Membrana plasmática e transporte através da membrana

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Membrana Plasmática 
• Uma bicamada de moléculas lipídicas na qual proteínas estão inseridas 
→ As proteínas realizam as demais funções da membrana e conferem características 
específicas a diferentes membranas 
• Barreira para impedir que o conteúdo celular extravase e se misture ao meio 
circundante 
• Comunicação celular, importação e exportação de moléculas, crescimento celular e 
sua mobilidade 
• Aumenta sua área pela adição de novos segmentos de membrana sem que ocorra 
perda da sua continuidade, deformação ou rompimento 
• Se perfurada, rapidamente sela o local da perfuração 
• Modelo válido para todas as membranas 
Bicamada Lipídica 
Lipídeos das membranas ➔ uma cabeça hidrofílica e uma cauda hidrofóbica (anfipáticas) 
→ Fosfolipídeos: uma cabeça hidrofílica contendo fosfato a um par de caudas 
hidrofóbicas. 
- Fosfolipídeos puros formam vesículas esféricas fechadas – lipossomos - quando 
expostos à água 
→ Formação da bicamada lipídica: em fosfolipídeos, a cabeça (hidrofílica) é atraída 
pelas moléculas de água, enquanto a cauda (hidrofóbica) tende a repelir a água e se 
agregar com outras moléculas hidrofóbicas ➔ energeticamente favorável 
 
* A presença de partes hidrofóbicas e hidrofílicas tem papel crucial no arranjo das moléculas 
lipídicas como bicamadas em meio aquoso 
→ Qualquer ruptura na bicamada cria uma extremidade livre exposta à água ➔ 
energeticamente desfavorável 
- As moléculas se rearranjam de maneira espontânea para eliminar a extremidade livre e a água 
➔ pode dobrar-se sobre ela mesma e se quebrar em pequenas vesículas fechadas 
Ambiente aquoso dentro da célula evita que os lipídeos da membrana escapem da bicamada, 
mas não impede que eles troquem de lugar umas com as outras 
→ Flexível (capaz de se curvar) e fluída 
→ Mobilidade das moléculas de fosfolipídeos: 
• Flip-flop: trocam de posição de uma monocamada para a outra; evento raro e por ação 
enzimática (não espontâneo) ➔ enzima: flipase (sabe qual fosfo. vai movimentar) 
• Flexão de cadeia: espontâneo 
• Rotação do fosfolipídeo em seu próprio eixo: espontâneo e rápido 
• Difusão lateral: espontâneo; moléculas lipídicas trocam de lugar com as moléculas 
adjacentes da mesma monocamada 
 
→ Fluidez da camada: facilidade com que as moléculas lipídicas se movem no plano da 
bicamada 
• Caudas de hidrocarbonetos saturados e insaturados: 
- Fluida: hidrocarbonetos insaturados impedem que as moléculas se agreguem, 
aumentando a fluidez da membrana ➔ a pequena “dobra” da insaturação dificulta 
o empacotamento das caudas umas contra as outras 
- Viscosa: hidrocarbonetos saturados se agregam aumentando s viscosidade da 
membrana 
• Colesterol no interior da membrana de uma célula animal: 
- O colesterol reduz a fluidez da memb. em temperaturas moderadas, reduzindo o 
movimento dos fosfolipídeos, mas as baixas temperaturas, impede a solidificação, 
rompendo a agregação regular dos fosfolipídeos ➔ impede a cristalização das 
cadeias hidrocarbonadas 
- Torna a bicamada mais rígida, menos flexível e menos permeável 
* preenche os espaços vazios entre as moléculas vizinhas de fosfolipídeos (“dobras”) 
→ Membrana e RE 
• Novos fosfolipídeos são sintetizados por enzimas ligadas à superfície citosólica do RE 
• Porções da membrana são continuamente destacadas do RE para formar pequenas 
vesículas esféricas que se fusionam a outras membranas, como as do Golgi. 
• Vesículas adicionais se destacam do Golgi e são incorporadas à mp 
• A membrana do Golgi contém outra família de enzimas que modificam fosfolipídeos - 
lipases – que removem fosfo específicos da metade da bicamada voltada para o espaço 
externo e os introduzem na monocamada citosólica 
- Inicia e mantém o rearranjo assimétrico dos fosfo. ➔ monocamada citosólica e 
monocamada não citosólica 
• As membranas são transportadas mediante processos de brotamento e fusão 
 
