Onde está a atividade do transporte ativo? Citoplasma
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O nd e está a ativ id ade do tr an sp orte ativ o? 1 Na aula anterior, pudemos discutir tanto sobre as condições que devem ser satisfeitas quanto às características do transporte ativo, comparando-o com a difusão simples, difusão facilitada e osmose. Foi uma aula para pensarmos bastante e construirmos esse conceito do que é o transporte ativo. Na aula de hoje, nosso objetivo é outro: mostrar e explicar alguns exemplos do transporte ativo, importante processo que acontece a nível celular. Para começar, um exemplo clássico: a bomba de sódio-potássio. Confira os esquemas abaixo que mostram o mecanismo de funcionamento da bomba de sódio-potássio. Meio Extracelular 3 Na+ PTN transportadora ADP Citoplasma 3 Na+ Meio Intracelular Fig.1 – Mecanismo detalhado da bomba de sódio-potássio 1) Três íons sódio (3 Na+ ) se ligam à proteína transportadora nos sítios de ligação presentes no meio intracelular. Isso permite que o ATP se ligue à proteína. 2) O ATP é quebrado em ADP e Pi, liberando energia para que o sódio seja transportado pela proteína para o meio extracelular. Isso permite que dois íons potássio (2 K+ ) se liguem à proteína transportadora. 3) Os íons sódio são liberados no meio extracelular. 4) Os íons potássio são liberados no meio intracelular. 5) Potássio( K+ ) retorna ao meio extracelular, sódio (Na+ ) ao meio intracelular e o processo se reinicia. 1 Material didático produzido por Leonardo Kaplan, aluno do curso de Licenciatura em Ciências Biológicas da UFRJ, durante suas atividades de Prática de Ensino em 2006, sob a supervisão das professoras Carla Maciel (Colégio de Aplicação da UFRJ) e Marcia Serra Ferreira (Faculdade de Educação da UFRJ). Ilustrações feitas por Itajaci Rogério Araújo Amaral, aluno do curso de Licenciatura em Educação Artística da UFRJ. Disponível no sítio eletrônico www.projetofundao.ufrj.br/biologia Sítio de ligação do K+ na proteína Gradiente de concentração de Na + Gradiente de concentração de K+ Citoplasma ATP Sítio de ligação do Na+ na proteína ADP + P 2 Qual é o tipo de transporte que permite o retorno do potássio (K +) para o meio extracelular e do sódio (Na +) para o meio intracelular. Justifique sua resposta. ____________________________________ __ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ Fig.2 – Mecanismo simplificado da bomba de Na+/K+ 2) Por que altas concentrações de Na+ no meio intracelular são problemáticas? Pense nas aulas anteriores para responder. Que processo celular pode evitar esse problema? ______________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________ 3) A bomba de sódio e potássio é um importante processo de transporte ativo para a célula, pois permite que uma série de outros processos ocorra. Um deles é a transmissão do impulso nervoso (um estímulo elétrico) que ocorre em células nervosas e musculares. Considerando que para que o impulso nervoso se propagar, é importante que haja uma diferença de cargas entre o meio extracelular e meio intracelular, como a bomba pode contribuir neste processo? ______________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________ Depois de tantas explicações, acho que conseguimos perceber o quanto e como a bomba Na+ -K + é importante para o metabolismo celular. Através desse mecanismo, a célula consegue manter seu volume constante, não tendo grandes riscos de explodir ou murchar facilmente. Além disso, a diferença de cargas gerada é propícia para a condução do impulso nervoso em células nervosas e musculares. Mas, será que também terá importância a alta concentração de íons potássio (K+) no meio intracelular?! Quem pensou que sim, nesse caso, mandou bem! Altas concentrações de potássio no meio intracelular são importantes, pois o potássio participa dos processos de respiração celular (é responsável pela ativação de algumas enzimas) e de síntese de proteínas. Exemplos de uso do transporte ativo na natureza Como pudemos ver com o exemplo do mecanismo da bomba de sódio e potássio, o transporte ativo é bastante freqüente e importante para os seres vivos. Agora veremos mais alguns exemplos práticos do transporte ativo na natureza: um exemplo nas plantas e outro no corpo humano. 