4- BCM- teórica -resumo- membranas biológicas

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Bet� - 93
MEMBRANA PLASMÁTICA (plasmalema)
�trutura e �nção das Membranas
➔ As membranas celulares funcionam como
barreiras seletivas.
A membrana plasmática ou celular separa o
meio intracelular do extracelular e é a
principal responsável pelo controle da
penetração e saída de substâncias da
célula. Por sua diminuta espessura, a
membrana plasmática não é visível no
microscópio óptico (microscópio de luz), só
podendo ser vista no microscópio
eletrônico. Em algumas bactérias, a
membrana plasmática é a única membrana.
As células eucarióticas também possuem
membranas internas delimitando organelas
individuais..
➔ Funções:
- A membrana plasmática está
envolvida na comunicação celular;
- Na importação e exportação de
moléculas;
- No crescimento celular e na sua
mobilidade.
- Proteínas receptoras na membrana
plasmática permitem que a célula
receba sinais do ambiente;
- Proteínas de transporte na
membrana possibilitam a
importação e exportação de
pequenas moléculas;
- A flexibilidade da membrana e a sua
capacidade de expansão permitem
que a célula cresça, altere sua forma
e se mova.
- Por meio de suas membranas,
determinadas células se prendem
firmemente umas às outras,
formando muitas vezes camadas
que delimitam compartimentos
diferentes.
➔ Composição:
Independentemente da sua localização,
todas as membranas celulares são
compostas por lipídeos, proteínas e
carboidratos (aderidos à superfície
extracelular ligados a lipídeos ou a
proteínas). Desse modo, dividem uma
estrutura geral comum. Os componentes
lipídicos estão arranjados em duas lâminas
justapostas, formando a bicamada lipídica.
➔ Estrutura da Membrana Plasmática
(“Modelo do mosaico fluido”):
Todas as membranas celulares apresentam
a mesma organização básica, sendo
constituídas por duas camadas lipídicas
fluidas e contínuas, onde o inseridas
moléculas proteicas, constituindo um
mosaico fluido.
Componentes das membranas
Lipídios de membrana
Os lipídios das membranas são moléculas
longas com uma extremidade hidrofílica e
cadeias hidrofóbicas. Moléculas com partes
hidrofílicas e hidrofóbicas são
denominadas anfipáticas, uma propriedade
compartilhada com outros tipos de lipídeos
de membranas, incluindo o colesterol,
presente nas membranas das células
animais, e os glicolipídeos, que possuem
açúcares como parte da sua cabeça
hidrofílica. Os lipídeos mais abundantes nas
membranas celulares são os fosfolipídeos,
que apresentam uma cabeça hidrofílica
contendo fosfato ligada a um par de caudas
hidrofóbicas. A fosfatidilcolina, por exemplo,
possui uma pequena molécula de colina
ligada a um grupo fosfato como sua cabeça
hidrofílica.
- Formação das bicamadas lipídicas em
água (energeticamente favorável)
As moléculas hidrofóbicas fazem as
moléculas de água adjacentes se
reorganizarem em um arcabouço, similar a
uma gaiola, ao redor delas. Como essa
estrutura de arcabouço é muito mais
ordenada do que o restante das moléculas
de água, a sua formação requer energia
livre. O custo energético é minimizado
quando as moléculas hidrofóbicas se
agrupam, limitando o seu contato com as
moléculas de água circundantes. Assim,
moléculas puramente hidrofóbicas, como
lipídeos, coalescem em uma única gota
quando postos em água. As moléculas
anfipáticas, como os fosfolipídeos, estão
submetidas a duas forças contraditórias: 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. Esse conflito
é resolvido com a formação da bicamada
lipídica – um arranjo que satisfaz ambas as
partes e é energeticamente mais favorável.
- Auto selamento
As mesmas forças que atuam sobre as
moléculas anfipáticas para que formam
bicamadas também ajudam a conferir a
propriedade de auto selamento das
bicamadas. Qualquer ruptura na bicamada
cria uma extremidade livre exposta à água.
Como isso é energeticamente desfavorável,
as moléculas da bicamada se rearranjam de
maneira espontânea para eliminar a
extremidade livre.
➔ Organização da bicamada lipídica:
As moléculas da camada dupla de lipídios
estão organizadas com suas cadeias
apolares (hidrofóbicas) voltadas para o
interior da membrana, enquanto as cabeças
polares (hidrofílicas) ficam voltadas para o
meio extracelular ou para o citoplasma, que
são meios aquosos. Essas duas camadas
lipídicas estão associadas em razão da
interação hidrofóbica de suas cadeias
apolares. As proteínas da membrana
apresentam resíduos hidrofílicos e
hidrofóbicos, e ficam mergulhadas na
camada lipídica, de modo que:
- Os resíduos hidrofóbicos das
proteínas estão no mesmo nível das
cadeias hidrofóbicas dos lipídios.
- Os resíduos hidrofílicos das
proteínas ficam na altura das
cabeças polares dos lipídios, em
contato com o meio extra- celular ou
com o citoplasma.
