Transporte e Distribuição de Solutos

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Biofísica das membranas
FaculdadesVale do Carangola
Prof. Jaquelina Alves Nunes
Carangola
2013
Universidade do Estado de Minas Gerais
Transporte e Distribuição de Solutos
Introdução
 Organismos gastam energia para transportar
moléculas para dentro ou fora da célula
 Tipo de trabalho celular menos evidente que
outros é fundamental para manutenção do
metabolismo celular
COMPARTIMENTOS CORPORAIS
intracelular
intersticial
intravascular
extracelular
OS COMPATIMENTOS SÃO SEPARADOS PELAS MEMBRANAS
CAPILARES E CELULARES
Membrana celular
 Estrutura elástica que circunda toda célula
 Estrutura
◦ Camada lipoproteíca
◦ Barreira à passagem da água e solutos hidrosolúveis
(camada lipídica)
◦ Proteínas: “Poros”
 Membrana separa o líquido intracelular no 
interior da célula do líquido extracelular
Membranas e permeabilidade
• Proteínas transmembrana ou integrais de membrana;
• Proteínas periféricas de membrana;
• Responsáveis por sinalização celular ou transporte de 
substâncias.
Proteínas 
(50%)
• Associados à proteínas ou a lipídeos;
• Sinalização e reconhecimento celular;
• Glicocalix x Lectinas.
Carboidratos
• Fosfolipídeos
• ColesterolLipídeos (50%)
Estrutura e propriedades das membranas celulares
Complexo lipoprotéico
Estruturas Básicas
 Poros ou canais
◦ Canais de Na+ etc.
 Zonas de difusão facilitada
◦ Alta concentração de moléculas de mesma 
espécie
 Ex: Região para lípides tem alta concentração de 
moléculas lipídicas
 Sistema imune Permeando Ag-Ac
 Hormônios esteróides 
Estruturas Básicas
 Receptores
◦ Substância se liga e causa uma série de
processos celulares
 Ex. Receptor para insulina, Glucagon
 Hormônios protéicos, adrenalina, acetilcolina
 Calmodulina: Ca+2
 Atropina se liga aos receptores muscarínicos da 
acetilcolina e bloqueia os efeitos da Ach.
 Operadores
◦ Transporte de substâncias em sentido único
◦ Transporte ativo
Modelos de Membrana
Davidson e Danielli
Lenard e Singer
Modelo do Mosaico Fluido - Singer e Nicholson
Além de ser termodinamicamente estável, explica as propriedades físico-
químicas das membranas:
Elevada resistência à passagem de corrente elétrica – bicamada de
lipídeos (baixo condutor de eletróns)
Baixa permeabilidade a solutos polares, principalmente iônicos
Baixa tensão superficial, superficie de membrana origem polar em
ambos os lados
Assimetria topográfica da superfície das membranas (faces) quanto
ao número e tipo de proteínas, e ou, lipídio constituintes.
Duas observações pertinentes:
a) As células precisam continuamente transportar, para dentro e
para fora, grande qtidade de mlcs polares ou iônicas, como glucose,
aminoácidos, HCO3, K+, Na+ etc.
b) As células mantêm, no seu interior, uma elevada concentração
desses compostos polares, apesar de na soluçao externa ela ser
baixa. Em outras palavras, as células possuem a capacidade de
concentrar esses compostos no seu interior, fazendo-os passar
através das membranas.
Íons Água do Mar Células da
Alga
Taxa de 
Acúmulo
Na+ 30 54 1,8
K+ 0,65 113 173,4
Cl- 35 206 5,9
Transporte através da membrana
 Transporte passivo
◦ Movimento ao acaso de substâncias, causado
pela energia cinética normal da matéria
 Transporte ativo
◦ Movimento de substâncias como resultado de
processos químicos que transmitem energia
para o movimento.
Difusão
Difusão, em função dos gradientes de concentração: conceito de equilíbrio 
dinâmico.
Em I, os fluxos A  B > B A ; em II, A  B = B A: atingiu-se o equilíbrio 
dinâmico
Diffusion: is random movement 
Diffusion across membrane
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Fatores que afetam a velocidade
 Concentrações
 Peso molecular
 Distância
 Área da seção
 Temperatura
Difusão  Diferença de [ ] x Área da seção reta x Temperatura
Distância x Raiz PM
Transporte Passivo
 Difusão Passiva - Muitas substâncias penetram
nas células ou delas saem por difusão passiva, isto é,
como a distribuição do soluto tende a ser uniforme em
todos os pontos do solvente, o soluto penetra na célula
quando sua concentração é menor no interior celular
do que no meio externo, e sai da célula no caso
contrário. Neste processo não há consumo de energia.
Ocorre a favor do gradiente.
