Na boate - Membranas e transporte

RKA11C Olá! Não vi você aí. Há quanto tempo você está nessa fila? Estou aqui há uns 15 minutos, e está congelando aqui fora. O que você tem que fazer para entrar nessa boate? Bem, já que estamos aqui, acho que é uma boa hora de continuar nossa discussão sobre as células, pois as células, assim como boates, têm que ser seletivamente permeáveis. Elas só funcionam se tiverem as coisas de que precisam, e elas expulsam as coisas de que não precisam, tipo lixo, pessoas bêbadas ridículas e fãs do Justin Bieber. Não importa o que é, deverá passar pela membrana celular. Algumas coisas passam facilmente, sem muita ajuda, como água ou oxigênio. Mas muitas outras coisas que precisam, como açúcar e outros nutrientes, ou moléculas sinalizadoras, ou esteroides, não conseguem entrar, ou levarão um longo tempo até que eles façam isso. Eu sei o que é isso. Hoje vamos falar sobre como substâncias se movem pela membrana celular. Isso acontece o tempo todo. Está acontecendo agora em mim e em você. E isso é vital para a vida, porque não é só como as células adquirem o que precisam e se livram do que não precisam. Também se trata de como células se comunicam umas com as outras. Materiais diferentes têm formas diferentes de cruzar a membrana, e há basicamente duas maneiras: o transporte ativo e o transporte passivo. O transporte passivo não requer energia, o que é incrível, já que coisas importantes como o oxigênio e a água podem usá-la para entrar na célula mais facilmente. Eles fazem isso através do que chamamos de difusão. Vamos dizer que eu esteja em um show com o meu irmão John, alguns de vocês conhecem o meu irmão e eu amo ele, mas ele não é muito fã de pessoas. Quero dizer, ele gosta de gente, mas ele não gosta de multidão. Ficar em uma multidão com pessoas coladas nele, respirando em cima dele, tocando nele sem querer, essas coisas... John está comigo no show e fomos com todos os nossos amigos para perto do palco, mas, daí, ele começou a se afastar cada vez mais do palco, assim ele não tem um monte de hipsters invadindo o espaço dele. A difusão é basicamente isso. Se todo mundo de uma boate fosse como John Green, eles tentariam obter o máximo de espaço possível entre eles, até que uma massa uniforme de John Greens se formasse por toda a boate. Quando o oxigênio está em um lugar lotado, ele procura lugares menos cheios e vai para esses espaços. O mesmo acontece com a água, ele vai para onde há menos água. Quando a água atravessa a membrana, temos um tipo de difusão chamada osmose. É assim que suas células regulam o conteúdo de água delas, e isso não se aplica apenas à água. Apesar que já conversamos que a água é o melhor solvente do mundo. E você vai aprender mais sobre a água em uma aula sobre ela. Isso também funciona com a água que contém materiais dissolvidos ou soluções, como água com sal ou água com açúcar, ou bebida alcoólica, que é uma solução de etanol com água. Se a concentração de uma solução for mais elevada dentro da célula do que fora dela, temos uma solução chamada hipertônica, como um energético, e ela absorve tudo. Se a concentração dentro da célula for menos elevada do que fora dela, é chamada hipotônica, que é uma versão triste da hipertônica. Sabe, o ator Charlie Sheen, não queremos Charlie Sheen louco e maníaco, e também não gostamos do Charlie Sheen supertriste e depressivo. Queremos um meio termo dele, que nos faça rir e nos faça felizes. E esse é o estado que as concentrações de água estão à procura. É chamado isotônico, quando as concentrações são as mesmas dos dois lados: dentro e fora. Isso funciona na vida real e podemos mostrar para você. Esse vaso está cheio de água, e temos também essa embalagem para salsicha, que é feita de celulose, dentro dela temos água salgada. Fizemos isso para que você veja como ela se move, através da embalagem que está funcionando como nossa membrana. Esse avanço no tempo mostra como ao longo de algumas horas, a água salgada se difunde na água pura. Ela continua se difundindo, até que a concentração de sal na água seja a mesma tanto dentro, quanto fora da membrana. Quando a água faz isso, tenta se tornar isotônica, movendo-se a favor do gradiente de concentração. A maioria das minhas