Difusão e osmose: transportes passivos

Enquanto a bomba de sódio e potássio é um tipo de transporte ativo, com gasto de energia (ATP), os processos de difusão e osmose transportam substâncias através da membrana plasmática, sem consumir energia, sendo denominados processos passivos.

E por que não ocorre gasto de energia?

Porque as substâncias são transportadas naturalmente do meio menos concentrado para o mais concentrado, devido à diferenças de gradiente, com o objetivo de igualar as concentrações interna e externa!

Há 3 tipos de transporte passivo: a difusão simples, a facilitada e a osmose. Estão representadas a seguir:

DIFUSÃO SIMPLES: transporte de solutos (moléculas pequenas e gases lipossolúveis) através da membrana plasmática. A velocidade da difusão depende do nível da diferença de gradiente, quanto maior for a diferença, maior a velocidade de difusão.

Exemplo: troca de gases (oxigênio e gás carbônico) nos alvéolos, durante a respiração. Ao chegar nos alvéolos, o oxigênio difunde-se para o sangue contido nos capilares.

DIFUSÃO FACILITADA: ocorre quando os solutos não se dissolvem em gorduras, são polares! Ou seja, não podem passar livremente pela bicamada. Então, contam com a "ajuda" de proteínas denominadas de permeases, elas são as "facilitadoras" do processo, auxiliam as substâncias apolares (exemplos: glicose e aminoácidos) a atravessarem a membrana!

Diferenças entre transporte passivo (difusão) e transporte ativo (bomba de sódio e potássio)

OSMOSE: é um tipo de difusão facilitada! É um transporte específico de água através da membrana! Em que a água contida no meio menos concentrado = com menos soluto (hipotônico) tende a passar para o  meio mais concentrado = com mais soluto (hipertônico). Ela equilibra a concentração de ambos os lados da membrana.

As proteínas transportadoras que "ajudam" a água passar pela membrana são denominadas de aquaporinas,atuam como canais!

Esquema de fluxo de água durante a osmose

Para reforçar:

Solução hipotônica: baixa concentração de solutos, logo: baixa pressão osmótica.

Solução hipertônica: alta concentração de solutos, logo: alta pressão osmótica.

Solução isotônica: concentração de soluto = pressão osmótica = equilíbrio.

Transporte de água: hipertônico --> hipotônico = isotônico

Exemplos: ação da osmose em células animais e vegetais, colocadas em meios hipotônicos, isotônicos e hipertônicos:

 

- Em um meio hipertônico, as células tendem a murchar pois perdem água para o meio, ocorre a plasmólise.

- No entanto, uma célula em um meio hipotônico tende a receber água e a inchar/ficar túrgida, ocorre a turgência.

- Em meio isotônico, elas se encontram no seu estado normal, em equilíbrio.

Obs: a parede celular rígida das células vegetais, impedem que as células vegetais lisem (rompam) a membrana, quando sofrem turgência.

Existe osmose reversa?

Sim, a osmose pode acontecer "ao contrário".

Mas como?

Ocorre mediante a aplicação de uma pressão maior que a pressão osmótica, permitindo que a água se locomova de um meio hipertônico para um hipotônico.

A membrana é semipermeável, permite a passagem de água e os solutos ficam retidos.

Esquema de osmose reversa

A osmose reversa ocorre, por exemplo, no processo chamado de dessalinização, em que água salgada é transformada em água doce.

A seguir, experimento sobre a ação da osmose em células vegetais, utilizando alface: 

TÓPICOS ABORDADOS

1. Diferença entre transporte ativo e passivo

2. Tipos de transporte passivo

3. Difusão simples

4. Difusão facilitada

5. Osmose

- Soluções hipotônica, hipertônica e isotônica

6. Osmose reversa

 

 

 

Matriz de referência ENEM - Ciências da Natureza

Competência de área 1 – Compreender as ciências naturais e as tecnologias a elas associadas como construções humanas, percebendo seus papéis nos processos de produção e no desenvolvimento econômico e social da humanidade.

H1 – Reconhecer características ou propriedades de fenômenos ondulatórios ouoscilatórios, relacionando-os a seus usos em diferentes contextos.

H2 – Associar a solução de problemas de comunicação, transporte, saúde ou outro, com o correspondente desenvolvimento científico e tecnológico.

H3 – Confrontar interpretações científicas com interpretações baseadas no senso comum, ao longo do tempo ou em diferentes culturas.

H4 – Avaliar propostas de intervenção no ambiente, considerando a qualidade da vida humana ou medidas de conservação, recuperação ou utilização sustentável da biodiversidade.

