitada quando sua concentração no sangue é maior que a das células dos músculos esqueléticos e tecidos adiposos, com a ajuda dos transportadores de proteínas GLUT. Das muitas proteínas da família GLUT, a GLUT4 é ativada pela insulina. Quando a insulina se liga à proteína transportadora GLUT4, ela permite a difusão facilitada a uma taxa muito alta nos tecidos sensíveis à insulina. Assim, a insulina mantém o nível de glicose no sangue normal.
- Como a glicose desempenha um papel vital no metabolismo celular, é necessária em grande quantidade dentro da matriz celular, mas o gradiente de concentração pode impedir o influxo de glicose na célula quando o equilíbrio é alcançado. Para evitar que o gradiente de concentração atinja o equilíbrio, as moléculas de glicose sofrem fosforilação quando entram pela membrana celular. A fosforilação reduz a concentração intracelular de glicose e permite o influxo constante de glicose na célula.
- Os neurônios mantêm um estado de polarização ou um potencial de membrana em repouso por terem um excesso de íons sódio fora da membrana celular e um excesso de íons potássio no interior dela. Quando o nervo recebe um estímulo, os canais de íons sódio-potássio se abrem para permitir que um íon sódio entre na célula e dois íons potássio saiam da célula. Isso leva à despolarização da membrana e o potencial de ação é deslocado ao longo da membrana levando à transmissão do impulso nervoso.
- A hemoglobina presente no sangue geralmente se liga ao oxigênio em alguns locais particulares e sofre difusão facilitada. Além disso, o oxigênio também é trocado por difusão simples. O dióxido de carbono e o monóxido de carbono também são trocados entre os alvéolos e os capilares sanguíneos por difusão de maneira semelhante.
Papel da difusão na célula
- Proteínas GLUT4: A ligação do hormônio insulina às proteínas transportadoras GLUT4 leva ao influxo de moléculas de glicose excedentes dentro das células por difusão facilitada.
- Sinalização do mensageiro secundário: Mensageiros secundários são geralmente pequenas moléculas ou íons que estão envolvidos na retransmissão dos sinais dos receptores presentes na membrana plasmática para várias outras proteínas intracelulares e iniciam uma cascata de sinalização. O influxo dos mensageiros secundários dentro da matriz celular ocorre via difusão facilitada.
- Osmose como um tipo especial de difusão: a osmose é importante nas células animais e plantas. Essas células estão envolvidas na absorção de água, como absorção de água do solo pelos pelos radiculares, reabsorção de água pelos túbulos contorcidos proximais e distais presentes nos rins de animais, reabsorção de fluido tecidual pelos capilares sanguíneos e absorção de água nos o trato digestivo dos animais.
- Filtração do sangue: Os rins em animais estão envolvidos na remoção de produtos residuais pelo processo de difusão simples e facilitada.
- Respiração: A difusão na célula também permite a troca de gases entre os alvéolos dos pulmões e os capilares do sangue para permitir que a respiração ocorra. A troca de gases em animais aquáticos também segue um mecanismo semelhante. Como os gases trocados não têm carga, eles sofrem difusão simples.
- Absorção de alimentos: Os alimentos que são digeridos no trato digestivo contêm alguma quantidade de nutrientes lipossolúveis, como vitamina A, D, R e K, que podem passar facilmente pelas células presentes nas vilosidades, para o vaso sanguíneo pelo processo de difusão simples.
Difusão no Transporte Celular
A difusão na célula é a principal responsável pelo transporte celular de oxigênio, dióxido de carbono, glicose, aminoácidos e gorduras.
- Filtração do sangue: Em animais, as células dos rins são responsáveis pela remoção de resíduos como ureia, creatinina e fluido extra do sangue pelo processo de difusão. O mesmo princípio de difusão é aplicado durante a diálise do sangue dos pacientes que têm distúrbios da função renal.
- Respiração: A hemoglobina presente no sangue geralmente se liga ao oxigênio em alguns locais específicos e sofre difusão facilitada. Além disso, O oxigênio também é trocado por difusão simples. O dióxido de carbono e o monóxido de carbono também são trocados entre os alvéolos e os capilares sanguíneos por difusão de maneira semelhante.
- Difusão nas plantas: A difusão é responsável pela sobrevivência das plantas, pois permitem a células das raízes para absorver a água do solo circundante. As plantas necessitam de uma grande quantidade de água para manter sua turgidez tanto a nível celular como de órgão. Em caso de perda de excesso de água, que também ocorre por difusão, as plantas murcham e podem secar se a perda de água não for compensada.
Difusão na Membrana Celular
A difusão em uma célula ocorre na interface da superfície celular que interage tanto com a matriz extracelular quanto com a matriz celular. Sob a direção do gradiente de concentração, os solutos de uma região de alta concentração se movem em direção à região de baixa concentração. Os solutos podem atravessar a membrana plasmática por difusão simples ou por difusão facilitada, na qual proteínas transportadoras e canais de proteínas estão envolvidos. O tipo de difusão que um soluto sofre depende do seu tamanho, massa, carga, polaridade, hidrofilicidade ou hidrofobicidade e da temperatura.
Difusão facilitada na célula
A difusão facilitada é uma tipo de difusão passiva em que o movimento de soluto, especificamente os solutos polares, ocorre com a ajuda de proteínas de membrana altamente específicas que também são chamadas de transportadores facilitadores. A ligação do soluto à superfície desses canais de proteínas integrais leva a uma mudança em sua conformação, permitindo que o soluto passe por eles e pela bicamada lipídica, a favor do gradiente de concentração. A diferença na concentração dos solutos nos dois lados da membrana plasmática decide a direção do fluxo líquido.
Os transportadores facilitados podem ficar saturados se o influxo ou a saída de solutos ultrapassar a capacidade máxima. Eles podem permitir a passagem de algumas centenas a milhares de solutos, a cada segundo.
Conclusão
A difusão desempenha um papel vital no metabolismo celular e na sinalização celular por difusões simples ou facilitadas ou por osmose. A compreensão do mecanismo de difusão em cada interface pode nos dar uma grande visão de como uma célula completa suas atividades.
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