Biologia Unidade 1 Obtenção de matériapelos seres heterotróficos

Biologia Unidade 1Seres heterotróficos seres vivos que efectuam a síntese de moléculas orgânicas, utilizando moléculas orgânicas que fazem parte dos alimentos.

Seres

Autotróficos

HeterotróficosMacroconsumidores

Microconsumidores

Fotossintéticos

Quimiossintéticos

Que estratégias utilizam os seres heterotróficos para obter alimentos?

Cortar os alimentosEstrangularApetite vorazLongo bico para captar alimentoPatas altas e boa visãoPicadela para sugar sangue….

Dos seres unicelulares aos seres pluricelulares

Substâncias simples (nutrientes)

Alimentos - substâncias complexas

(processo da digestão)

Biologia Unidade 1

Digestão ocorre no interior da própria célula.

Seres multicelulares Extracelularmente, em cavidades, e em muitos casos em órgãos especializados.

Seres unicelulares

A vida das células depende, assim, do movimento de substâncias através da membrana celular.

Mas, mesmo nestes organismos, é nas células que as substâncias resultantes da digestão vão ser utilizadas.

Biologia Unidade 1

Como está organizada a membrana celular?

A membrana é umaestrutura selectiva.

A membrana celular constitui um elemento de controlo das substâncias que se movimentam do meio externo para o meio interno e vice-versa.Esse intercâmbio efectua-se através da membrana celular, cujo arranjo molecular condiciona as respectivas permutas.

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A membrana apresenta maiorpermeabilidade para umassubstâncias do que para outras, sendo mesmo impermeáveis a alguns compostos.

Biologia Unidade 1Ultra-estrutura da membrana celular

mantém a integridade da célula e assegura duas funções complementares:barreira de separação entre dois meios distintos;

superfície de troca de substâncias, de energiae de informação entre esses meios.

A membrana plasmática

Composição químicaComplexos lipoproteicosGlícidosLípidos: Fosfolípidos

ColesterolGlicolípidos

Composição estrututral

Modelos da membrana

Biologia Unidade 1 Os modelos vão sendo substituídos por outros na medida em que deixam de responder aos problemas que se levantam.

Após conhecer-se o comportamento dos fosfolípidos em presença da água

e sabendo que existe água tanto no meio extracelular como no meio intracelular,

admitiu-se que a membrana deveria ter uma estrutura complexa, na qual os fosfolípidos formariam uma bicamada.

As cabeças polares estariam viradas para o meio extracelular e intracelular, respectivamente, e as cadeias hidrofóbicas voltadas umas para as outras.

Modelos de Estrutura Molecular da Membrana Modelos de Estrutura Molecular da Membrana PlasmPlasmáática tica

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Langmuir – início séc. XX

Gorter e Grendel – 1925

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Danielli e Davson admitiram, em 1935, que a membrana deveria ser uma estrutura complexa, na qual os fosfolípidos formariam uma bicamada.As cabeças polares estariam viradas para o meio extracelular e intracelular, respectivamente, e as cadeias hidrofóbicas voltadas umas para as outras.

As zonas hidrofílicas dos fosfolípidos estariam ligadas às proteínas, formando uma camada contínua, quer na superfície externa quer na superfície interna.

Davson e Danielli – 1935

Biologia Unidade 1Este modelo não explicava a permeabilidade das membrana a iões e a substâncias polares.

A disposição em bicamada dos fosfolípidos garantia que as cadeias hidrofóbicas ficassem estabilizadas,

enquanto que as proteínas se ligavam às extremidades hidrofílicas dos lípidos.

As interrupções na bicamada lipídica, constituindo porosrodeados por moléculas de proteínas, formariam passagens, através das quais poderiam circular os iões e as substâncias polares como a água.

As substâncias não polares entrariam directamente, atravessando a zona fosfolipídica.

Danielli e Davson apresentaram em 1954 um modelo de estrutura membranar que procurava explicar as propriedades da membrana.

Biologia Unidade 1Modelo reformulado deDavson e Danielli – 1954

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No início da década de 50 do século xx, o microscópico electrónico permitiu a observação da ultra-estrutura de membranas, que surge formada por duas zonas escuras, separadas por uma banda clara.

Membrana plasmática em corte transversal (ME – 200 000X) e respectivo esquema interpretativo.

Biologia Unidade 1Foto de

Microscópioelectrónico

1 banda clara correspondia às zonas hidrofóbicas dos fosfolípidos

2 zonas escuras correspondiam às proteínas e aos pólos hidrófilicos dos fosfolípidos

Ultra-estruturada membrana

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Em consequência de novas pesquisas, outros dados foram surgindo, os quais não eram conciliáveis com o modelo adoptado.