➔ Estrutura trilaminar de membrana:
No microscópio eletrônico, a membrana
plasmática e as demais membranas
celulares aparecem como duas camadas
escuras, separadas por uma camada clara
central. Admite-se que esse aspecto
trilaminar decorre da redução do tetróxido
de ósmio utilizado como fixador e de sua
deposição nas extremidades polares dos
lipídios. A parte central clara corresponderia
às longas cadeias lipídicas apolares. A
mesma estrutura trilaminar da membrana
plasmática é vista em todas as membranas
da célula. Por isso, a estrutura trilaminar foi
denominada unidade de membrana ou
membrana unitária.
➔ A bicamada lipídica é um líquido
bidimensional flexível
As moléculas da bicamada lipídica podem
se mover e trocar de lugar umas com as
outras no plano da bicamada. A membrana
plasmática se comporta como um líquido
bidimensional, o que é crucial para que
exerça sua função e mantenha sua
integridade. A bicamada lipídica também é
flexível – ou seja, ela é capaz de se curvar,
formando vesículas com no mínimo 25 nm.
➔ Os fosfolipídeos de membrana são
móveis.
Os fosfolipídios apresentam movimentos de
difusão lateral, flexão e rotação no plano da
bicamada lipídica. Devido a esses
movimentos, as bicamadas se comportam
como líquidos bidimensionais, onde
moléculas individuais de lipídeos são
capazes de se mover na monocamada em
que se encontram. As moléculas de
fosfolipídio raramente trocam de posição de
uma monocamada (uma metade da
bicamada) para a outra. Sem proteínas que
facilitem o processo, estima-se que esse
evento, chamado de flip-flop, ocorra com
uma frequência menor do que uma vez ao
mês para uma molécula lipídica, em
condições similares às da célula.
➔ A fluidez da bicamada lipídica
depende da sua composição
Quanto mais próximo e mais regular for o
empacotamento das caudas, mais viscosa e
menos fluida será a bicamada lipídica.
Assim, quão fluida uma bicamada lipídica é
em uma dada temperatura depende da sua
composição de fosfolipídios e, em particular,
da natureza das caudas hidrocarbonadas:
- Comprimento das caudas de
hidrocarboneto: Cadeias mais curtas
reduzem a tendência de formação de
interações entre as caudas
hidrocarbonadas, aumentando, assim, a
fluidez da bicamada.
- Grau de insaturação das caudas de
hidrocarboneto: Cada ligação dupla em
uma cauda insaturada cria uma
pequena “dobra” que torna mais difícil o
empacotamento das caudas umas contra
as outras. Por essa razão, uma bicamada
lipídica que contenha uma grande
proporção de caudas hidrocarbonadas
insaturadas será mais fluida do que as
que possuem menores proporções.
- Quantidade de colesterol: Em células
animais, a fluidez da membrana é
modulada pela inclusão de moléculas do
esterol colesterol. Essas moléculas estão
presentes em grandes quantidades na
membrana plasmática, representando
aproximadamente 20% dos lipídeos do
total do peso da membrana. Como as
moléculas de colesterol são pequenas e
rígidas, elas preenchem os espaços
vazios entre as moléculas vizinhas de
fosfolipídeos, originados pelas dobras
das suas caudas hidrocarbonadas
insaturadas. Portanto, o colesterol tende
a tornar a bicamada mais rígida, menos
flexível e menos permeável.
➔ Fosfolipídeos recém-sintetizados são
adicionados à face citosólica da
membranadas
células epiteliais
➔ Microvílos: são prolongamentos que
aumentam a superfície de absorção das
células.
- Cada microvilo ou microvilosidade é
uma expansão do citoplasma
recoberta por membrana e contendo
numerosos feixes de
microfilamentos de actina
responsáveis pela manutenção da
forma dos microvilos;
- Seu glicocálice é mais desenvolvido
do que no resto da célula.
- São encontrados em células que
exercem intensa absorção (intestino
- delgado e túbulos proximais dos
rins);
- Os microvilos do epitélio intestinal
são paralelos uns aos outros e
formam uma camada muito regular
na superfície intestinal, a borda
estriada (ou borda em escova),
visível ao microscópio óptico.
- Apresentam membranas que
contêm moléculas especiais. Como
dissacaridases e dipeptidases,
responsáveis pela etapa final da
digestão de hidratos de carbono e
proteínas, respectivamente, no
epitélio intestinal.
➔ Estereocílios: São prolongamentos
imóveis que aumentam a superfície
de algumas células epiteliais.
- Os estereocílios são expansões
longas e filiformes da superfície livre
de determinadas células epiteliais.
São flexuosos e, apesar do nome,
não têm a estrutura nem a
capacidade de movimento dos cílios
verdadeiro.
- Encontrado no epidídimo e ducto
deferente, nos quais facilita
absorção.
- Visível em M.L.
➔ Cílios: são estruturas curtas semelhantes
a pêlos, que se projetam a partir da
superfície celular como cerdas de uma
escova.
