introdução
nas células vivas, a membrana plasmática ou a membrana celular é uma barreira permeável selectivamente que permite a passagem de substâncias selectivas através dela. Assim, mantém diferentes concentrações em ambos os lados da membrana. Isto dá origem a diferentes gradientes de concentração eléctrica e química na superfície da membrana que formam colectivamente o gradiente electroquímico.o que é um gradiente electroquímico?,
é definida como a diferença na carga e na concentração química através da membrana plasmática devido à sua permeabilidade selectiva. A combinação do gradiente de concentração e do gradiente de carga eléctrica que afecta o movimento de um determinado ião através da membrana plasmática é conhecida como um gradiente de concentração.
Simples gradientes de concentração não são tão complexas como eles existem devido ao diferencial de concentração de uma substância através de uma membrana., Mas no caso dos organismos vivos, os gradientes não são assim tão simples. Além de um gradiente de concentração, um gradiente elétrico também está presente dentro das células vivas porque não são apenas os íons que se movem dentro e fora das células, mas o espaço intracelular das células também contém algumas proteínas. A maioria dessas proteínas são alteradas negativamente e não se movem para fora. Como resultado disso, o interior da membrana é carregado negativamente, o que faz com que um gradiente elétrico exista através da membrana plasmática, além de um gradiente de concentração devido a íons., Ambos os gradientes eléctricos e de concentração são estudados sob um gradiente electroquímico.para entender isso, considere o movimento de íons de sódio e potássio através da membrana. Além das proteínas carregadas negativamente presentes dentro da célula, as células têm uma maior concentração de potássio dentro da célula e uma maior concentração de sódio fora da célula., O gradiente de concentração bombeia sódio dentro da célula (de maior concentração a menor concentração) e o gradiente elétrico também aciona sódio dentro da célula devido ao interior negativamente carregado da célula. No entanto, a situação é mais complexa para o potássio. O gradiente elétrico do potássio (um íon positivo) faz com que ele se mova dentro da célula devido a um interior carregado negativamente, mas o gradiente de concentração de potássio move-o para fora da célula (devido a uma menor concentração de potássio no exterior)., Este processo de movimento devido ao gradiente de concentração e carga elétrica é referido como gradiente eletroquímico.
Componentes do Gradiente Eletroquímico
Existem dois componentes de um gradiente eletroquímico:
- componente Elétrico
- componente Química
O componente elétrico resultados, devido à diferença de carga elétrica através da membrana plasmática. E o componente químico é devido à diferença na concentração de íons através da membrana., A combinação destes dois prediz a direção termodinamicamente favorável para o movimento de íons através da membrana plasmática permeável seletivamente.
Tipos de Transporte Ativo Mecanismos Eletroquímicos Gradiente
Existem dois tipos de mecanismos de transporte ativo para o movimento de íons e substâncias:
- Primário de transporte ativo
- Secundário de transporte ativo
o Principal ativo de transporte de ajuda no movimento de íons através de uma membrana e estabelece uma diferença de gradiente que depende de ATP diretamente., Enquanto o transporte ativo secundário é para o movimento de substâncias como resultado de gradiente eletroquímico criado pelo transporte ativo primário e, portanto, não depende diretamente de ATP.
movendo-se contra o gradiente electroquímico
o movimento das substâncias contra o gradiente electroquímico ocorre na presença de energia. A energia vem do trifosfato de adenosina (ATP) que é gerado durante o metabolismo celular. Os mecanismos de transporte ativo, que são conhecidos coletivamente como bombas, ajudam no movimento das substâncias contra os gradientes eletroquímicos., Muitas pequenas substâncias passam continuamente através da membrana celular. A concentração de iões e substâncias é mantida pelo transporte activo. Portanto, uma grande parte da energia metabólica da célula é usada para manter estes processos.como estes mecanismos de transporte activos dependem do fornecimento de energia pelo metabolismo da célula, qualquer veneno que possa interferir com o metabolismo para interromper o fornecimento de ATP afectará estes mecanismos.,proteínas portadoras para transporte activo o transporte activo de substâncias através da membrana é facilitado pela presença de proteínas portadoras ou bombas específicas. Três são os tipos de proteínas transportadoras ou por transportadores que estão presentes:
- Uniporters
- Symporters
- Antiporters
Um uniporter está envolvido no transporte de um íon ou molécula. Um symporter transporta dois íons ou moléculas diferentes e ambos na mesma direção., Um antiportador atua como uma proteína portadora para dois ou mais íons ou moléculas diferentes, mas em direções diferentes. Estes Portadores de proteínas são também responsáveis pelo transporte de moléculas pequenas e não carregadas, como a glicose. Estas três proteínas portadoras também têm um papel na difusão facilitada, mas nesse caso, a ATP não é necessária., Algumas dessas bombas ou proteínas transportadoras para o transporte ativo estão abaixo:
Na+-K+ ATPase: Ele carrega o sódio e o potássio, íons
H+-K+ ATPase: Ela transporta de hidrogénio e iões de potássio
Ca+ ATPase: Ela transporta apenas iões de cálcio
H+ ATPase: Ele transporta apenas íons de hidrogênio
Os dois primeiros dos acima mencionados são bombas de antiporter de portador de proteínas.,o gradiente electroquímico Na+ / K + bomba que é estabelecido pelo mecanismo de transporte activo é um exemplo de um gradiente electroquímico em células vivas.