Biologia Unidade 1

Biologia Unidade 1

Segundo este modelo:

A membrana plasmática é constituída por uma bicamadafosfolipídica.

A membrana não é sólida, pois nela existe proteínas e essencialmente os fosfolípidos apresentam movimentos:

Laterais – na mesma camada, bastante comuns;

Transversais - também conhecidos como movimentos flip-flop, entre camadas, raros.

Isto permite uma grande fluidez da membrana.

Biologia Unidade 1 Mobilidade dos fosfolípidos

Movimentos de flip-flopOu de cambalhota

Movimentos de difusão lateral

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Segundo este modelo, a membrana citoplasmática é uma estrutura fluida na qual as moléculas não ocupam posições rígidas.

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Proteína extrínsecaou periférica: não penetra na bicamada

BicamadaFosfolipídica

Glicolípido

Proteínas intrínsecasou integrada atravessam toda a bicamada fosfolipídica

Colesterolentre os

fosfolípidos:

Fosfolípidos

Colesterol

Glicolípidos

Complexos lipoproteicos (proteínas, lípidos e hidratos de carbono)

Fitoesteróis (membranas de células vegetais)

LLíípidos da membrana pidos da membrana

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Transporte de materiais através da membrana plasmática.

Que processos asseguram o transporte de substâncias através da membrana celular?

Activo(Contra o gradiente de concentração)com gasto de energia

Osmose Difusão simples Difusão facilitada

Passivo(a favor do gradiente de concentração)sem gasto de energia

Principais tipos de movimentos de

substâncias através da membrana citoplasmática

Transporte não mediado (osmose e difusão simples)Mecanismos de

troca de materiais Transporte mediado(difusão facilitada e transporte activo)

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Trocas gasosas ao nível dos alvéolos pulmonares

Bronquíolos

Dióxido de Carbono (CO2)

Capilar sanguíneoAlvéolosOxigénio (O2)

Exemplo

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Transporte não mediado

No movimento de água e de outras substâncias entre a célula e o meio não intervêm moléculas transportadoras.

Muitas substâncias atravessam a membrana plasmática, ocorrendo esse movimento a favor do gradiente de concentração, ou seja, do meio em que se encontram em maior concentração para o meio onde se encontram em menor concentração. Esse movimento é regulado pelas leis físicas de transporte através de um membrana permeável.

Difusão de dois solutos diferentes separados por uma membrana permeável a ambos.

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DIFUSÃO SIMPLES: Processo de transporte em que as partículas de uma substância se movimentam de zonas onde a sua concentração é maior para zonas em que a concentração é menor. A favor do gradiente de concentração.

A permeabilidade da bicamada lipídica

depende:

do tamanho das moléculas; da respectiva carga eléctrica;e da solubilidade nos lípidos.

Por isso mesmo, alguns iões e moléculas polares sem carga não conseguem transpor a bicamada fosfolipídica.

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A água é uma substância indispensável à actividade celular.

Ela transpõe constantemente a membrana plasmática num e noutro sentido,

sendo a sua movimentação controlada por fenómenos físicos.

Movimento da água – Osmose

Osmose movimento de moléculas de água entre dois meios separados por uma membrana

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No dispositivo experimental a água pura está separada de uma solução por uma membrana permeável à água mas não às substâncias dissolvidas.Nestas condições a água movimentar-se-ia para o lado esquerdo do tubo e o nível da solução subiria.Para impedir o movimento da água, exerce-se uma força com um pistão sobre o topo da solução até ficar constante o nível nos dois ramos do tubo.

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O modelo representado evidencia:

Pressão osmótica é a pressão necessária para contrabalançar a tendência da água se mover através de uma membrana selectivamente permeável, da região onde há maior quantidade de moléculas de água para a região onde há menor quantidade de moléculas de água.

Solução = solvente + soluto

Exemplos:Glicose, glicerina, aminoácidos. e vitaminas

ÁguaPlasma

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Biologia Unidade 1A pressão osmótica da água pura é zero.

Solução IElevada concentração de água

Elevado potencial de águaBaixa concentração de soluto

HIPOTÓNICA

Tem uma pressãoosmótica baixa

Solução IIBaixa concentração de água

Baixo potencial de águaElevada concentração de soluto

HIPERTÓNICA

Tem uma pressãoosmótica elevada

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Soluções

Hipotónica

Hipertónica

Isotónica

Esta classificação é em relação ao soluto

e não ao solvente

Nota: esta classificação de soluções só é usada quando se compara 2 soluções.