- A maioria das células possui um
único cílio curto, mas as células que
revestem as vias aéreas superiores
e parte do trato reprodutor feminino
são cobertas por cílios
- A superfície de um cílio é uma
continuação da membrana celular.
- O eixo dos cílios móveis contém
nove pares de microtúbulos
cercando um par central. Os
microtúbulos terminam dentro da
célula no corpo basal.
- Movimentam-se de forma rítmica,
para trás e para a frente, quando os
pares de microtúbulos deslizam um
sobre o outro com a ajuda da
proteína motora dineína.
➔ Flagelos: têm o mesmo arranjo de
microtúbulos que os cílios, mas são
consideravelmente mais longos. Os
flagelos são encontrados em células
únicas livres, e em seres humanos a
única célula flagelada é o
espermatozóide.
�pecializações da superfície basolateral das
células epiteliais
* OBS: Aderência entre as células por meio
das CAM, glicoproteínas transmembrana:
As glicoproteínas da membrana
responsáveis pela aderência entre as
células são denominadas CAM (cell adhe-
sion molecules). As CAM são receptores da
superfície especializados em reconhecer
outras células e a elas aderir, para constituir
os tecidos e órgãos. Frequentemente, as
células respondem à união das CAM com
pequenas modificações de comportamento,
muitas vezes ocorrendo redução na
frequência de mitoses. A inibição por
contato nas células em cultura, é um
exemplo. Todas as CAM são glicoproteínas
integrais transmembranas. Exemplos: As
IgCAM constituem um grupo importante e
suas moléculas lembram as dos anticorpos
ou imunoglobulinas (Ig). Entre as IgCAM
podem ser mencionadas a C-CAM,
encontrada na superfície dos hepatócitos
(células do fígado), a Ng-CAM, dos
neurônios e células da glia. A I-CAM dos
leucócitos (glóbulos brancos do sangue)
participa da aderência temporária dos leu-
cócitos com as células endoteliais dos vasos
sanguíneos, como parte do processo
inflamatório.
- Caderinas: constituem outro grupo
de CAM, porém, ao contrário das
IgCAM, são dependentes dos íons
Ca . As caderinas mantêm a 2+
adesão entre as células nas
concentrações normais de Ca no 2+
meio extracelular, mas perdem a
adesividade quando a
concentração desse íon é muito
baixa.
JUNÇÕES CELULARES
➔ Junções de oclusão (zônula oclusiva): ou
oclusivas, restringem o movimento de
materiais entre as células. Nessas
junções, as membranas celulares de
células vizinhas parcialmente se
fusionam com a ajuda de proteínas,
chamadas de claudinas e ocludinas,
produzindo uma barreira. Geralmente se
localizam no ponto mais apical da
superfície lateral da célula. As junções de
oclusão podem ter graus variáveis de
permeabilidade (“vazamento”). É a
estrutura responsável pela formação de
compartimentos funcionalmente
separados, muitas vezes constituídos por
camadas epiteliais com junções
oclusivas bem desenvolvidas.
➔ Junções de adesão ou ancoragem:
Ancoram uma célula à outra (junções
célula a célula) ou à matriz extracelular
(junções célula-matriz). Nos vertebrados,
as junções de ancoragem célula a célula
são criadas por CAMs, denominadas
caderinas, as quais se conectam umas
às outras através do espaço intercelular.
As junções célula-matriz utilizam CAMs
denominadas integrinas. As integrinas
são proteínas de membrana que também
podem se ligar a moléculas sinalizadoras
no meio extracelular, transferindo a
informação trazida pelo sinal para o
citoplasma através da membrana celular.
- Zônula de adesão: São junções
semelhantes a cintos que auxiliam
células adjacentes a aderirem umas
às outras. Unem fibras de actina de
células vizinhas.
- Desmossomo (mácula de adesão):
Cada desmossomo tem a forma de
uma placa arredondada e é
constituído pelas membranas de
duas células adjacentes. Nos
desmossomos, nota-se uma camada
amorfa, elétron-densa, na face
citoplasmática de cada membrana,
chamada placa do desmossomo.
Nessa placa se inserem filamentos
intermediários, que se aprofundam
no interior da célula. Desse modo, os
desmossomos são locais onde o
citoesqueleto se prende à
membrana celular, e, como as
células aderem umas às outras,
forma-se um elo de ligação do cito-
esqueleto de células adjacentes. A
capacidade dos desmossomos para
prender células adjacentes depende
da presença de caderinas. A
composição molecular dos
desmossomos é complexa, com a
participação de diversas proteínas,
como as desmopláquinas I e II,
glicoproteínas encontradas nas
placas. Os filamentos intermediários
ligam-se às desmolpaquinas por
meio de outras proteínas como a
desmocalmina e a queratocalmina.
Os desmossomos são muito
frequentes nas células submetidas a
trações, como as da epiderme, do
revestimento da língua e esôfago, e
as células do músculo cardíaco.