Primário de Transporte Ativo
o Principal ativo de transporte cria um gradiente eletroquímico através da membrana por transporte de íons. O processo é conduzido pelo uso de ATP., A bomba de sódio e potássio são uma das bombas mais importantes em organismos vivos que mantém um gradiente eletroquímico através da membrana. Esta bomba favorece o movimento de dois iões de potássio para a célula e três iões de sódio para fora da célula. Dependendo da orientação para o interior ou exterior da célula e afinidade para ambos os íons, a Na+-K+ ATPase (bomba de sódio e potássio) está presente em duas formas.
o processo é concluído nas seguintes etapas:
- inicialmente, a bomba enzimática portadora é orientada para o interior da célula., O transportador tem uma alta afinidade para o transporte de íons de sódio e três íons podem se ligar a ele de cada vez.a proteína transportada cataliza a hidrólise de ATP e liga-lhe um grupo de fosfato de baixa energia.após a fosforilação, a forma do transportador é alterada e a orientação é deslocada para o exterior. Como resultado, a afinidade para o sódio diminui e três iões de sódio deixam a bomba.
- a mudança na forma do portador também favorece a fixação de dois iões de potássio devido à afinidade aumentada para iões de potássio., Devido a isso, o grupo de fosfato de baixa energia deixa o transportador. após a remoção do grupo fosfato e a fixação dos iões de potássio, a proteína portadora muda de posição para o interior da célula.devido à configuração alterada, a afinidade para o potássio diminui e liberta dois iões para o espaço intracelular. Mais uma vez, a proteína em seu estado inicial, tem uma maior afinidade para íons de sódio e o processo começa novamente.
muitas mudanças ocorrem como resultado deste processo., Nesta posição, os iões de sódio estão numa concentração mais elevada fora da célula do que no interior e os iões de potássio estão mais no espaço intracelular da célula. Como resultado de dois íons de potássio se moverem dentro da célula, três íons de potássio se movem para fora. Isto faz com que o interior da célula seja ligeiramente mais negativo do que o exterior. Esta diferença é responsável pela criação das condições necessárias para o mecanismo secundário. A bomba sódio-potássio funciona, portanto, como uma bomba Eletroquímica e contribui para o potencial de membrana, estabelecendo um desequilíbrio elétrico.,
transporte activo secundário
no processo de transporte activo secundário, para uma molécula que desce o gradiente electroquímico, outra molécula sobe o seu gradiente de concentração. Neste processo, a ATP não está diretamente ligada à proteína portadora. Em vez disso, a molécula ou íon se move contra seu gradiente de concentração que estabelece um gradiente eletroquímico. A molécula necessária desce então o gradiente electroquímico. ATP é usado neste processo, bem como para gerar gradiente e energia não é usado para o movimento de uma molécula através da membrana., É por isso que é conhecido como transporte ativo secundário.Antiportadores e simpatizantes estão envolvidos no transporte ativo secundário. Este processo é responsável pelo movimento de sódio e algumas outras substâncias para a célula. As outras substâncias incluem muitos aminoácidos e glicose também. É também responsável pela manutenção de uma elevada concentração de íons de hidrogênio nas mitocôndrias de plantas e animais para gerar ATP.,o gradiente electroquímico determina a direção de movimento das substâncias em processos biológicos por difusão e transporte ativo. A difusão e o transporte ativo geram um potencial eletroquímico através da membrana. O potencial eletroquímico é devido a:
- Gradiente de Íons
- Gradiente de Prótons
Gradiente de Íons
