Membrana celular_ Transporte

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Membran� celular: Transport�
O interior da membrana plasmática é hidrofóbico,
por isso, moléculas polares, solúveis em água,
tendem a ser bloqueadas.
- Células possuem proteínas
transportadoras e canais na membrana
(transportam moléculas específicas de um
lado ao outro)
- Há uma diferença nas concentrações de
íons dentro e fora das células e entre o
citoplasma e compartimentos intracelulares.
O movimento desses íons através da
membrana é crucial para o funcionamento
da célula, como nos impulsos nervosos,
contração muscular e produção de ATP
.
- O transporte pode ser mediado por
proteínas transportadoras que permitem
passagem somente se a molécula se
encaixa no sítio de ligação (com mudança
conformacional), com o transporte
podendo ser passivo ou ativo; ou pode
ser mediado por canais com distinção com
base no tamanho e carga elétrica (poros
hidrofílicos), sendo o transporte dos
canais sempre passivo
Transportadores de Membrana
- Característica principal: são altamente
seletivos (transfere somente um tipo de
molécula)
- Cada membrana celular contém um
conjunto distinto de transportadores
Transporte Passivo: Mudança de
conformação: proteína altera estado
dependendo do gradiente de concentração.
Ex: transportador da glicose (GLUT1, GLUT
2, GLUT3, GLUT5;
Quando a glicose é abundante fora das células, como
depois de uma refeição, o açúcar ligado se liga aos sítios de
ligação do transportador dispostos externamente; quando a
proteína alterna a conformação – de modo espontâneo e
aleatório –, ela carrega o açúcar para dentro e o libera no
citosol, onde a concentração de glicose é baixa. Quando os
níveis sanguíneos de glicose estão baixos, como quando
você está com fome, o hormônio glucagon estimula as
células do fígado a produzir grandes quantidades de glicose
pela degradação de glicogênio. Em consequência, a
concentração de glicose é mais alta dentro das células do
fígado do que fora. Essa glicose se liga aos sítios de ligação
do transportador dispostos internamente. Quando a proteína
alterna a conformação na direção oposta, a glicose é
transportada para fora das células, onde se torna disponível
para outros a importarem.
Ex: transportador de glicose dependente
de insulina (GLUT4): A insulina se liga ao
receptor → cascata de transdução de sinal
→ exocitose (GLUT4) —> glicose entra na
célula
Transporte Ativo: movimentação de solutos
contra seus gradientes de concentração.
Essencial para manter a composição iônica
intracelular
Importante para importar solutos que estão
em uma concentração menor fora da célula
3 principais maneiras:
Bomba de Sódio e Potássio: ATPase →
hidrólise de ATP - mover Na+ para meio
extracelular (K+ é transportado no sentido
inverso)
Bomba de cálcio: concentração
intracelular de Ca+ é baixa - mantida por
bomba de cálcio. Um influxo de Ca+ para
dentro da célula é utilizado como
sinalizador intracelular para desencadear
diversos processos celulares como a
contração muscular, fertilização e a
comunicação das células nervosas.
Membrana plasmática e membrana do
retículo
Transportadores acoplados: Um
gradiente de qualquer soluto através de
uma membrana pode ser utilizado para
abastecer o transporte ativo de uma
segunda molécula. O movimento favorável
do primeiro soluto ao longo de seu
gradiente fornece energia para direcionar o
transporte desfavorável do segundo.
Mamíferos: uso do gradiente de Na+ para
movimentar transporte acoplado
Ex: Células epiteliais do intestino → Transferem
glicose do lúmen para camada basal (vasos)
Se estas células tivessem apenas os
transportadores uniportes - passivos - glicose seria
liberada após refeição
Canais de membrana
Aquaporina
- Osmose: é o movimento de água através
de uma membrana semipermeável → as
moléculas de água tendem a se mover de
uma região de menor concentração de
soluto para uma de maior concentração;
- Fluxo de água por osmose é importante em
diversas funções fisiológicas (aquaporinas
presentes em todas as membrana
celulares);
- Importantes na função renal;
- Reabsorção de água
Vasopressina: hormônio antidiurético (ADH)
Produzido no hipotálamo e secretado pela
neurohipófise
Secretado em casos de desidratação e queda de
pressão arterial .
Vasoconstrição de arteríolas (aumento da pressão
arterial) – receptores no músculo liso dos vasos
Permite retenção de água no corpo (reduz volume
de urina) aumenta a permeabilidade das células
dos túbulos renais à água aumentando a
reabsorção renal de água.