 

Competência de área 2 – Identificar a presença e aplicar as tecnologias associadas às ciências naturais em diferentes contextos.

H5 – Dimensionar circuitos ou dispositivos elétricos de uso cotidiano.

H6 – Relacionar informações para compreender manuais de instalação ou utilização de aparelhos, ou sistemas tecnológicos de uso comum.

H7 – Selecionar testes de controle, parâmetros ou critérios para a comparação de materiais e produtos, tendo em vista a defesa do consumidor, a saúde do trabalhador ou a qualidade de vida.

 

Competência de área 3 – Associar intervenções que resultam em degradação ou conservação ambiental a processos produtivos e sociais e a instrumentos ou ações científico-tecnológicos.

H8 – Identificar etapas em processos de obtenção, transformação, utilização ou reciclagem de recursos naturais, energéticos ou matérias-primas, considerando processos biológicos, químicos ou físicos neles envolvidos.

H9 – Compreender a importância dos ciclos biogeoquímicos ou do fluxo energia para a vida, ou da ação de agentes ou fenômenos que podem causar alterações nesses processos.

H10 – Analisar perturbações ambientais, identificando fontes, transporte e(ou) destino dos poluentes ou prevendo efeitos em sistemas naturais, produtivos ou sociais.

H11 – Reconhecer benefícios, limitações e aspectos éticos da biotecnologia, considerando estruturas e processos biológicos envolvidos em produtos biotecnológicos.

H12 – Avaliar impactos em ambientes naturais decorrentes de atividades sociais ou econômicas, considerando interesses contraditórios.

 

Competência de área 4 – Compreender interações entre organismos e ambiente, em particular aquelas relacionadas à saúde humana, relacionando conhecimentos científicos, aspectos culturais e características individuais.

H13 – Reconhecer mecanismos de transmissão da vida, prevendo ou explicando a manifestação de características dos seres vivos.

H14 – Identificar padrões em fenômenos e processos vitais dos organismos, como manutenção do equilíbrio interno, defesa, relações com o ambiente, sexualidade, entre outros.

H15 – Interpretar modelos e experimentos para explicar fenômenos ou processos biológicos em qualquer nível de organização dos sistemas biológicos.

H16 – Compreender o papel da evolução na produção de padrões, processos biológicos ou na organização taxonômica dos seres vivos.

 

Competência de área 5 – Entender métodos e procedimentos próprios das ciências naturais e aplicá-los em diferentes contextos. 

H17 – Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica.

H18 – Relacionar propriedades físicas, químicas ou biológicas de produtos, sistemas ou procedimentos tecnológicos às finalidades a que se destinam.

H19 – Avaliar métodos, processos ou procedimentos das ciências naturais que contribuam para diagnosticar ou solucionar problemas de ordem social, econômica ou ambiental.

 

Competência de área 6 – Apropriar-se de conhecimentos da física para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científico-tecnológicas. 

H20 – Caracterizar causas ou efeitos dos movimentos de partículas, substâncias, objetos ou corpos celestes.

H21 – Utilizar leis físicas e (ou) químicas para interpretar  processos naturais ou tecnológicos inseridos no contexto da termodinâmica e(ou) do eletromagnetismo.

H22 – Compreender fenômenos decorrentes da interação entre a radiação e a matéria em suas manifestações em processos naturais ou tecnológicos, ou em suas implicações biológicas, sociais, econômicas ou ambientais.

H23 – Avaliar possibilidades de geração, uso ou transformação de energia em ambientes específicos, considerando implicações éticas, ambientais, sociais e/ou econômicas.

 

Competência de área 7 – Apropriar-se de conhecimentos da química para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científico-tecnológicas.

H24 – Utilizar códigos e nomenclatura da química para caracterizar materiais, substâncias ou transformações químicas.

H25 – Caracterizar materiais ou substâncias, identificando etapas, rendimentos ou implicações biológicas, sociais, econômicas ou ambientais de sua obtenção ou produção.

H26 – Avaliar implicações sociais, ambientais e/ou econômicas na produção ou no consumo de recursos energéticos ou minerais, identificando transformações químicas ou de energia envolvidas nesses processos.

H27 – Avaliar propostas de intervenção no meio ambiente aplicando conhecimentos químicos, observando riscos ou benefícios. 

Competência de área 8 – Apropriar-se de conhecimentos da biologia para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científico-tecnológicas. 

H28 – Associar características adaptativas dos organismos com seu modo de vida ou com seus limites de distribuição em diferentes ambientes, em especial em ambientes brasileiros.

H29 – Interpretar experimentos ou técnicas que utilizam seres vivos, analisando implicações para o ambiente, a saúde, a produção de alimentos, matérias primas ou produtos industriais.