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Transporte passivo Transporte activo

Substância que se movimenta.

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A favor do gradiente de concentração movimento do soluto do meio onde está mais concentrado para o meio onde estámenos concentrado.

Nota: se for em relação à osmose, corresponde ao movimento de água do meio com alto potencial de água para o meio com baixo potencial de água.

Quanto maior for a diferença de concentração de soluto nos dois meios maior é a velocidade de entrada.

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A existência de sais minerais, açúcares e outras substâncias dissolvidas no citoplasma confere às células uma pressão osmóticaespecífica.

A água tende, portanto, a mover-se de uma região com menor pressão osmótica (solução hipotónica) para uma região com maior pressão osmótica (solução hipertónica).

No caso de o meio extracelular ser isotónico em relação ao meio intracelular, as células recebem água ao mesmo ritmo com que a perdem.

Biologia Unidade 1Na situação A, as células das pétalas foram montadas em água destilada,

que constitui um meio hipotónico em relação ao meio intracelular. Em consequência, o movimento de água

processou-se do meio extracelular para o interior das células, que ficaram túrgidas.

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Na situação B, o meio extracelular, solução de cloreto de sódio a 12 %,

é hipertónico em relação ao meio intracelular.

Por isso houve saída de água do meio intracelular,

onde ela existe em maior concentração, para o meio exterior, com menor concentração de água.

Em consequência desse movimento de água, as células ficaram plasmolisadas.

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Em células animais, os mecanismos de transporte da água através da membrana são semelhantes aos que ocorrem nas células das plantas.

Simplesmente, devido à ausência de parede esquelética, o comportamento das células é algo diferente.

Como se comportam os glóbulos vermelhos quando mergulhados em soluções de diferente concentração?

Normalmente as hemácias estão em suspensão no plasma, que é isotónico em relação ao conteúdo celular.

As hemácias humanas apresentam a forma característica de discos bicôncavos (situação A).

A

Biologia Unidade 1No caso de o meio ser hipotónicorelativamente ao meio intracelular,

B

ocorre entrada de água

e o volume das hemácias aumenta (situação B).

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No entanto, se os glóbulos vermelhos forem colocados numa solução hipertónica em relação ao conteúdo celular, perdem água,

ficando a superfície externa enrugada (situação C).

C

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Se o meio for fortemente hipotónicoem relação ao interior das células,

verifica-se um aumento de volume tão acentuadoque a membrana celular rompe,

extravasando o conteúdo da célula.

Dá-se a lise (destruição) celular, que, no caso concreto das hemácias, se denomina hemólise (situação D).

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A lise celular sucede nas células animais, por não existir a parede esquelética. Nas células das plantas,das bactérias e dos fungos, a parede esquelética exerce uma pressão, pressão de parede, em sentido contrário, o que condiciona a quantidade de água que penetra na célula, impedindo o seu rebentamento.

Célula plasmolisada

Diminuição do tamanho dos vacúolos, sem alteração do volume celular. Retracção do citoplasma que apenas

se liga à parede celular pelos plasmodesmos.

Célula túrgida

Aumento do tamanho dos vacúolos e do volume

citoplasmático. A parede celular impede a

lise celular.

Célula normal

Mantém-se o volume celular.CÉLULA

VEGETAL

Célula plasmolisada

Diminuição de volume celular por retracção da

célula.

Célula túrgida ou com lise celular

Aumento do volume celular, podendo ocorrer rebentamento.

Célula normal

Mantém-se o volume celular.

CÉULA ANIMAL

SOLUÇÃO HIPERTÓNIC

A

SOLUÇÃO HIPOTÓNICA

SOLUÇÃO ISOTÓNICA

Osmose em cOsmose em céélulas vegetais e animais lulas vegetais e animais

Biologia Unidade 1

Biologia Unidade 1

Comportamento das Comportamento das hemhemááciascias em meios com em meios com diferentes concentradiferentes concentraçções ões

Célula normal Célula túrgida Célula plasmolisada

Biologia Unidade 1

Alterações do volume vacuolar em células vegetais

Células em meio isotónico

Biologia Unidade 1 Células em meio hipotónico

Biologia Unidade 1

Células em meio hipertónico

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não mediadosas substâncias transpõem a

membrana sem intervençãoespecífica de moléculas

transportadoras.

mediadossão proteínas membranares

que transportam as substânciasdo meio extracelular para o

meio intracelular e vice-versa.