Se pudesse ser manipulada geneticamente poderia
resolver problemas (retenção de fluidos, doenças
cardíacas, edema pós derrame);
Mutações em aquaporina: diabetes insípida
nefrogénica → Sede excessiva e excreção de
grande quantidade de urina diluída (desidratação
nos lactentes – grave)
Canais Iônicos de Membrana
São muito diferente de simples orifícios na
membrana, exibem seletividade iônica (depende
do diâmetro, forma do canal e distribuição dos
aminoácidos)
Exibem abertura controlada (controle do fluxo -
abrem brevemente e se fecham); abertura
dependente de um estímulo
Vantagens em relação a transportadores: milhões
de íons podem passar pela abertura a cada
segundo
Desvantagem: Não podem acoplar o fluxo de íons
a uma fonte de energia (fluxo sempre a favor do
gradiente)
Diferentes estímulos regulam abertura dos canais
Controladas mecanicamente: células auditivas
Potencial elétrico de uma membrana em
repouso
Principais íons: Na+ e K+ → diferentes
concentrações
Depende de Transporte ativo (Bomba de Sódio e
Potássio)
ATPase: hidrólise de ATP - mover Na+ para meio
extracelular é transportado no sentido inverso)
s.
Em uma célula animal que está no estado não
estimulado, ou em “repouso”, as cargas negativas
nas moléculas orgânicas dentro da célula estão,
em grande parte, balanceadas pelo K+ , o íon
intracelular predominante O K+ é ativamente
importado para dentro da célula pela bomba de
Na+ que gera um gradiente de K+ através da
membrana plasmática. Contudo, a membrana
plasmática também contém um conjunto de canais
de K+ conhecidos como canais de vazamento (ou
de escape) de K+ . Esses canais oscilam de forma
aleatória entre os estados aberto e fechado,
independentemente das condições presentes no
interior ou no exterior celular; quando estão
abertos, permitem que o K+ se mova livremente.
Quando os canais estão abertos, o K+ tem a
tendência de fluir para fora da célula a favor do seu
acentuado gradiente de concentração. Essa
transferência de K+ através da membrana
plasmática deixa para trás, no outro lado, cargas
negativas não balanceadas, criando uma diferença
de voltagem, ou potencial de membrana. Como tal
desequilíbrio de cargas fará oposição a qualquer
movimento adicional do K+ para fora da célula,
uma condição de equilíbrio é estabelecida, na qual
o potencial de membrana mantendo o K+ dentro
da célula é justamente forte o suficiente para
neutralizar a tendência do K+ de se mover a favor
do seu gradiente de concentração e para fora da
célula.
O potencial de membrana nesse estado
estacionário – em que o fluxo de íons positivos e
negativos através da membrana está precisamente
equilibrado, de modo que nenhuma diferença de
carga adicional se acumula através da membrana
– é chamado de potencial de repouso da
membrana.
As células nervosas possuem a capacidade de
utilizar esse potencial de membrana para a
transmissão intercelular de sinais elétricos
(estímulos / informações)
Potencial de repouso = -60 a -90mV ( o valor é
negativo porque o interior da célula é negativo em
relação ao exterior
Como é gerado o impulso nervoso?
Impulso nervoso: diminuto sinal elétrico rápido
e invariável, gerado e veiculado com enorme
velocidade pela própria célula nervosa, que é
capaz de codificar tudo o que sentimos a partir
do ambiente externo e interno, e tudo o que
pensamos a partir de nossa própria
consciência.
Neurônio: receber, integrar e transmitir sinais;
corpo celular que contém o núcleo; axônio,
que conduz sinais elétricos para fora do corpo
celular; dendritos que irradiam do corpo celular
como antenas e fornecem uma área de
superfícieaumentada para receber os sinais
dos axônios de outros neurônios; o axônio
costuma acabar em um terminal nervoso
Estimulado por um sinal: proveniente de outro
neurônio ou algum receptor
Sinal: inicia uma mudança no potencial de
membrana em um determinado local
Transmissão do sinal: requer que a alteração
do potencial de membrana seja propagada.
Quanto um neurônio é estimulado, o potencial
de membrana da membrana plasmática
alterna para um valor menos negativo. Se
essa despolarização for grande o suficiente,
ela fará com que canais de Na+ controlados
por voltagem se abrem na membrana
transitoriamente nesse local. Quando esses
canais abrem-se rapidamente, eles permitem
que uma pequena quantidade de Na6 entre na
célula de acordo com o seu acentuado
gradiente eletroquímico. O influxo de carga
positiva despolariza mais a membrana,
abrindo canais de Na+ controlados por
voltagem adicionais e causando ainda mais
despolarização. Esse processo continua de
forma explosiva a autoamplificadora até que o
potencial de membrana na região localizada
do neurônio tenha alternado seu valor de
repouso de -60 mV para +40 mV
A voltagem de +40 mV é próxima do potencial
de membrana no qual a força motriz
eletroquímica para a movimentação do Na+
através da membrana é zero – ou seja, na
qual os efeitos do potencial de membrana e o
gradiente de concentração do Na+ são iguais
e opostos, de modo que o Na+ não possui
mais tendência a entrar na célula ou sair dela.