→ Glicolipídios 
• Lipídeos com distribuição assimétrica mais acentuada 
• Localizados na mp na metade não citosólica da bicamada 
• Grupo açúcar voltado para o exterior da célula ➔ faz parte de um revestimento 
contínuo de carboidratos que circulam e protegem as células animais 
• Adquirem seu grupo açúcar no Golgi, onde enzimas que catalisam essa modificação 
estão confinadas 
 
→ Fosfolipídeos e Glicolipídios 
• Distribuídos de modo assimétrico na bicamada lipídica da mp eucariótica 
- Camada não citosólica: fosfatidilcolina, esfingomielina, glicolipídios, colesterol 
(interior da bicamada) 
- Camada citosólica: fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilinositóis 
(sinalização celular), colesterol (interior da bicamada) 
Proteínas de membrana 
• Desempenham a maior parte das funções da membrana 
• Classe funcional: 
- Transportadoras: transportam nutrientes e metabólitos através da mp ex: bomba de 
Na+ 
- Canais iônicos: transportam íons através da mp ex: canal de vazamento de K+ 
- Âncoras: ancoram a mp a macromoléculas presentes em ambas as faces ex: 
integrinas 
- Receptoras: atuam como receptores que detectam sinais químicos no ambiente 
celular e os transmitem ao interior da célula ex: receptor do fator de crescimento 
derivado de plaquetas 
- Enzimas: atuam como enzimas que catalisam reações específicas na mp ex: 
adenilato-ciclase 
• Podem se associar à bicamada de diversas maneiras: 
- Proteínas transmembrânicas possuem parte da sua massa nos dois lados da 
bicamada; anfipáticas; se estendem pela bicamada como uma única α-hélice ou 
múltiplas α-hélices ou como folhas β associadas (barril β) 
- Localizadas quase inteiramente no citosol e se associam à metade citosólica da 
bicamada por meio de uma α-hélice anfipática exposta na superfície da proteína 
- Inteiramente externas à bicamada lipídica e conectadas à mp apenas por um ou 
mais grupos lipídicos covalentes ligados 
- Ligadas indiretamente a uma das faces da mp ou à outra, mantidas no lugar por 
meio de interações com outras proteínas de membrana; interações não covalentes 
e relativamente fracas 
 
• Proteínas integrais de membrana: diretamente ligadas à bicamada lipídica 
removidas apenas pela ruptura da bicamada com detergentes; visualização por 
criofratura ➔ transmembrânicas ou ligadas a um lipídeo 
• Proteínas periféricas de membrana: liberadas da mp por procedimentos de extração 
mais amenos que afetam interações proteína-proteína e mantêm a bicamada intacta 
• Proteínas transmembrânicas: 
- De passagem única: receptora de sinais extracelulares 
- Canais: atuam como canais formando poros aquosos transversais à bicamada, que 
permite a passagem através da membrana de pequenas moléculas solúveis em água, 
não podem ser formados por proteínas com uma única α-hélice transmembrânica 
- De passagem múltipla: uma ou mais regiões que atravessam a membrana são 
anfipáticas, formadas por α-hélices que contêm cadeias laterais de aminoácidos 
hidrofóbicos e hidrofílicos 
 
→ Micelas e a bicamada fosfolipídica 
• Micelas: lipídeos com apenas uma cauda hidrofóbica e são ligadas pelas interações 
hidrofóbicas ➔ aumento da entropia e da desordem 
 micelas bicamada 
• Lipossomos: fosfolipídeos com duas caudas hidrofóbicas, formam uma bicamada e 
são ligadas pelas interações hidrofóbicas ➔ aumento da entropia 
 