- Hemidesmossomos: A face das
células epiteliais em contato com a
lâmina basal apresenta estruturas
parecidas com os desmossomos,
porém denominadas hemidesmos-
somos por não terem a metade
correspondente à outra célula
epitelial. Apesar de seu aspecto
morfológico semelhante a meio des-
mossomo, os hemidesmossomos
apresentam diferenças moleculares
em relação aos desmossomos. Os
hemidesmossomos contêm
desmoplaquinas, mas não contêm
desmogleína, aderindo às lâminas
basais por meio de moléculas
proteicas da classe das integrina.
- Adesões focais: São junções
célula-matriz que ligam as fibras de
actina intracelular a diferentes
proteínas da matriz, como a
fibronectina.
➔ Junções de comunicação (gap): são o
tipo mais simples de junção célula a
célula. Elas permitem a comunicação
direta e rápida célula a célula através de
pontes citoplasmáticas entre células
vizinhas. Proteínas cilíndricas, chamadas
de conexinas, conectam-se, gerando
passagens que se parecem com rebites
ocos com canais estreitos através dos
seus centros. Os canais são capazes de
abrir e fechar, regulando o movimento de
pequenas moléculas e íons através
deles. As junções comunicantes
permitem a passagem rápida tanto de
sinais químicos como elétricos de célula
a célula.
Pregas basais
São invaginações das superfícies basal das
células. Ocorrem nas células envolvidas no
transporte de líquidos e íons, aumentando a
superfície para a inserção de proteínas
transportadoras. As invaginações são
encontradas, por exemplo, nos túbulos
renais e nos ductos de glândulas salivares.
Interdigitações
As interdigitações realizadas pelas
membranas plasmáticas de duas células
pareadas são especializações de
comunicação celular que têm como
propósito ampliar a superfície de contato
entre as células que as realizam. Não é
incomum que esta região de membranas
interdigitadas seja local de ocorrência de
alguma junção. Podem ser descritas como
evaginações e invaginaçõescomplementares para o interior do corpo de
uma e de outra célula pareada. Seu local de
ocorrência predominante é a região lateral
das células em proximidade Não permitem
a troca de substâncias entre as células,
somente a adesão.
➔ Complexo Juncional: Está presente em
vários epitélios próximo à extremidade
celular livre, sendo constituído dos
seguintes elementos: zônula oclusiva,
junção (ou zônula) aderente e uma fileira
de desmos- somos.
Eletromicrografia da região de contato entre
dois enterócitos. Complexo juncional com sua
sequência obrigatória de junções típica do
epitélio intestinal, do ápice para a base celular:
zônula oclusiva (A); zônula aderente (B) e
desmossomo (C). Abaixo do complexo há
presença de interdigitações laterais (IL).
Microvilos (MV) no ápice celular.
TRANSPORTE ATRAVÉS DAS MEMBRANAS CELULARES
➔ As bicamadas lipídicas são
impermeáveis aos íons e à maioria das
moléculas polares não carregadas.
Em geral, quanto menor a molécula e mais
hidrofóbica, ou apolar, mais rapidamente
ela se difundirá pela membrana.
1. Moléculas apolares pequenas, como
oxigênio molecular e dióxido de carbono se
dissolvem rapidamente nas bicamadas
lipídicas e por isso se difundem com
rapidez através delas;
2. Moléculas polares não carregadas
(moléculas com uma distribuição desigual
de carga elétrica) também se difundem
prontamente através da bicamada se elas
forem pequenas o suficiente. A água e o
etanol, por exemplo, atravessam a uma
velocidade mensurável.
3. Em contraste, as bicamadas lipídicas são
altamente impermeáveis a todas as
moléculas carregadas, incluindo todos os
íons inorgânicos, não importando quão
pequenos sejam.
➔ As concentrações iônicas dentro de uma
célula são muito diferentes daquelas fora
da célula.
Em razão de as membranas celulares serem
impermeáveis aos íons inorgânicos, as
células vivas são capazes de manter
concentrações internas de íons que são
muito diferentes das concentrações iônicas
nos meios que as cercam. Tais diferenças
na concentração dos íons são cruciais para
a sobrevivência e o funcionamento da
célula. Entre os íons inorgânicos mais
importantes para as células, estão Na+, K+,
Ca , Cl– e H+ (prótons). Por exemplo, o Na+ 2+
é o íon positivamente carregado (cátion)
mais abundante fora da célula, enquanto o
K+ é o mais abundante dentro.
➔ Diferenças na concentração de íons
inorgânicos através de uma membrana
celular criam um potencial de membrana
Embora as cargas elétricas dentro e fora da
célula em geral sejam mantidas em
equilíbrio, ocorrem pequenos excessos de
carga positiva ou negativa, concentradas
na vizinhança da membrana plasmática.