Através da membrana ocorrem movimentos

osmose

difusão simples

transporte activo

difusão facilitada

Biologia Unidade 1

Biologia Unidade 1Transporte mediado

Transporte Passivo Mediado

Apesar do carácter hidrofóbico da bicamada lipídica dificultar apassagem de iões e moléculas polares, verifica-se que asmembranas plasmáticas são permeáveis a:

Diversos iões como Na+, K+ ou Ca2+

Moléculas polares como açúcares ou aa.

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Como explicar esta permeabilidade?

Através de proteínas específicas da membrana que intervêmcomo proteínas transportadoras.

Difusão facilitada

Ligam-se transitoriamenteà substância a transportar transferindo-as para o outro lado da membrana.

Proteínas canal

Proteínas permeases

Canais hidrofílicos

Canais iónicos

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TRANSPORTE MEDIADO Processo de transporte através da membrana celular em que as partículas de uma substância tendem a movimentar-se com a intervenção de proteínas transportadoras.

DIFUSÃO FACILITADA Processo de transporte de substâncias a favor do gradiente de concentração. É mediado por proteínas transportadoras (permeases) e pensa-se que ocorre sem mobilização de energia pela célula.

Exemplos:

GlicoseGlicose

AminoAminoáácidoscidos

glicerina

certas vitaminas.

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Elevada

Baixa

Permease

Con

cent

raçã

ode

sol

uto

Admite-se que o processo considerado se efectua em três etapas:

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combinação da molécula a transportar com a proteína transportadora na face externa da membrana plasmática;

passagem da molécula através da membrana e sua separação da proteína transportadora;

regresso da proteína transportadora à forma inicial.

Como funcionam as permeases?

As proteínas transportadoras têm locais específicos a que se ligam as moléculas ou iões a transportar, podendo intervir de diversas formas.

Algumas dessas proteínas ligam-se por algum tempo às moléculas ou iões e, alterando a sua forma, transferem-nas para o interior do hialoplasma, retornando depois à forma inicial.

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Exemplo:A entrada de glicerina em diversas variedades de uma bactéria (bacilo subtil) apresenta aquelas características – difusão facilitada (B) enquanto noutras variedades da mesma bactéria tal não acontece, verificando-se uma difusão simples (A) da glicerina.

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Na difusão simples a velocidade de movimentação do soluto é directamente proporcional à diferença de concentração entre os dois meios (intracelular e extracelular). É o que se verifica com a entrada de glicerina em determinada variedade do bacilo subtil (A).

Quanto maior for a concentração de glicerina, maior é a velocidade de penetração através da membrana.

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No entanto, quando a concentração de glicerina no meio érelativamente baixa, vai existir uma competição entre os dois tipos de bactérias.

Nestas circunstâncias, a velocidade de penetração de glicerina no caso B (difusão facilitada) é maior, o que indica que as bactérias que possuem esse tipo de transporte estão em vantagem nesse meio.

No mecanismo de transporte da glicerina, na situação B (difusão facilitada), intervêm proteínas transportadoras da membrana, chamadas permeases.

O gráfico ao lado representa a variação da taxa de difusão de duas substâncias

distintas, A e B, face à diferença de concentração dessas substâncias nos

meios intra e extracelular.A substância A atravessa a

membrana plasmática através de difusão facilitada e a substância B

através de difusão simples.

Como é possível observar no gráfico, devido à intervenção das

proteínas transportadoras na difusão facilitada (A), a velocidade

de difusão neste processo ésubstancialmente maior.

Legenda: Gráfico comparativo da taxa de difusão de substâncias em função da diferença de concentração entre os meios nos processos de difusão facilitada (A) e difusão simples (B).

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A velocidade de transporte da substância aumenta com a concentração dessa substância, mas quando todos os locais de ligação das permeases estão ocupados, isto é quando as proteínas transportadoras ficam saturadas, a velocidade de transporte mantém-se constante, mesmo que aumente a concentração da substância.

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A glucose e outras moléculas polares podem atravessar a membrana através do processo de difusão facilitada. Estas moléculas entram na célula ajudadas por proteínas da membrana (permeases). As proteínas ligam-se as moléculas a transportar, sofrem alteração na sua configuração, permitindo que as moléculas atravessem a membrana. Uma vez libertadas as moléculas no interior da célula, as permeasesvoltam ao seu estado inicial.