células está banhada em uma solução que tem a mesma concentração dentro delas. E isso é importante. Por exemplo, se você pegar uma célula do meu sangue e colocar em um copo d'água, seria muito hipertônico. Haveria muita coisa dentro da célula, comparada com o lado de fora dela, tanto que a água entraria nas células do sangue até ela explodir literalmente, e não é isso que queremos. Mas se a concentração do meu plasma sanguíneo fosse tão elevada, toda a água sairia da minha célula e ela murcharia e se tornaria inútil. É por isso que os seus rins trabalham sem parar, regulando a concentração do seu plasma sanguíneo, para mantê-lo isotônico. A água pode permear a membrana sem nenhuma ajuda, mas isso não é fácil. Como discutimos no último episódio, as membranas celulares são feitas de fosfolipídios, e a bicamada fosfolipídica é hidrofílica, absorve a água do lado de fora, e hidrofóbica, não absorvendo a água do lado de dentro. Logo, moléculas de água têm dificuldade de atravessar essas camadas, porque elas ficam presas no núcleo hidrofóbico não polar. É aqui que entram os canais de proteína. Permitem a passagem de coisas como água e íon, sem usar nenhuma energia. Elas atravessam de fora a fora a membrana, e dentro há canais hidrofílicos que atraem a água. As proteínas que são específicas para canalizar água são chamadas aquaporinas. Cada uma pode passar 3 bilhões de moléculas de água por segundo. Me dá vontade de ir ao banheiro só de pensar nisso. Coisas como oxigênio e água, que as células precisam constantemente, conseguem entrar na célula sem nenhum tipo de energia necessária, mas o que a maioria dos produtos químicos usam é o chamado transporte ativo. Isso é muito útil se você quiser mover alguma coisa na direção oposta do gradiente de concentração, do menos concentrado para o mais concentrado, mas vamos voltar ao show. Eu estou fazendo companhia para o John, que é antissocial de forma educada e encantadora, mas depois de meia cerveja e uma discussão sobre quem é o melhor Doctor Who, quero voltar para os meus amigos que estão do outro lado do bar lotado. Logo, estou indo contra a concentração de gradiente de pessoas, gastando muita energia evitando pisadas e dando cotoveladas para alcançá-los. Esse é um transporte de alta energia. Em uma célula, a energia necessária para fazer praticamente tudo, incluindo mover alguma coisa na direção errada através do gradiente de concentração, vem do ATP. ATP, adenosina trifosfato. Você fica com vontade de repetir isso até que a sua língua enrole, porque é um dos produtos químicos mais importantes de que você vai ouvir falar. Adenosina trifosfato, ATP. Se os nossos corpos fossem a América, o ATP seria nosso cartão de crédito. É um tipo tão importante de moeda celular, que faremos uma aula inteira só para falar sobre isso, e que estará aqui. Fui na direção errada, mas estará aqui quando terminarmos. Por enquanto, você precisa saber que quando uma célula requer transporte ativo, ela precisa pagar uma taxa na forma de ATP para uma proteína de transporte. Um tipo particularmente importante de proteína de transporte é chamado de bomba de sódio e potássio. A maioria das células têm elas, e elas são tão vitais para as células que precisam de muita energia. Como as células do músculo e do cérebro. Biolografia, minha parte favorita do show. A bomba de sódio e potássio foi apresentada nos anos 50 por um médico dinamarquês chamado Jens Christian Skou, que estudava como os anestésicos funcionavam nas membranas. Ele percebeu que tinha uma proteína da membrana celular que bombeava sódio para fora da célula. Ele observou essa bomba estudando os nervos de caranguejos, pois os nervos dos caranguejos são enormes comparados aos dos humanos e são mais fáceis de dissecar e observar. Mas os caranguejos são pequenos, logo ele precisava de muitos deles. Então, ele fechou um acordo com o pescador local e, ao longo dos anos, estudou aproximadamente 25 mil caranguejos. Ele ferveu cada um deles para estudar as fibras nervosas. Ele publicou suas observações da bomba de sódio e potássio em 1957. No entanto, ele ficou conhecido pelo odor um tanto distinto, que deixava nos corredores do Departamento de Fisiologia da universidade em que trabalhava. 