Tais desequilíbrios elétricos geram uma
diferença de voltagem através da
membrana chamada de potencial de
membrana. Quando uma célula estiver “em
repouso”, a troca de ânions e cátions
através da membrana será precisamente
balanceada. Nessas condições basais, a
diferença de voltagem através da
membrana celular – chamada de potencial
de membrana em repouso – mantém-se
estável. Mas não é zero. Nas células
animais, por exemplo, o potencial de
membrana em repouso pode estar entre –20
e –200 milivolts (mV), dependendo do
organismo e do tipo celular. O valor é
expresso como um número negativo porque
o interior da célula é mais negativamente
carregado que o exterior. Esse potencial de
membrana permite que as células
promovam o transporte de certos
metabólitos e que sejam excitáveis como
formas de se comunicar com suas vizinhas.
➔ Os solutos atravessam as membranas
por transporte passivo ou ativo
- O transporte passivo não requer a
entrada de energia que não a energia
potencial armazenada em um gradiente
de concentração. O transporte ativo
necessita da entrada de energia a partir
de alguma fonte externa, como a ligação
de alta energia do fosfato no ATP.
Transporte passivo
➔ Tanto o gradiente de concentração
quanto o potencial de membrana
influenciam o transporte passivo de
solutos carregados.
Para uma molécula não carregada, a
direção do transporte passivo é
determinada pelo seu gradiente de
concentração. Mas para as moléculas
carregadas eletricamente, sejam íons
inorgânicos ou moléculas orgânicas
pequenas, forças adicionais entram em
ação. O movimento de íons é influenciado
por gradientes elétricos pela atração de
cargas opostas e repulsão de cargas
similares. Por essa razão, os íons movem-se
em resposta ao gradiente elétrico e de
concentração combinados, ou gradiente
eletroquímico.
Osmose
O movimento da água através de uma
membrana em resposta a um gradiente de
concentração de um soluto é denominado
osmose. Na osmose, a água move-se para
diluir a solução mais concentrada. Uma vez
que as concentrações são iguais, o
movimento resultante da água cessa.
➔ Pressão osmótica é a pressão que deve
ser aplicada para impedir a osmose.
➔ Número de partículas: O fator importante
para osmose é o número de partículas
osmoticamente ativas em um dado
volume de solução, e não o número de
moléculas. Pelo fato de algumas
moléculas se dissociarem em íons
quando se dissolvem em uma solução, o
número de partículas na solução não é
sempre o mesmo que o número de
moléculas.
➔ Osmolaridade: para soluções biológicas
expressamos a concentração como a
osmolaridade, o número de partículas
osmóticamente ativas (íons ou moléculas
intactas) por litro de solução. A
osmolaridade é expressa em osmoles por
litro (osmol/L ou OsM) ou, para soluções
muito diluídas, miliosmoles/litro.
A osmolaridade normal do corpo humano
encontra-se em uma faixa entre 280 e 296
miliosmoles por litro (mOsM). Neste livro, a
fim de simplificar os cálculos, arredondar
esse número para 300 mOsM.
➔ Osmolalidade: é a concentração
expressa como osmoles de so-luto por
quilograma de água.
➔ Comparando a osmolaridade de duas
soluções
Se duas soluções contêm o mesmo número
de partículas de soluto por unidade de
volume, dizemos que as soluções são
isosmóticas. Se a solução A possui uma
osmolaridade maior (contém mais partículas
por unidade de volume, é mais concentrada)
que a solução B, dizemos que a solução A é
hiperosmótica em relação à solução B. No
mesmo exemplo, a solução B, com menos
osmoles por unidade de volume, é
hiposmótica em relação à solução A.
➔ Tonicidade é um termo fisiológico
utilizado para descrever uma solução e
como esta afeta o volume de uma célula
se a célula for colocada nessa solução
até o equilíbrio.
- Se a célula perde água e murcha em
equilíbrio, a solução é hipertônica.
- Se uma célula é colocada na
solução e incha ao ganhar água em
equilíbrio, a solução é hipotônica
para a célula.
- Se a célula na solução não muda de
tamanho em equilíbrio, a solução é
isotônica.
Por convenção, sempre descrevemos a
tonicidade da solução em relação à célula.
As partículas do soluto podem ou não
atravessar a membrana celular. Se as
partículas de soluto (íons ou moléculas)
podem entrar na célula, são denominadas
solutos penetrantes. As partículas que não
passam a membrana são denominadas
solutos não penetrantes. A tonicidade
depende apenas da concentração de
solutos não penetrantes
Difusão
A difusão pode ser definida como o
movimento de moléculas a partir de uma
área de maior concentração para uma de
baixa concentração dessas moléculas.
A difusão através da membrana celular é
dividida em dois subtipos, denominados
difusão simples e difusão facilitada.
asdad
➔ A difusão simples significa que o
movimento cinético de moléculas ou íons
ocorre através de uma abertura da
membrana ou através de espaços
intermoleculares sem interação com
proteínas transportadoras na membrana.