1) Plantas de manguezal O manguezal é um ecossistema costeiro, de regiões tropicais e subtropicais. Eles são ecossistemas terrestres e estão localizados no encontro das águas dos rios com o mar. Portanto, recebem influências tanto da água do mar quanto do rio. Por estarem próximos ao ambiente marinho, sofrem influências das marés, que são a principal forma de entrada das águas salinas nos manguezais. Quando as marés sobem, ocorrem inundações que provocam a variação da concentração de sal na água. Como conseqüência, a água dos manguezais não é nem doce nem salgada, ela é chamada de salobra. Vamos nos ater aqui à questão da salinidade. Devido a essa característica do ecossistema, a maioria das espécies de plantas não consegue se desenvolver neste ambiente devido à grande quantidade de sal que é trazido pela água do mar. Isto representa um grande estresse osmótico que só consegue ser resolvido por algumas espécies de plantas. Estas espécies de plantas que desenvolveram mecanismos para controlar a alta concentração de sal foram selecionadas e conseguiram se estabelecer neste ambiente. Em algumas das plantas características de manguezal (Rhizophora sp. e Laguncularia sp.) o sal não consegue entrar nas células pois há um tipo de barreira que acaba sendo formado pelas suas raízes. Já na outra planta, a Avicennia sp., o sal entra e é excretado através de glândulas de sal que a planta apresenta em suas folhas. Por esta razão, aliás, suas folhas são bastante salgadas (o sal é excretado na superfície foliar). 4) Por qual razão esta alta salinidade dos manguezais pode ser considerada um fator que limita que muitas espécies de plantas e animais consigam se estabelecer neste ecossistema? ______________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________ 5) Com base nas discussões sobre transporte, que mecanismo seria capaz de resolver esse problema? O que seria necessário? ______________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________ 2) Reabsorção tubular no sistema urinário Nos túbulos renais, é produzida a urina. Nestes locais, o sangue é filtrado na cápsula de Bowman, que funciona como uma espécie de “peneira” que retém moléculas muito grandes, como as proteínas. Conseqüentemente, esse “filtrado” tem a mesma composição do plasma (parte líquida do sangue), porém sem as proteínas. Dessa forma, junto com os resíduos tóxicos das células, que devem ser eliminados, substâncias como água, glicose, vitaminas, e sais minerais (íons) também conseguem passar para dentro dos túbulos renais de modo a serem incorporados à urina. Próximos aos túbulos renais, podemos encontrar uma rede de capilares sanguíneos. 6) Relembrando das aulas do começo do ano, vimos como os sais minerais e a água são importantes para o metabolismo celular. Considerando essa questão, pense nos mecanismos de transporte que possam ocorrer nas porções A e B dos túbulos renais que evitem a perdida de sais minerais (íons) e água na urina? Explique. Olhe para a figura e considere que existem trocas entre os trechos do túbulo renal e os capilares. Cápsula de Bowman (o sangue é “filtrado”) Aqui o filtrado é isotônico em relação aos capilares Parte do túbulo renal TRANSPORTE EM A? Capilares Aqui a urina contém predominantemente uréia (resíduo tóxico), ou seja, a água e sais minerais JÁ FORAM reabsorvidos pelos capilares. TRANSPORTE EM B? ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ 7) O que poderíamos pensar que houve, caso encontrássemos sal na urina? ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ Um caso cu rioso : a plan ta se n sitiv a A espécie Mimosa pudica é conhecida popularmente como “sensitiva” ou “dormideira”, pois ao tocarmos em seus folíolos (folhinhas que reunidas constituem a folha) eles se fecham. Por que será que isto acontece? Você consegue imaginar? Na base dos folíolos, existem células com vacúolos grandes (estruturas comuns em células vegetais), repletos de água, o que torna essas células túrgidas (inchadas). Nessa condição, as folhas e os folíolos encontram-se eretos (imagem à esquerda – folhas abertas). Ao tocarmos nessas folhas, as células bombeiam ativamente íons para o meio extracelular, reduzindo assim a concentração dentro da célula. Quando o meio extracelular se torna mais concentrado, as células perdem água por osmose e murcham. Assim, as folhas e os folíolos se fecham. E como será que os folíolos e folhas se abrem? Nenhuma idéia?! Lembre-se dos outros exemplos já citados. É isso mesmo! Por meio de difusão facilitada, os íons voltam a entrar no meio intracelular, tornando o meio mais concentrado (hipertônico) e com isso há entrada de água, que deixa as células inchadas. Trab alho em d up la: osm orre gu lação e m p ei xes d e ág ua d oc e e marin h os Agora que já vimos alguns exemplos de mecanismos de transporte ativo, chegou a vez de vocês nos mostrarem que também conseguem pensar num problema de estresse osmótico que foi resolvido na natureza. Como os peixes de água doce (rios) que possuem os fluidos corporais hipertônicos em relação à água (ou seja, entraria água em suas células osmose) conseguem manter o volume de suas células normal (ou seja, não inchar)? Além disso, como os peixes marinhos (água salgada) que possuem seus fluidos corporais hipotônicos em relação à água conseguem que a água não saia de suas células por osmose (provocando morte por desidratação). Fontes que podem ser consultadas para responder: livros didáticos, livros universitários, revistas cientificas, artigos, Internet (não vale copia idêntica dos sites; isto será verificado!). A bibliografia utilizada pela dupla deverá ser indicada no final do trabalho.