→ Córtex celular: 
• Rede de proteínas fibrosas que estabiliza a mp das células animais e está ligada à face 
interna da membrana 
- Exemplo: eritrócitos - seu córtex é a proteína dimérica espectrina (longa, fina e flexível) que 
forma uma rede que dá suporte à mp e mantém o formato bicôncavo da célula; a rede de 
espectrina é conectada à mp por meio de proteínas intracelulares de ligação que ligam as 
espectrinas a proteínas transmembrânicas específicas 
 
• Podem realizar a absorção seletiva de materiais do ambiente para alterar ativamente seu 
formato e para se moverem 
 
→ Domínios de membrana: 
• Mecanismos celulares para o confinamento de proteínas específicas em áreas localizadasda 
mp em bicamada, criando regiões de funções especializadas na superfície da célula ou de 
organelas 
 
Formação de células híbridas de humanos e camundongos mostra que algumas proteínas de 
membrana podem se deslocar lateralmente na bicamada lipídica 
- Inicialmente fusionadas, permanecem confinadas nas suas metades originais na mp da 
célula híbrida recém-formada. Após um curto intervalo de tempo, as proteínas começam a 
se misturar. 
- A mobilidade lateral das proteínas da mp pode ser limitada de diversas maneiras: 
 ➔ proteínas presas ao córtex celular dentro da célula 
 ➔ proteínas presas a moléculas da matriz extracelular 
 ➔ proteínas presas a proteínas da superfície de outra célula 
 ➔ proteínas restringidas a um domínio de membrana específico por barreiras de difusão 
 ex: células epiteliais do intestino 
→ Glicocálice: 
• revestimento de açúcar na face externa da mp onde localiza-se o carboidrato das 
glicoproteínas, dos proteoglicanos e dos glicolipídio. Ajuda na proteção da superfície 
celular contra danos mecânicos. 
 ➔ à medida que os oligossacarídeos e polissacarídeos absorvem água, eles conferem à 
célula uma superfície lubrificada, que auxilia as células móveis a se deslocarem em espaços 
pequenos e evita a adesão das células sanguíneas entre si ou à parede dos vasos sanguíneos 
• Os carboidratos da superfície celular protegem, lubrificam a célula, reconhecem e 
auxiliam na adesão celular 
• Lectinas: proteínas especializadas na ligação a cadeias laterais específicas de 
oligossacarídeos; proteína transmembrana nas células endoteliais dos vasos 
sanguíneos em respostas a sinais químicos oriundos dos locais de infecção 
➔ Essas proteínas reconhecem grupos de açúcar específicos em glicolipídios e glicoproteínas da 
superfície de neutrófilos (um tipo de leucócito) circulantes nos vasos sanguíneos. 
Consequentemente, os neutrófilos se aderem às células endoteliais que revestem as paredes dos 
vasos sanguíneos. Essa ligação não é muito forte, mas induz a formação de outras interações muito 
mais fortes, proteína- -proteína (não representadas), que ajudam os neutrófilos a se deslocarem 
entre as células endoteliais para que possam migrar da circulação sanguínea para o tecido do local 
de infecção 
 
