Função Tubular

Função Tubular

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Capítulo

4 Função Tubular

Antonio Carlos Seguro, Lúcia H. Kudo e Claudia M. de B. Helou

Túbulo proximal Alça de Henle características de transporte de suas duas membranas: apical e basolateral (Fig. 4.2).

A membrana apical ou luminal, que está em contato direto com o fluido tubular, apresenta diferentes canais iônicos, carregadores, trocadores e co-transportadores, de acordo com as necessidades de transporte do segmento, além de bombas de transporte ativo, como a H -ATPase.

A membrana basolateral é a que está em contato com o espaço intercelular e o capilar peritubular. Além de canais e outros tipos de transportes facilitados, a membrana basolateral apresenta uma densidade variável de bombas, que utilizam a energia liberada pela hidrólise do ATP para transportar ativamente o Na para fora e o K para o interior da célula (Fig. 4.3). Essas bombas são na verdade enzimas transportadoras e são denominadas de Na ,K - ATPases. Em condições normais as Na ,K -ATPases distribuem-se apenas na face basolateral das células tubulares renais. Como esta enzima necessita de ATP, a sua distribuição nos segmentos do néfron é diretamente proporcional aos segmentos que possuem maior quantidade de mitocôndrias. Portanto, o túbulo contornado proximal e a porção espessa ascendente da alça de Henle são os segmentos do néfron que apresentam maior distribuição quantitativa da Na ,K -ATPase.

A maior parte do transporte de solutos e de água no epitélio renal é realizada pela via transcelular, ou seja, através da célula. Mas o fluido e os solutos podem atingir o

Túbulo contornado distal Túbulo de conexão Ducto coletor BIBLIOGRAFIA SELECIONADA ENDEREÇOS RELEVANTES NA INTERNET

O néfron é a unidade funcional do rim e é constituído pelo glomérulo e 14 segmentos tubulares. O trabalho de milhões de néfrons resulta na formação da urina. Cerca de 25% do plasma que atinge o rim são ultrafiltrados pelos glomérulos, levando à formação de 100 a 120 ml/min de ultrafiltrado em média no homem. Entretanto, apenas 1,2% desse volume é eliminado, e o restante reabsorvido da luz tubular para o espaço peritubular (Fig. 4.1).

Ao lado deste intenso processo de reabsorção temos outro, não menos importante, o de secreção tubular. Este se caracteriza pelo transporte de substâncias do espaço peritubular (vasos e interstício) para a luz tubular. Este processo permite a excreção pela urina de substâncias que não passaram pela barreira dos capilares glomerulares, como macromoléculas ou partículas ligadas a proteínas. Portanto, a formação da urina resulta de três processos:

1. Filtração glomerular 2. Reabsorção tubular 3. Secreção tubular

O túbulo renal é formado por uma parede de epitélio simples, ou seja, uma única camada de células que repousa sobre a membrana basal birrefringente. As células epiteliais renais são ditas polarizadas devido às diferentes

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14-20 mM/min

NaCl 1-2 kg/dia

TÚBULO DISTAL E COLETOR 60%-80%

ALÇA DE HENLE1-10 g 0,1%-1%

NaCl

Fig. 4.1 Filtração glomerular e reabsorção tubular de NaCl ao longo do néfron. Observe que apenas 0,1% da carga filtrada de NaCl é eliminada na urina.

Fig. 4.2 Célula do início e do final do túbulo proximal demonstrando o transporte de Na , Cl e H2O através das vias transcelular e paracelular.