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Este processo, aparentemente sem gasto de energia, envolve a intervenção de proteínas, por isso, as alterações de temperatura e a presença de venenos afectam o transporte, pois podem provocar a desnaturação (alteração da estrutura) das proteínas envolvidas. Do mesmo modo, também e explicado que a velocidade de difusão facilitada não depende apenas da concentração da substancia a transportar, mas também do numero de permeases disponíveis para mediar o transporte. Quando todas as proteínas estão envolvidas no transporte, dizemos que estas ficam saturadas, estabilizando a velocidade da difusão.

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TRANSPORTE ACTIVO: Processo de transporte mediado que se realiza com dispêndio de energia pela célula e contra o gradiente de concentração, ou seja, as substâncias são transportadas do local onde a concentração é mais baixa para o local onde a concentração é mais elevada.

A célula pode manter uma ou várias substâncias em concentrações muito diferentes nos meios intracelular e extracelular.

Biologia Unidade 1

>>>

Meio envolvente

Biologia Unidade 1

<>

Já nas células de Halicystishá uma maior concentração do ião K+ dentro da célula, enquanto que a concentração de Na+ se mantém inferior àquela que existe na água.

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Após a morte das células os iões difundem-se rapidamente, até que as concentrações intracelular e extracelular se igualem. O facto de a inibição da respiração impedir a manutenção das diferenças de concentração levou a pensar que este transporte implica dispêndio de energia por parte da célula, sendo por isso designado por transporte activo.

Biologia Unidade 1

Um outro exemplo de uma situação em que ocorre transporte activo verifica-se em hemácias. Estas células trocam certos iões (Na+, K+) com o meio, por transporte activo.A manutenção de certas substâncias em concentração diferente no interior e no exterior das células envolve transporte activo.

A célula mantém a diferença de concentração entre os dois meios porque:O sódio entra para a célula por difusão (a favor do gradiente de concentração) e sai por transporte activo (contra o gradiente de concentração)

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O potássio sai da célula por difusão (a favor do gradiente de concentração) e entra por transporte activo (contra o gradiente de concentração).

Assim o meio extracelular apresenta sempre uma maior concentração de sódio e o intracelular, uma maior concentração de potássio.

Se as células forem privadas de ATP as concentrações de iões nos dois meios tornam-se iguais. O transporte activo deixa-se de poder realizar-se, continuando a verificar-se difusão até se igualarem as concentrações nos dois meios.

Biologia Unidade 1 Bomba sódio - potássio

Elevada Baixa

ElevadaBaixa

Con

cent

raçã

o do

Sód

io

Concentração do Potássio

Biologia Unidade 1

Biologia Unidade 1

Transporte activo- Transporte mediado

Neste processo, as proteínas transportadoras localizadas na membrana plasmática,

mediante a utilização de energia (resultante da hidrólise do ATP), transportam essas substâncias, contrariando as leis da difusão, ou seja, do local onde a concentração é mais baixa para o local onde a concentração é mais elevada.

Nesta situação, as proteínas transportadoras comportam-se como enzimas sendo designadas por ATPases (bombas). A bomba de sódio e potássio é um dos exemplos mais estudados de transporte activo. Neste caso, a mesma ATPase promove a movimentação do Na+ e do K+, através da membrana, contra um gradiente de concentração.

Biologia Unidade 1

Funcionamento da bomba de sódio e potássio

Através da hidrólise do ATP em ADP e Pi, a bomba de sódio e potássio promove a saída de três iões Na+ e a entrada de dois iões K+, assegurando assim a diferença de concentrações entre os meios intra e extracelular.

Biologia Unidade 1O transporte activo é, pois, um processo de transporte:

mediado

que se realiza com dispêndio de energia pela célula e contra o gradiente de concentração.

No transporte activo, ao contrário do que acontece na difusãofacilitada, as mudanças de forma nas proteínas

Transportadoras relacionam-se com a mobilização de energia celular, resultante da hidrólise do ATP.

Mediados: difusão facilitada transporte activo

Não mediados:osmose difusão simples

Transportes

Biologia Unidade 1

1. Em que sentido se processa o transporte activo?Do meio onde a concentração da substância é menor para o meio onde a concentração da onde a sua concentração é maior, ou seja contra o gradiente de concentração.

2. Relacione o sentido de transporte activo com o facto de dispender energia.

Há dispêndio de energia devido o transporte activo fazer-se contra o gradiente de concentração e também devido às mudanças de forma das proteínas transportadoras.

Transporte transmembranarPode ocorrer por

Transporte não mediado

Difusão simples

no caso da água

Osmose

é

Transporte mediado Transporte emquantidade

Transporte activo

Difusão facilitada

pode ser pode ser

Endocitose Exocitose

por exemplo

Fagocitose Pinocitose

intervêm

Permeases