H30 – Avaliar propostas de alcance individual ou coletivo, identificando aquelas que visam à preservação e a implementação da saúde individual, coletiva ou do ambiente.

A seguir, um vídeo explicativo sobre a matriz de referência de Ciências da Natureza e suas Tecnologias:

 

 

 

Bomba de sódio e potássio: transporte ativo

A célula apresenta um envoltório que a separa do meio externo, denominado de membrana plasmática. Essa membrana é fluida e apresenta canais proteicos que permitem a passagem de determinados tipos de substâncias, definindo a sua permeabilidade seletiva.

Existem alguns íons que são fundamentais para o funcionamento e equilíbrio celular, presentes em concentrações diferenciadas entre o meio intra e o meio extracelular.

*íons são elementos químicos que perdem (cátions) ou ganham (ânions) elétrons. Os que ganham ficam carregados positivamente, e os que perdem ficam negativamente carregados.

Para manter as concentrações adequadas desses íons, existem as bombas de sódio e potássio, que são uma forma de transporte ativo, ou seja, com gasto de energia na forma de ATP (Trifosfato de Adenosina).

É importante conhecer o transporte ativo de íons por meio das bombas de sódio e potássio, pois esse processo está relacionado com a contração muscular e com o funcionamento do sistema nervoso, pois as bombas possibilitam a transmissão de impulsos nervosos.

Sendo assim, irei lhe apresentar mais detalhes sobre o assunto, vamos lá! 

COMO FUNCIONA UMA BOMBA DE SÓDIO E POTÁSSIO?

O sódio é representado pelo íon (cátion) Na+ e o potássio pelo íon (cátion) K+. Elementos carregados positivamente, pois perderam elétrons.

Normalmente, a concentração de  de Na+ é maior no meio extracelular e a de K+ é maior dentro da célula. A imagem, a seguir, representa as concentrações naturais do sódio e do potássio no meio intra e extracelular:

Concentrações de sódio e potássio na célula em condições normais.

Como os solutos tendem a manter um equilíbrio em suas concentrações, através do processo de difusão, o Na+ entra na célula e o K+ sai para o meio extracelular!

 

*Difusão: transporte passivo (sem gasto de energia), em que as partículas se locomovem do meio mais concentrado para o menos concentrado. Isso é possível devido a quantidade de energia cinemática existente nessas partículas (íons).

 

Porém esse processo de difusão não é adequado para o funcionamento do metabolismo celular, é necessário que haja diferença de concentração de íons entre o meio externo e interno da célula (como evidenciado na imagem anterior, com maior concentração de potássio dentro da celular e maior concentração de sódio fora) e é aqui que entra a bomba de sódio e potássio na história! Ela vai promover essa diferença!

 

A bomba de sódio e potássio precisa de dois fatores para poder funcionar:

 

A) A presença de proteínas transmembranas (com sítios de ligação para os íons Na+ e K+) na bicamada celular;

B) O gasto de Energia (ATP se converte em ADP), por isso é um transporte ativo.

 

E ocorre através das seguintes etapas:

 

1. O Na+ intracelular se liga a proteína transmembrana e o ATP também. O ATP (Adenosina trifosfato) perde um fosfato após se ligar à proteína, sendo liberado na forma de ADP (Adenosina difosfato).

 

2. O fosfato que foi perdido pelo ATP fica ligado à proteína e isso altera a estrutura tridimensional dela, provocando a saída de 3 íons de Na+ da célula para o meio extracelular.

 

3. Logo após a saída do Na+, 2 íons K+ se ligam aos seus sítios na proteína transmembrana. Provocando a liberação do grupo fosfato, a volta da forma normal da proteína e com isso, a entrada de 2 íons K+ na célula!

Dica: compare o fosfato "perdido" pelo ATP, com um "passe" ou uma "chave" - pois ao se ligar à proteína, muda a sua forma, permite a entrada e saída do íons! 

 

Observe, atentamente, as etapas na imagem abaixo:

Funcionamento da bomba de sódio e potássio

TÓPICOS ABORDADOS

1. Definição de íons

2. Definição de bombas de sódio e potássio 

3. Funcionamento das bombas de sódio e potássio

- Concentrações adequadas de Na+ e K+ dentro e fora da célula

-Tendência ao equilíbrio através da difusão

- Necessidade de diferenças na concentração entre o meio interno e externo - Atuação da bomba

4. Fatores que permitem o funcinamento da bomba

- Proteínas transmembranas

- Energia na forma de ATP

5. Etapas do processo de transporte ativo pela bomba