Cl H O

CÉLULA INICIAL 70 mV capítulo 439

capilar pela via paracelular, que é através das junções estreitas (tight junctions) e do espaço intercelular, portanto, o movimento é realizado pela face lateral das células. As junções estreitas variam de morfologia e de componentes dependendo do segmento, e por isso são denominadas atualmente de complexos juncionais. É através da alta ou da baixa condutância dos complexos juncionais que se determina a resistência ao movimento molecular pela via paracelular em muitas células. Pode-se citar como exemplo o túbulo contornado proximal, que é considerado como segmento do néfron cujo epitélio é de vazamento devido à alta condutância do complexo juncional (Fig. 4.2). O contrário é observado no ducto coletor medular interno, onde as células epiteliais são fortemente aderidas devido à presença de complexos juncionais de baixa condutância, além de desmossomos.

O transporte de uma substância através de uma membrana epitelial pode ser feito por:

1. Mecanismo passivo 2. Mecanismo ativo

Nos processos de transporte passivo, o movimento transepitelial (reabsorção ou secreção) se faz sem gasto de energia, obedecendo às forças físicas como gradiente químico (reabsorção de uréia), pressão hidrostática (filtração glomerular), gradiente elétrico (reabsorção de cloretos no túbulo proximal) ou pela diferença de potencial eletroquímico ocorrido pelo transporte de algum íon, ou então pela força física resultante do movimento do arrasto do solvente (solvent drag). O transporte passivo pode ser então por simples difusão ou por difusão facilitada através de poros, carregadores ou canais existentes na membrana.

O processo de difusão simples através do epitélio ocorre com muitas substâncias ao longo do néfron, caracterizando-se pela migração transmembrana de uma substância apenas sob a ação do gradiente químico, elétrico ou então de pH. Neste caso a quantidade transportada dependerá apenas do gradiente existente e da maior ou menor permeabilidade da membrana em relação à substância a ser transportada.

Com relação ao solvente como a água, que também é reabsorvida em muitos segmentos do néfron, a difusão passiva se dá no túbulo renal por osmose, isto é, a água se movimenta do meio menos concentrado (com menor osmolalidade) para o mais concentrado (com maior osmolalidade). O coeficiente de reflexão do soluto, que pode variar de zero a um, é que determina o movimento da água através da membrana. Quanto maior o coeficiente de reflexão, maior a capacidade do soluto de produzir um movimento de água através da membrana. Isto é, o soluto que possui alto coeficiente de reflexão exerce maior pressão osmótica para um mesmo gradiente de concentração. A osmose determina a reabsorção de 9% da água filtrada pelo glomérulo, e é este tipo de transporte que permite a formação de urina concentrada (alta osmolalidade).

Fig. 4.3 Estrutura da Na -K -ATPase. (A) A bomba pode ser um heterodímero , . A subunidade contém os sítios de ligação para Na (1), para ATP (4), para fosforilação (5), para K (2) e para ouabaína (3). (B) O painel inferior mostra a subunidade atravessando a membrana sete a oito vezes. A subunidade , que é glicosilada em sua porção extracelular, atravessa somente uma vez a membrana. A função da subunidade não é conhecida, mas ela é indispensável para o completo funcionamento da Na -K - ATPase.

2K Ouabaína

Citoplasma

3 Na Mg ATPMg ADP + P a b

Pontos-chave:

•A formação da urina se deve à filtração glomerular e ao trabalho do epitélio tubular em processos de reabsorção e secreção

•O transporte tubular se faz pelas vias transcelular e paracelular através dos complexos juncionais

•O gradiente eletroquímico gerado pela

Na ,K -ATPase inserida na membrana basolateral é o responsável por diversos transportes que ocorrem na membrana luminal

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O gradiente gerado por pH também pode induzir difusão passiva de uma substância pela membrana epitelial. Provavelmente devido à natureza hidrofóbica da membrana celular, formas não-ionizadas de ácidos e bases fracas penetram mais rapidamente do que formas ionizadas. Considerando que em muitos segmentos do néfron o pH do fluido tubular difere do existente no espaço peritubular, a geração de um gradiente de pH favorece a difusão de ácidos e bases fracas pelo epitélio. Se o pH do fluido tubular for mais ácido, como ocorre normalmente, o gradiente resultante favorecerá a reabsorção de ácidos fracos do lúmen para o espaço peritubular. Mesmo que a concentração do ácido fraco seja idêntica nos dois lados do epitélio, o baixo pH luminal favorecerá a não-dissociação do ácido e portanto a sua difusão do espaço luminal para o peritubular. Entretanto, se o pH luminal for mais elevado que o do espaço peritubular, a dissociação do ácido será favorecida, resultando em menor reabsorção, por ser esta forma menos permeável (Fig. 4.4).