• Glicoproteínas: proteínas na mp com pequenas cadeias de açúcares; fibronectina 
oligossacarídeos ligados a elas 
• Proteoglicanos: proteínas que contêm uma ou mais cadeias polissacarídicas longas; 
lâmina basal, matriza cartilagem hialina 
• Grupo sanguíneo ABO: oligossacarídeos na membrana (O - ausência; A, B e AB - 
presença) 
Transporte através de membranas 
• O interior hidrofóbico da bicamada lipídica cria uma barreira à passagem da maioria 
das moléculas hidrofílicas 
• A transferência de macromoléculas, algumas moléculas e íons ocorre por meio de 
proteínas de transporte de membranas especializadas que se estendem pela 
bicamada 
- Proteínas transportadoras: deslocam pequenas moléculas orgânicas ou íons 
inorgânicos de um lado para o outro 
- Proteínas de canais: formam pequenos poros hidrofílicos que cruzam a membrana, 
através dos quais as substâncias podem passar por difusão ➔ canais iônicos - íons 
inorgânicos 
• Os íons orgânicos mais importantes para as células são H+, Na+, K+, Ca2+, Cl- e seus 
movimentos através das membranas desempenha uma parte essencial em muitos 
processos biológicos, como a produção de ATP e a comunicação pelas células 
nervosas 
− Na+: íon mais abundante fora da célula 
− K+: íon mais abundante dentro da célula 
• A quantidade de carga positiva dentro da célula deve ser balanceada por uma 
quantidade de carga negativa quase exatamente igual, assim como a carga do 
líquido circundante 
• Potencial de membrana: diferença de voltagem gerada por desiquilíbrios elétricos 
com pequenos excessos de carga + ou -, concentradas na vizinhança da mp 
 
Princípios do transporte através da membrana: 
• Permeabilidade relativa da bicamada sintética à diferentes moléculas 
• A mp é fortemente impermeável à íons 
• Moléculas hidrofóbicas: passam pela bicamada com facilidade ex: O2, CO2, N2, 
hormônios esteroides 
• Pequenas moléculas polares não carregadas: passam pela bicamada com um pouco 
de dificuldade ex: H2O, ureia, glicerol, NH2 * 
• Grandes moléculas polares não carregadas: passam pela bicamada com dificuldade 
ex: glicose, sacarose * 
• Íons: não passam pela bicamada ex: H+, Na+, HCO3-, K+, Ca2+, Cl-, Mg2+ * 
* cruzam as bicamadas lipídicas muito lentamente por difusão simples ➔ acelerado pelo 
transporte facilitado 
* quanto menor a molécula e mais hidrofóbica, ou apolar, mais rapidamente ela se difundirá 
pela membrana 
 
→ Osmose: difusão da água através de uma membrana seletivamente permeável, seja 
artificial ou biológica 
• Água a favor do seu gradiente de concentração (área de mais baixa concentração de 
soluto para uma área de mais alta concentração de soluto) 
• Moléculas de água podem se difundir diretamente pela bicamada, porém seria um 
movimento lento ➔aquaporinas: proteínas canais especializadas que facilitam o fluxo 
da água 
• Osmolaridade: a concentração total de partículas de soluto dentro da célula costuma 
exceder a concentração de soluto fora da célula ➔ gradiente osmótico tende a puxar a 
água para dentro da célula 
• Se ocorrer sem limitação, pode fazer a célula inchar 
 
→ Balanço hídrico celular – tonicidade 
• Capacidade de uma solução em fazer a célula ganhar ou perder água 
- Solução hipotônica: lise celular, muita entrada de água para pouca saída 
- Solução isotônica: normal, entrada e saída de água proporcionais 
- Solução hipertônica: murcha, pouca entrada de água para muita saída 
 
Transporte passivo: 
• Difusão dos solutos através da membrana sem gasto de energia ➔ mais soluto se 
moverá para dentro do que para fora até que as duas concentrações se equilibrarem 
• A favor do gradiente de concentração 
• Tráfego através da membrana 
 ➔ difusão com um soluto: o movimento aleatório difunde do lado que está menos 
concentrado para o mais concentrado 
 ➔ difusão com dois solutos: cada um vai se mover na direção do seu gradiente de 
concentração (menos para mais concentrado) 
• Difusão facilitada: transporte passivo auxiliado por proteínas 
• Proteínas canais: aquaporinas, canais iônicos e canais com portões; sempre passivo 
• Proteínas transportadoras: carregadoras ou permeases ; apresentam curvas que 
nem as enzimas, mas não modificam o substrato 
 