A taxa de difusão é determinada pela
quantidade de substância disponível, a
velocidade do movimento cinético e o
número e o tamanho das aberturas na
membrana através das quais as
moléculas ou íons podem se mover.A
difusão simples pode ocorrer através da
membrana celular por duas vias:
(1) através dos interstícios da
bicamada lipídica, se a substância
difusora for lipossolúvel; e
(2) através de canais aquosos de
grandes proteínas de transporte na
membrana,
➔ A difusão facilitada (transportemediado
por proteínas) requer a interação de uma
proteína transportadora. A proteína
transportadora auxilia na passagem de
moléculas ou íons através da membrana
ligando-se quimicamente a eles e
conduzindo-os através da membrana
desta forma.
OS TRANSPORTADORES E SUAS FUNÇÕES
Os transportadores são responsáveis pelo
movimento da maioria das moléculas
orgânicas pequenas e solúveis em água e
de alguns íons inorgânicos através das
membranas celulares de forma ativa ou
passiva. Cada transportador é altamente
seletivo, muitas vezes transferindo somente
um tipo de molécula. Para guiar e
impulsionar o complexo tráfego de solutos
para dentro e para fora da célula e entre o
citosol e as diferentes organelas envoltas
por membrana, cada membrana celular
contém um conjunto característico de
diferentes transportadores apropriados
àquela membrana específica
➔ Há duas classes principais de proteínas
de transporte de membrana: os
transportadores e os canais.
- Proteínas canais: Os canais discriminam
sobretudo com base no tamanho e na
carga elétrica: quando um canal está
aberto, qualquer íon ou molécula que
seja suficientemente pequeno e carregue
a carga apropriada pode atravessar. As
proteínas-canal são nomeadas de
acordo com as substâncias às quais elas
são permissivas. A maioria das células
possui canais de água formados por
uma proteína chamada de aquaporina. A
seletividade de um canal é determinada
pelo diâmetro do seu poro central e pela
carga elétrica dos aminoácidos que o
revestem.
- Os canais abertos passam a maior parte
do tempo com o seu portão aberto,
permitindo aos íons moverem-se de um
lado a outro através da membrana, sem
regulação. São também chamados de
vazamentos ou poros, como em poros de
água.
- Os canais com portão passam a maior
parte do tempo em um estado fechado, o
que permite que esses canais regulem o
movimento de íons que passam através
deles. Os canais com portão
dependentes de voltagem abrem e
fecham quando o estado elétrico da
célula muda.
- Proteínas carreadoras ou
transportadoras: O transportador,
transfere apenas aquelas moléculas ou
íons que servem nos seus sítios de
ligação específicos na proteína. Os
transportadores se ligam aos seus
solutos com grande especificidade, da
mesma maneira que as enzimas se ligam
aos seus substratos, e é esta
necessidade de ligação específica que
confere aos transportadores a sua
seletividade. As proteínas carreadoras
(transportadoras) ligam-se com
substratos específicos e os transportam
através da membrana pela modificação
da sua conformação. Alguns
carregadores transportam apenas um
tipo de molécula, sendo conhecidos
como uniportes. Contudo, é comum
encontrar carreadores que transportam
dois ou até três tipos de moléculas. Uma
proteína carreadora que transporta mais
de um tipo de molécula simultaneamente
é denominada cotransportadora. Se as
moléculas sendo transportadas se
movem na mesma direção, seja para
dentro ou para fora da célula, a proteína
é chamada de simporte. (Às vezes, o
termo cotransporte é utilizado, em vez de
simporte.) Se as moléculas estão sendo
transportadas em direções opostas, as
proteínas são antiportes, também
chamados de trocadores.
TRANSPORTE ATIVO
O transporte ativo pode ser dividido em dois
tipos. No transporte ativo primário (direto), a
energia que empurra as moléculas contra
os seus gradientes de concentração vem
diretamente das ligações fosfato de alta
energia do ATP. O transporte ativo
secundário (indireto) usa a energia
potencial armazenada no gradiente de
concentração de uma molécula para
empurrar outras moléculas contra os seus
gradientes de concentração. Todo
transporte ativo secundário depende, em
última análise, do transporte ativo primário,
pois o gradiente de concentração que
impulsiona o transporte secundário é criado
a partir da energia do ATP. O mecanismo
para ambos os tipos de transporte ativo
parece ser similar ao da difusão facilitada.
Para que possa ser transportado, o
substrato liga-se a um carreador de
membrana que, então, muda a sua
conformação, liberando o substrato no
compartimento oposto. O transporte ativo
difere da difusão facilitada porque a
mudança de conformação da proteína
carreadora requer entrada de energia.
➔ Transporte ativo primário
O transporte ativo primário usa ATP como
fonte de energia, muitos transportadores
ativos primários são chamados de ATPases.