O inverso ocorre com bases fracas. A acidificação do fluido tubular aumenta a dissociação de bases fracas, dificultando então a sua difusão do lúmen para o espaço peritubular (Fig. 4.4).

Em resumo, a evidência de transporte passivo originase de duas observações básicas: 1a) desaparecimento do transporte quando se abole ou anula o gradiente elétrico e/ou químico; 2a) quando o uso de inibidores metabólicos não altera o transporte da substância em estudo.

No caso de transporte ativo, a reabsorção ou a secreção de uma determinada substância se faz contra gradiente elétrico, químico ou ambos, e por conseguinte é feita à custa de energia. No transporte ativo temos uma dependência imediata do metabolismo celular, e a inibição deste determina a parada do transporte.

Os transportadores que utilizam diretamente a energia liberada pela hidrólise do ATP são considerados como elementos de transporte ativo primário e são chamados de bombas. Na verdade, as bombas são enzimas que possuem um sítio de ligação para o ATP e por isso são também conhecidas como ATPases. A fosforilação destas enzimas permite que íons sejam transportados contra gradientes químicos e/ou elétricos (Fig. 4.3). Um bom exemplo é a Ca -ATPase, que ativamente transporta o Ca do intracelular, cuja concentração é de 100 a 150 nM, para o interstício, onde a concentração deste íon é aproximadamente 6.0 a 10.0 vezes maior (1 mM).

A energia liberada por uma ATPase para o transporte de um íon pode induzir um gradiente eletroquímico que facilita o movimento desse íon a favor do gradiente gerado. A este transporte iônico pode-se acoplar um outro soluto que poderá ser na mesma direção, co-transporte, ou em sentido oposto, antiporte. Por isso, este transporte acoplado é tido como transporte secundariamente ativo (Fig. 4.2).

Como exemplo de co-transporte secundariamente ativo podemos citar o de Na -glicose que existe na face luminal das células do túbulo proximal. As Na ,K -ATPases presentes na face basolateral dessas células geram um gradiente eletroquímico que facilita a entrada de Na pela face luminal (Fig. 4.2). Esta entrada pode ser através de uma proteína transportadora que possui sítios específicos para Na e para glicose (Fig. 4.5). Primeiro, o Na se liga ao seu respectivo sítio e produz uma alteração na conformação protéica do carregador, expondo o sítio para a ligação da glicose. Essa segunda ligação (glicose e receptor) provoca uma nova alteração na estrutura da proteína, permitindo que tanto o Na quanto a glicose atravessem a membrana. Portanto, Na e glicose passam pela membrana lipoprotéica utilizando a energia liberada pela Na ,K -ATPase. A florizina pode inibir este co-transporte, competindo com a glicose pelo mesmo sítio de ligação no carregador. A ligação da florizina ao sítio não promove a segunda alteração na proteína carregadora, impedindo então o co-transporte Na -glicose (Fig. 4.5).

Em muitos segmentos do néfron a secreção de H ocorre através do transportador Na -H . Este sistema trocador de íons é também secundariamente ativo, pois a secreção de H para a luz tubular é feita acoplada a um movimento contrário de Na . O Na movimenta-se da luz para o intracelular a favor de gradiente eletroquímico gerado pela atividade da Na ,K -ATPase (Fig. 4.2).