 
→ Proteínas transportadoras: 
• Transfere apenas aquelas moléculas ou íons que servem nos seus sítios de ligações 
específicos na proteína 
• Permitem a passagem de solutos e moléculas polares: íons, açúcares, aminoácidos, 
nucleotídeos e metabólitos celulares 
• Têm especificidade através de sítios de ligação específicos para o soluto 
• São proteínas de passagem múltipla 
• Sofrem mudanças conformacionais 
• Sítios de ligação estão expostos em ambos os lados da membrana 
• Ligam-se ao soluto que irão atravessar, mas não o modificam 
• Semelhantes à enzima-substrato, mas não são enzimas 
• Pode ser bloqueada por inibidores competitivos e não competitivos 
 
→ Proteínas canais: 
• Quando um canal está aberto, qualquer íon ou molécula que seja suficientemente 
pequeno e carregue a carga apropriada pode atravessar 
• Todas as proteínas de canal proporcionam transporte passivo ou difusão facilitada ex: 
canais de água ou aquaporinas 
• Têm especificidade 
• Transportam íons ➔ filtros de seletividade: selecionam os tipos de íons a serem 
transportados 
• Formam poros 
• Apresentam maior velocidade de passagem dos solutos através dos poros 
• Ligam-se fracamente ao soluto que irão atravessar 
 
Transporte ativo: 
• Permite à célula manter concentrações internas diferentes das concentrações do 
ambiente (contra o gradiente de concentração) 
• Gradientede concentração: diferença na concentração de determinada molécula 
• Potencial de membrana: potencial elétrico através da membrana 
- Lado citosólico: costuma estra com o potencial negativo em relação ao lado 
extracelular ➔o potencial da membrana tende a puxar solutos carregados positivamente 
para dentro da célula e mover os negativamente carregados para fora 
• Gradiente de voltagem: diferença no potencial elétrico ex: bombas de H+ 
• Gradiente eletroquímico: combinação entre o gradiente elétrico e o gradiente químico 
ex: bomba de sódio-potássio 
− Composto por duas forças: uma devida ao gradiente de concentração e a outra devida 
ao potencial de membrana 
− Determina a direção que cada soluto seguirá pela membrana por transporte passivo
 
• Seletividade 
• Autofosforilação e desfosforilação 
• Formas de transporte ativo: 
- Transportadores acoplados – ligam o transporte contra a corrente de um soluto 
através da membrana ao transporte a favor da corrente de outro soluto 
- Bombas acionadas por ATP – hidrolisam o ATP para conduzir o transporte contra a 
corrente 
- Bombas acionadas por luz – usam energia derivada da luz solar para conduzir o 
transporte contra a corrente 
• Formas de transporte movidos por gradiente de íons: 
− Uniporte: um único soluto 
− Simporte (cotransportadores): 2 solutos ex: células do epitélio intestinal e renal ➔ 
os dois solutos na mesma direção através da membrana 
− Antiporte (permutadores): 2 solutos ➔ um soluto entra e o outro sai, ou seja, em 
direções opostas 
− Transporte ativo primário: dirigido por ATP 
− Transporte ativo secundário: dirigido por íons 
 
→ Cotransporte ou transporte acoplado: 
• Transporte ativo realizado pelo gradiente de concentração 
• O ATP (proveniente da hidrólise de ATP) fornece, indiretamente, energia necessária 
para o cotransporte 
 
→ Bomba de Na+ dependente de ATP 
• Economia de energia pelas células animais ➔ utiliza a energia derivada da hidrólise de 
ATP para transportar Na+ para fora da célula ao mesmo tempo em que carregar K+ 
para dentro 
- O transporte de íons envolve um ciclo de reação ➔ se uma das etapas for interrompida, 
o ciclo inteiro cessa 
- A bomba só opera quando os íons apropriados estão disponíveis para serem 
transportados, evitando a hidrólise de ATP sem necessidade 
 