Estas enzimas hidrolisam ATP a ADP e
fosfato inorgânico (Pi), liberando energia no
processo. As ATPases são, às vezes,
chamadas de bombas, como na bomba
sódio-potássio, ou Na+-K -ATPase,
- Bomba de sódio/potássio: A energia
da hidrólise do ATP induz uma série
de mudanças conformacionais da
proteína que direcionam a troca de
íons Na+/K+. O transportador
encontra-se disposto na membrana
celular de modo que bombeia 3Na+
para o meio extracelular e 2K+ para
o meio intracelular. Essa bomba é
uma das mais importantes da célula
e mantém a concentração de sódio
no citosol cerca de 10 a 30 vezes
mais baixa que no líquido
intracelular.
- Bomba Ca+: O Ca2+, assim como o
Na+, também é mantido a uma baixa
concentração no citosol, comparado
com sua concentração no líquido
extracelular. Um influxo de Ca2+
pelos canais de Ca2+ , por exemplo,
é utilizado por diferentes células
como um sinal intracelular para
desencadear vários processos
celulares Quanto menor a
concentração basal de Ca2+ livre no
citosol, mais sensível é a célula a um
aumento no Ca2+. Essa enorme
diferença de concentração é obtida
principalmente por meio de bombas
de Ca2+ dependentes de ATP tanto
na membrana plasmática como na
membrana do retículo
endoplasmático, que ativamente
bombeiam Ca2+ para fora do citosol.
Possuem funcionamento semelhante
às bombas de Na+/K+, mas as
bombas de Ca+ retornam para a sua
conformação original sem a
necessidade de ligação e transporte
de um segundo íon.
➔ Transporte ativo secundário
(cotransporte)
Um gradiente de qualquer soluto através de
uma membrana, como o gradiente
eletroquímico de Na+ gerado pela bomba
de Na+/K+, pode ser usado para mover o
transporte ativo de uma segunda molécula.
O movimento do primeiro soluto a favor do
seu gradiente fornece energia para
impulsionar o transporte do segundo soluto
contra a corrente. Os transportadores ativos
que trabalham dessa maneira são
chamados de bombas acopladas. Elas
podem acoplar o movimento de um íon
inorgânico ao movimento de outro, o
movimento de um íon inorgânico ao de uma
molécula orgânica pequena ou o movimento
de uma molécula orgânica pequena ao
movimento de outra. Por exemplo o
transportador de SGLT utiliza a energia
potencial armazenada no gradiente de
concentração de Na+ para mover a glicose
contra o seu gradiente de concentração.
Dois tipos de transportadores de glicose possibilitam que as células epiteliais intestinais
transfiram glicose através do revestimento epitelial do intestino. Além disso, para manter a
concentração de Na+ gradiente eletroquímico do Na+ acentuado– o Na+ que entra na célula via
simporte de glicose movido a Na+ fora por bombas de Na+ no citosol baixa – e o acentuado que
entra na célula via simporte de é bombeado para nas membranas plasmáticas basal e lateral,
como indicado.mediado
por proteínas) requer a interação de uma
proteína transportadora. A proteína
transportadora auxilia na passagem de
moléculas ou íons através da membrana
ligando-se quimicamente a eles e
conduzindo-os através da membrana
desta forma.
OS TRANSPORTADORES E SUAS FUNÇÕES
Os transportadores são responsáveis pelo
movimento da maioria das moléculas
orgânicas pequenas e solúveis em água e
de alguns íons inorgânicos através das
membranas celulares de forma ativa ou
passiva. Cada transportador é altamente
seletivo, muitas vezes transferindo somente
um tipo de molécula. Para guiar e
impulsionar o complexo tráfego de solutos
para dentro e para fora da célula e entre o
citosol e as diferentes organelas envoltas
por membrana, cada membrana celular
contém um conjunto característico de
diferentes transportadores apropriados
àquela membrana específica
➔ Há duas classes principais de proteínas
de transporte de membrana: os
transportadores e os canais.
- Proteínas canais: Os canais discriminam
sobretudo com base no tamanho e na
carga elétrica: quando um canal está
aberto, qualquer íon ou molécula que
seja suficientemente pequeno e carregue
a carga apropriada pode atravessar. As
proteínas-canal são nomeadas de
acordo com as substâncias às quais elas
são permissivas. A maioria das células
possui canais de água formados por
uma proteína chamada de aquaporina. A
seletividade de um canal é determinada
pelo diâmetro do seu poro central e pela
carga elétrica dos aminoácidos que o
revestem.
- Os canais abertos passam a maior parte
do tempo com o seu portão aberto,
permitindo aos íons moverem-se de um
lado a outro através da membrana, sem
regulação. São também chamados de
vazamentos ou poros, como em poros de
água.
- Os canais com portão passam a maior
parte do tempo em um estado fechado, o
que permite que esses canais regulem o
movimento de íons que passam através
deles. Os canais com portão
dependentes de voltagem abrem e
fecham quando o estado elétrico da
célula muda.