Convém também citar um tipo especial de transporte ativo, que é a endocitose. Macromoléculas são reabsorvidas através do seu envolvimento pela membrana apical, resultando em invaginações e formação de vacúolos. Quando o conteúdo dos vacúolos é de substâncias sólidas, esse processo recebe o nome de fagocitose, e quando o vacúolo é formado por fluido, a denominação é de pinocitose. No citoplasma, o material fagocitado pode sofrer ações de digestão. A extrusão do conteúdo vacuolar para o extracelu- pH 5,5pH 7,4 PERITUBULAR pH 8,5 B pH 7,4 PERITUBULARLUZ TUBULAR

Fig. 4.4 Difusão transtubular à custa de um gradiente de pH. Esquema A: reabsorção de um ácido fraco (HA) e ausência de reabsorção de base fraca (BOH) em virtude de o pH do fluido tubular ser inferior ao peritubular. Esquema B: reabsorção de uma base fraca (BOH) e não-reabsorção de ácido fraco decorrente de um pH urinário alcalino.

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lar recebe o nome de exocitose e consiste na fusão da membrana vacuolar à membrana basolateral da célula e conseqüente extrusão do conteúdo do vacúolo para o espaço extracelular.

Nos túbulos renais o transporte de macromoléculas é representado principalmente pela reabsorção de proteínas filtradas pelo glomérulo, que ocorre logo no primeiro segmento do néfron, túbulo contornado proximal.

Pontos-chave:

•Transporte passivo: difusão, difusão facilitada, “solvent-drag”

•O transporte ativo é realizado por ATPases, enzimas que hidrolisam o ATP

•O gradiente eletroquímico gerado pelas

ATPases pode permitir o transporte secundário de outros íons

Didaticamente podemos dividir os processos reguladores de transporte em: fatores cinéticos, endocitosesexocitoses e segundos mensageiros.

Os fatores cinéticos modulam a velocidade de transporte alterando a concentração de solutos. O transporte de uma substância pode ser saturável ou insaturável, independente de ele ser ativo ou passivo.

Um transporte é classificado como saturável quando a quantidade da substância transportada na unidade de tempo aumenta até um certo limite, acima do qual o aumento da substância a ser transportada não mais incrementa o transporte, pois alcançou o transporte máximo, Tm. Portanto, quando se atinge o Tm de uma substância, nem a adição de energia, no caso de transporte ativo, nem o aumento do gradiente químico e/ou elétrico, no caso de transporte passivo, aumenta o transporte.

A existência de um transporte máximo saturável pode ser decorrente de vários mecanismos:

1.Existência de um carregador auxiliando no transporte.

Então, o Tm da substância a ser transportada é determinado pela quantidade de carregadores existentes, ou, então, se o sítio de ligação a uma determinada substância apresenta afinidade a uma outra, resultando em um processo de competição. A galactose por exemplo compete com a glicose pelos mesmos receptores da proteína carregadora presente no túbulo contornado proximal.

2.Limite de energia para transporte ativo. Por exemplo, o

Tm de glicose pode ser diminuído pela presença de transporte de fosfato que compete pela energia liberada pela Na ,K -ATPase. 3.Limite do gradiente eletroquímico gerado pelo transporte ativo. Assim, uma substância ou íon sendo transportado da luz tubular para o espaço peritubular por um

Fig. 4.5 Representação esquemática do co-transporte Na -glicose. Os sítios de ligação de sódio e glicose na proteína transportadora localizam-se no lado externo da membrana celular. A ligação do sódio causa alteração estrutural na enzima transportadora, resultando na exposição do sítio de ligação à glicose. A interação glicose e receptor induz uma segunda alteração estrutural que permite a passagem do Na e da glicose para o interior da célula. A florizina pode competir com a glicose pelo receptor. Entretanto, a ligação florizina-receptor não induz alteração estrutural, impedindo então que tanto florizina quanto Na sejam transportados para o intracelular.

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