O potencial eletroquímico como resultado do gradiente eletroquímico determina a capacidade de íons para atravessar a membrana., A membrana pode ser de célula ou organela ou qualquer outra entidade sub-cave. Este potencial é gerado, basicamente, devido à diferença na concentração de íons dentro e fora da membrana, a carga presente em íons ou moléculas, e a diferença de tensão que existe em toda a membrana.as ATPases transmembranares são frequentemente responsáveis pela manutenção dos gradientes de iões. O gradiente iónico de sódio e potássio é mantido pela Na+/K+ ATPase.gradiente de protões
o gradiente de protões é estabelecido por transporte ativo por bombas de protões., Este gradiente eletroquímico de prótons é responsável pela geração de potencial quimiosmótico (força motriz de prótons) na fotossíntese e respiração celular. O gradiente de protões também é responsável por armazenar energia para a produção de calor e rotação de flagela.este gradiente de protões é formado durante a cadeia de transporte de electrões nas mitocôndrias ou cloroplastos através do bombeamento de protões através da membrana através de um mecanismo de transporte activo.gradiente electroquímico no gradiente Bacteriorhodopsin
gradiente electroquímico causa a geração do gradiente de protões no gradiente Bacteriorhodopsina., Por absorção de fótons em um comprimento de onda de 568nm, uma bomba de prótons é ativada, o que faz com que o movimento de íons hidrogênio de uma concentração mais elevada para uma concentração mais baixa. Após o processo completo de bombeamento de protões devido à mudança conformacional na retina, Bacteriorhodopsin restaura o estado de repouso inicial.
gradiente electroquímico na fosforilação
o gradiente electroquímico também é útil para gerar um gradiente de protões durante o processo de fosforilação nas mitocôndrias., Neste processo, protões são transportados da matriz mitocondrial para o espaço transmembranar. Os protões, que são transferidos, incluem protões I, III e IV. Para gerar um potencial eletroquímico, um total de dez protões são transportados da matriz para o espaço transmembranar. O potencial eletroquímico é importante para a geração de ATP na presença de ATP sintase. Sem o gradiente eletroquímico de protões, a produção de energia não ocorre nas mitocôndrias.,
gradiente electroquímico na fotofosforilação
fotofosforilação, cíclica e não cíclica, envolve a conversão de ADP em ATP na presença de luz solar pela ativação de PSII. O gradiente de protões é gerado devido à absorção do fóton como no caso da Bacteriorhodopsina. Elétrons movem-se na cadeia de transporte de elétrons e ATP é formado na presença de ATP sintase. Os elétrons são transportados de moléculas de alta energia para moléculas de baixa energia na cadeia de transporte de elétrons., Na fotofosforilação, um gradiente de potencial electroquímico transmembranar é estabelecido pelo movimento de protões do estroma para o espaço tilacóide.
importância do gradiente electroquímico
a importância do gradiente electroquímico é realçada pelos seguintes pontos:
- Trifosfato de adenosina, ou ATP, é conhecida como a fonte de energia primária nas células vivas. No entanto, além da energia ATP também é armazenada no gradiente eletroquímico de uma molécula ou íon através da membrana celular, o que ajuda a conduzir processos de organismos vivos.,alguns dos principais processos biológicos que são devidos ao potencial eletroquímico ou gradiente incluem condução de impulsos nervosos, contração muscular, secreção hormonal e alguns processos sensoriais.
- o processo de fosforilação oxidativa na mitocôndria é devido ao gradiente de protões que é resultado de um gradiente electroquímico. O gradiente eletroquímico de fotões é essencial para a produção de energia nas mitocôndrias.nas plantas, durante as reacções da fotossíntese dependentes da luz, é estabelecido um gradiente electroquímico de protões., Isto é crucial para a conclusão do processo. Em ambas as mitocôndrias e cloroplastos, o gradiente eletroquímico de protões gera potencial quimiosmótico que também é conhecido como força motriz de protões. Esta energia potencial está envolvida na síntese de ATP por fosforilação oxidativa e fotofosforilação.