- Proteínas carreadoras ou
transportadoras: O transportador,
transfere apenas aquelas moléculas ou
íons que servem nos seus sítios de
ligação específicos na proteína. Os
transportadores se ligam aos seus
solutos com grande especificidade, da
mesma maneira que as enzimas se ligam
aos seus substratos, e é esta
necessidade de ligação específica que
confere aos transportadores a sua
seletividade. As proteínas carreadoras
(transportadoras) ligam-se com
substratos específicos e os transportam
através da membrana pela modificação
da sua conformação. Alguns
carregadores transportam apenas um
tipo de molécula, sendo conhecidos
como uniportes. Contudo, é comum
encontrar carreadores que transportam
dois ou até três tipos de moléculas. Uma
proteína carreadora que transporta mais
de um tipo de molécula simultaneamente
é denominada cotransportadora. Se as
moléculas sendo transportadas se
movem na mesma direção, seja para
dentro ou para fora da célula, a proteína
é chamada de simporte. (Às vezes, o
termo cotransporte é utilizado, em vez de
simporte.) Se as moléculas estão sendo
transportadas em direções opostas, as
proteínas são antiportes, também
chamados de trocadores.
TRANSPORTE ATIVO
O transporte ativo pode ser dividido em dois
tipos. No transporte ativo primário (direto), a
energia que empurra as moléculas contra
os seus gradientes de concentração vem
diretamente das ligações fosfato de alta
energia do ATP. O transporte ativo
secundário (indireto) usa a energia
potencial armazenada no gradiente de
concentração de uma molécula para
empurrar outras moléculas contra os seus
gradientes de concentração. Todo
transporte ativo secundário depende, em
última análise, do transporte ativo primário,
pois o gradiente de concentração que
impulsiona o transporte secundário é criado
a partir da energia do ATP. O mecanismo
para ambos os tipos de transporte ativo
parece ser similar ao da difusão facilitada.
Para que possa ser transportado, o
substrato liga-se a um carreador de
membrana que, então, muda a sua
conformação, liberando o substrato no
compartimento oposto. O transporte ativo
difere da difusão facilitada porque a
mudança de conformação da proteína
carreadora requer entrada de energia.
➔ Transporte ativo primário
O transporte ativo primário usa ATP como
fonte de energia, muitos transportadores
ativos primários são chamados de ATPases.
Estas enzimas hidrolisam ATP a ADP e
fosfato inorgânico (Pi), liberando energia no
processo. As ATPases são, às vezes,
chamadas de bombas, como na bomba
sódio-potássio, ou Na+-K -ATPase,
- Bomba de sódio/potássio: A energia
da hidrólise do ATP induz uma série
de mudanças conformacionais da
proteína que direcionam a troca de
íons Na+/K+. O transportador
encontra-se disposto na membrana
celular de modo que bombeia 3Na+
para o meio extracelular e 2K+ para
o meio intracelular. Essa bomba é
uma das mais importantes da célula
e mantém a concentração de sódio
no citosol cerca de 10 a 30 vezes
mais baixa que no líquido
intracelular.
- Bomba Ca+: O Ca2+, assim como o
Na+, também é mantido a uma baixa
concentração no citosol, comparado
com sua concentração no líquido
extracelular. Um influxo de Ca2+
pelos canais de Ca2+ , por exemplo,
é utilizado por diferentes células
como um sinal intracelular para
desencadear vários processos
celulares Quanto menor a
concentração basal de Ca2+ livre no
citosol, mais sensível é a célula a um
aumento no Ca2+. Essa enorme
diferença de concentração é obtida
principalmente por meio de bombas
de Ca2+ dependentes de ATP tanto
na membrana plasmática como na
membrana do retículo
endoplasmático, que ativamente
bombeiam Ca2+ para fora do citosol.
Possuem funcionamento semelhante
às bombas de Na+/K+, mas as
bombas de Ca+ retornam para a sua
conformação original sem a
necessidade de ligação e transporte
de um segundo íon.
➔ Transporte ativo secundário
(cotransporte)
Um gradiente de qualquer soluto através de
uma membrana, como o gradiente
eletroquímico de Na+ gerado pela bomba
de Na+/K+, pode ser usado para mover o
transporte ativo de uma segunda molécula.
O movimento do primeiro soluto a favor do
seu gradiente fornece energia para
impulsionar o transporte do segundo soluto
contra a corrente. Os transportadores ativos
que trabalham dessa maneira são
chamados de bombas acopladas. Elas
podem acoplar o movimento de um íon
inorgânico ao movimento de outro, o
movimento de um íon inorgânico ao de uma
molécula orgânica pequena ou o movimento
de uma molécula orgânica pequena ao
movimento de outra. Por exemplo o
transportador de SGLT utiliza a energia
potencial armazenada no gradiente de
concentração de Na+ para mover a glicose
contra o seu gradiente de concentração.
Dois tipos de transportadores de glicose possibilitam que as células epiteliais intestinais
transfiram glicose através do revestimento epitelial do intestino. Além disso, para manter a
concentração de Na+ gradiente eletroquímico do Na+ acentuado– o Na+ que entra na célula via
simporte de glicose movido a Na+ fora por bombas de Na+ no citosol baixa – e o acentuado que
entra na célula via simporte de é bombeado para nas membranas plasmáticas basal e lateral,
como indicado.