→ Simporte de Glicose: 
• As células epiteliais que revestem o intestino bombeiam glicose do lúmen através do epitélio 
intestinal e, por fim para dentro do sangue ➔ mesmo quando a concentração de glicose 
estiver maior no citosol das células do que no lúmen do intestino 
• O gradiente eletroquímico de Na+ é acentuado, quando o Na+ se move para dentro da 
célula a favor do seu gradiente ➔ a glicose é arrastada com ele para dentro da célula 
• Ligação entre Na+ e glicose é cooperativa ➔ a ligação de um aumenta a ligação do outro 
- Se um dos dois estiver ausente, o outro falha sem ligar 
• Células epiteliais intestinais possuem dois tipos de transportadores de glicose: 
- No domínio apical: voltado para o lúmen intestinal, possuem os simportes Na+/glicose 
➔captam glicose ativamente, criando uma concentração alta de glicose no citosol 
- Nos domínios basolateral: as células possuem os uniportes passivos de glicose, que liberam 
a glicose a favor de seu gradiente de concentração para o uso por outros tecidos 
• Os dois tipos de transportadores de glicose (simporte e uniporte) são separados nos seus 
domínios apropriados da mp por uma barreira de difusão formada por uma junção 
compacta próximo ao ápice da célula 
 
1- Proteína fechada e vazia 
2- Proteína aberta para fora – pega moléculas de glicose e Na+ do extracelular 
3- Proteína fechada e ocupada - moléculas de glicose e Na+ 
4- Proteína aberta para dentro – deixa moléculas de glicose e Na+ no citosol 
5- Proteína fechada e vazia 
* a glicose gosta de “pegar” carona com o Na+, já que as amigas delas (outras glicoses) estão em grande 
quantidade dentro da célula 
 
→ Canais iônicos e junções neuromusculares: 
• Quando um neurônio é estimulado, o potencial de membrana da mp alterna para 
um valor menos negativo 
• Canais Na+ controlados por voltagens ➔ se abrem rapidamente, permitindo que uma 
pequena quantidade de Na+ entre na célula de acordo com o seu acentuado gradiente 
eletroquímico 
• O impulso nervoso atinge o terminal nervoso e despolariza a membrana plasmática 
do terminal. A despolarização abre temporariamente canais de Ca2+ controlados por 
voltagem nessa membrana pré-sináptica, que para o terminal nervoso, desencadeia 
a liberação de acetilcolina por exocitose na fenda sináptica. 
• O influxo de Na+ resultante da ligação da acetilcolina na célula muscular induz uma 
despolarização local da membrana 
• A despolarização local abre canais de Na+ controlados por voltagem, permitindo a 
entrada de mais Na+, que despolariza ainda mais a membrana e é provocada uma 
despolarização autopropagada (um potencial de ação). 
• Ativação dos canais de Ca2+ controlados por voltagem nos túbulos transversais 
• Ca2+ estocado no RS é liberado para o interior do citosol. Esse aumento na 
concentração de Ca2+ citosólico provoca a contração das miofibrilas na célula 
muscular 
 
 
• Despolarização ("tudo ou nada") -> abertura dos canais de Na+ -> abertura dos 
canais de K+ e inativação dos canais de Na+-> hiperpolarização -> membrana 
polarizada. 
 
• Quando a membrana está em repouso e altamente polarizada, aminoácidos 
carregados positivamente nos seus sensores de voltagem (barras vermelhas) estão 
orientados pelo potencial de membrana de um modo que mantém o canal na sua 
conformação fechada. Quando a membrana é despolarizada, os sensores de 
voltagem alternam, mudando a conformação do canal de maneira que o canal tenha 
alta probabilidade de abertura. Entretanto, na membrana despolarizada, a 
conformação inativada é ainda mais estável que a conformação aberta, e assim, 
depois de um rápido período na conformação aberta, o canal se torna 
temporariamente inativado e não pode se abrir. 
 
→ Fibrose Cística: mutação no gene que codifica o CFTR, uma proteína 
transportadora de Cl– da membrana plasmática de células epiteliais