40 anos após suas conclusões, Skou ganhou o Prêmio Nobel de Química, e olha o que ele nos ensinou: Essas bombas funcionam contra dois gradientes ao mesmo tempo. Um é o gradiente de concentração e outro é o gradiente eletroquímico. Essa é a diferença na carga elétrica nos dois lados da membrana celular. As células que Skou estava estudando, como as células nervosas do nosso cérebro, normalmente possuem uma carga negativa na parte interna, em relação à externa. Elas também possuem uma baixa concentração de íons de sódio na parte interna. A bomba funciona contra essas duas condições, coletando três íons de sódio carregados positivamente e liberando eles em um ambiente rico em íons de sódio positivos. Para conseguir energia para isso, a bomba de proteína quebra uma molécula de ATP. ATP, adenosina trifosfato. Uma molécula de adenosina ligada a três grupos de fosfato. Quando o ATP se conecta à bomba de proteína, uma enzima quebra a ligação covalente de um dos fosfatos, causando uma explosão de energia. A divisão libera energia suficiente para alterar a forma da bomba, ela se abre do outro lado liberando três íons de sódio. Essa nova forma é ideal para íons de potássio, que estão do lado de fora da célula, deixando com isso dois potássios entrarem. Finalmente, a célula nervosa fica literalmente e metaforicamente elétrica. Tem todos esses íons de sódio do lado de fora, com desejo imenso de entrar na célula, e quando algo desencadeia a célula nervosa, ela deixa todos eles entrarem. Isso dá para a célula nervosa muita energia eletroquímica, que depois você pode usar para sentir as coisas, tocar, cheirar, sentir o sabor ou para pensar em algo. Há uma outra maneira das coisas entrarem nas células, que também requer energia e também é uma forma de transporte ativo, é o chamado transporte vesicular. E o trabalho pesado é feito por vesículas, que são pequenos sacos de fosfolipídios, assim como a membrana celular. Esse tipo de transporte ativo, também é chamado de citose, que em grego significa "ação celular". A hexocitose, ou ação celular externa, é quando as vesículas transportam materiais para fora da célula. Um exemplo disso está acontecendo no seu cérebro agora. É assim que suas células nervosas liberam neurotransmissores. Já ouviu falar em neurotransmissores? São muito importantes e ajudam a sentir, como a dopamina e a serotonina. Depois que os neurotransmissores são sintetizados e envolvidos pelas vesículas, são transportados até a membrana. Quando isso ocorre, as duas bicamadas se rearranjam, de modo que elas se fundem, e o neurotransmissor é secretado. Agora eu sei onde deixei as minhas chaves. Agora faça o processo inverso, e você verá como o material entra na célula, e isso é chamado endocitose. Há três formas diferentes de isso acontecer. A minha favorita é a fagocitose. É tão incrível, e para começar, temos o fato do próprio nome significar célula devoradora. Veja isso, essa partícula aqui fora é um tipo de bactéria perigosa para o nosso corpo, e isso é um glóbulo branco. Receptores químicos da membrana do glóbulo branco detectam essa invasora e se ligam nela. Na verdade, elas engolem ela, daí a membrana forma uma vesícula para levá-la para dentro da célula, onde é destruída com enzimas e outras coisas legais. Pinocitose, ou ação de beber, é bem parecida com a fagocitose, mas em vez de englobar partículas inteiras, ela só engloba coisas que já foram dissolvidas. Aqui, a membrana se dobra um pouco para formar um canal, que é destacado formando uma vesícula contendo fluido. Muitas células estão fazendo isso agora, pois é assim que absorvem os nutrientes. O que acontece quando uma célula precisa de algo que tem uma concentração pequena? Isso acontece quando as células usam conjuntos de proteínas receptoras especializadas na membrana, que forma uma vesícula quando os receptores se conectam com a molécula que elas procuram. Por exemplo, suas células têm receptores de colesterol especializados que te permitem absorver o colesterol. Se os receptores não funcionarem, que pode acontecer com algumas condições genéticas, o colesterol é deixado no sangue e, eventualmente, causa doenças cardíacas. Uma razão para apreciar o que chamamos de endocitose mediada por receptores.