Se os canais continuassem a responder ao
potencial de membrana alterado, a célula
ficaria trancada com a maioria dos canais de
Na+ controlados por voltagem abertos.
A célula é salva desse destino porque os
canais de Na+ possuem um mecanismo de
inativação automático – uma espécie de
“cronômetro” que os leva a rapidamente adotar
(em cerca de um milissegundo) uma
conformação inativada especial, na qual o
canal é fechado, mesmo que a membrana
ainda esteja despolarizada. Os canais de Na+
permanecem nesse estado inativado até que o
potencial de membrana retorne ao seu valor
negativo inicial - estímulo migra em uma
única direção.
Canais de K+ também auxiliam a retornar o
potencial de membrana ao valor de repouso;
os canais K+ controlados por voltagem se
abrem em resposta à despolarização ( mas
não tão prontamente como os Na+); ficam
abertos enquanto a membrana está
despolarizada
esses canais de K+ de são de cinética lenta, então
eles demoram a se fechar, e a célula hiperpolariza,
ou seja, fica mais negativa do que em seu
potencial de repouso.
Ao chegar nessa fase de hiperpolarização, os
canais de se fecham, e começa atuar a bomba de
Na+/ / K+ ATPase, uma bomba que atua contra o
gradiente de concentração, é um transporte ativo e
com gasto de ATP, e assim faz com que a célula
retorne a sua eletronegatividade normal, ao seu
potencial de repouso.
CONDUÇÃO SALTATÓRIA
Bainha de Mielina (isolamento)
Nódulo de Ranvier
Oligodendrócitos(sistema nervoso central): seus
prolongamentos envolvem axônios (bainha de
mielina)
Células de Schwann (sistema nervoso periférico):
envolvem-se nos axônios (bainha de mielina)
Sinapses
O sinal deve ser transmitido para as células-alvo
com as quais os terminais estão em contato.
Nas maioria das sinapses, as membranas
plasmáticas das células que transmitem e recebem
a mensagem (células pré-sinápticas e
pós-sinápticas) são separadas uma da outra por
uma estreita fenda sináptica.
O sinal elétrico é transformado em um sinal
químico, na forma de uma pequena molécula
sinalizadora secretada, conhecida como
neurotransmissor, que são inicialmente
armazenados nos terminais nervosos dentro de
vesículas sinápticas envolta por membranas
A despolarização da membrana plasmática do
terminal nervoso, causada pela chegada do
potencial de ação, abre transitoriamente os canais
de Ca+ controlados por voltagem que estão
concentrados na membrana plasmática do terminal
nervoso pré-sináptico. O aumento resultante na
concentração de Ca+ no citosol do terminal
imediatamente desencadeia a fusão de membrana
que libera o neurotransmissor por exocitose.
O neurotransmissor liberado se difunde
rapidamente pela fenda sináptica e se liga aos
receptores do neurotransmissor concentrados na
membrana plasmática pós-sináptica da célula-alvo.
A ligação do neurotransmissor aos seus receptores
produz uma mudança no potencial de membrana
da célula-alvo, que, se grande o suficiente, leva a
célula a disparar um potencial de ação.
Os receptores de neurotransmissores podem ser
de vários tipos; alguns promovem efeitos
relativamente lentos na célula alvo, ao passo que
outros desencadeiam respostas mais rápidas. As
respostas rápidas dependem de receptores que
são canais iônicos controlados por transmissor, em
que sua função é transformar o sinal químico
carregado por um neurotransmissor novamente em
um sinal elétrico. Os canais se abrem
transitoriamente em resposta à ligação do
neurotransmissor, alterando, assim, a
permeabilidade iônica da membrana pós-sináptica
e desencadeará um potencial de ação na célula
pós-sináptica
Os neurotransmissores podem tanto excitar
quanto inibir uma célula pós-sináptica, e é o
caráter do receptor que reconhece o
neurotransmissor que determina como a célula
pós-sináptica irá responder. Quando um
neurotransmissor se liga, esses canais se abrem
para permitir um influxo de Na+ , que despolariza a
membrana plasmática e, assim, tende a ativar a
célula pós-sináptica, encorajando-a a disparar um
potencial de ação. Já os principais receptores para
os neurotransmissores inibitórios, como o ácido
γ-aminobutírico (GABA) e a glicina, são canais de
Cl– controlados por ligante. Quando os
neurotransmissores se ligam, esses canais se
abrem, aumentando a permeabilidade da
membrana ao Cl– ; essa mudança na
permeabilidade inibe a célula pós-sináptica por
dificultar a despolarização da membrana
plasmática.