PASSAGEM ATRAVÉS DA MEMBRANA
DIFUSÃO : PASSAGEM DE ÍONS
SIMPLES FACILITADA
 
SEM CARREADORES PROTEÍNA CARREADORA
PERMEAVILIDADE SELETIVA
COMPORTAS
SUBSTÂNCIA DIÂMETRO PERMEABILIDADE
MOLÉCULA DE AGUA 0,3 1,0
URÉIA 0,36 0,0006
ÍON CLORETO HIDRATADO 0,386 0,0000001
POTÁSSIO HIDRATADO 0,396 0,000000006
SÓDIO HIDRATADO 0,512 0,000000002
Transporte através das membranas
 Difusão passiva
 Ocorre através de um gradiente de concentração
 Coeficiente de partição óleo/água
 Lipossolubilidade e permeabilidade
 Difusão facilitada
 Sem gasto energético
 Transporte ativo
 Hidrólise de ATP
 Gradiente eletroquímico
 Pinocitose
 Participação direta da membrana
 Gasto de energia
 Não necessita de transportadores
Passivo Facilitado Ativo
Transporte Passivo
 Difusão Facilitada
◦ Algumas substâncias, como a glicose, galactose e alguns
aminoácidos têm tamanho superior a 8 Angstrons, o que impede
a sua passagem através dos poros. São, ainda, substâncias não
solúveis em lipídios, o que também impede a sua difusão pela
matriz lipídica da membrana. No entanto, estas substâncias
passam através da matriz, por transporte passivo, contando, para
isto, com o trabalho de proteínas carregadoras (proteínas
transportadoras
Difusão facilitada
DIFUSÃO FACILITADA
Fatores que influenciam:
•Permeabilidade
•Diferença de Concentração
•Diferença de Pressão
•Diferença de Potencial elétrico
Difusão pelos poros
 Dimensão dos poros
 Efeito da diferença de concentração
 Permeabilidade
◦ Intensidade do transporte através da membrana para 
uma diferença de concentração determinada.
 Carga elétrica dos íons sobre a capacidade de 
se difundir pelos poros da membrana
◦ Canais de Na+ (canais revestidos por carga -)
◦ Canais de K+
◦ Canais de H2O
Canais
Osmose
 Osmose
◦ A água flui nos dois
sentidos, (devido a
uma diferença de
concentração)
mantendo o volume
constante da célula
Transporte Passivo
 Osmose
◦ É o fenômeno de difusão em presença de uma
membrana semipermeável. Nele, duas soluções
de concentrações diferentes estão separadas por
uma membrana que é permeável ao solvente e
praticamente insolúvel ao soluto. Há, então,
passagem do solvente de onde está em maior
quantidade (solução hipotônica) para onde está
em menor quantidade (solução hipertônica).
Osmose
 Ao invés, a célula vegetal é vulnerável aos ambientes hipertónicos. A saída
da água contida no seu vacúolo, provoca uma diminuição do volume
celular e, consequentemente, o afastamento da membrana plasmática
relativamente à parece celular. Este fenómeno designa-se comumente por
plasmólise
Deplasmólise
Plasmólise
Pressão osmótica
 Força necessária para interromper a 
osmose
Pressão reversa
Influência da pressão osmótica
Osmose para dentro 
da célula
Osmose para fora da 
célula
Equilíbrio osmótico entre líquido 
Intracelular e extracelular
Hiper
Hipo
Equilíbrio
 Célula colocada meio 
hipotônica
◦ Passagem da água, por osmose 
através da membrana celular
 Aumento do volume 
intracelular (Inchaço)
 Diminuição do volume 
extracelular
 Diluição das substâncias 
dissolvidas no intracelular
 Concentração aumentada das 
substâncias dissolvidas no 
líquido extracelular
Equilíbrio
Célula colocada em solução 
hipertônica
◦ Passagem da água, por osmose, 
para fora da célula.
 Diminuição do volume 
intracelular
 Aumento do volume 
extracelular
 Concentração do líquido 
intracelular
 Diluição do líquido 
extracelular
Transporte Ativo
 Transporte de substância contra um gradiente 
de concentração.
 É a passagem de uma substância de um menos 
concentrado para um meio mais concentrado 
( contra o gradiente), que ocorre com gasto de 
energia
 Utilização de um carreador
 Proteínas
Indigestão e digestão de nutrientes 
pela célula
 Endocitose: englobamento de materiais 
◦ Fagocitose: Matéria particulada
 Bactéria
 Outra célula
 Partícula de tecido em degeneração
◦ Pinocitose
 Ingestão de quantidades diminutas de líquido 
extracelular e de substâncias nele dissolvidas.
Transporte Ativo
 Fagocitose:
◦ É o nome dado ao processo pelo qual a célula, graças à
formação de pseudópodos, engloba, no seu citoplasma,
partículas sólidas. A fagocitose é um processo seletivo,
conforme pode ser observado no exemplo da fagocitose de
paramécios pelas amebas. Nos mamíferos, a fagocitose é
feita por células especializadas na defesa do organismo,
como os macrófagos.
Fagocitose
Células fagocíticas possuem 
carga eletronegativas (-)
Objetos que possuem carga 
eletronegativa são repelidos
Cargas eletropositivas são 
susceptíveis à fagocitose
Maioria dos objetos 
particulados normais do líquido 
extracelular possui carga negativa
Vírus, invasores: POSITIVOS
Vesícula digestiva
Transporte Ativo
 Pinocitose
◦ É nome dado ao processo pelo qual a célula, graças à
delgadas expansões do citoplasma, engloba gotículas
de líquido. Formam-se assim vacúolos contendo
líquido. Muitas células exibem esse fenômeno, como
os macrófagos e as dos capilares sangüíneos.
Pinocitose
Transporte Ativo
Partículas 
sólidas
Partículas
líquidas
BOMBA SÓDIO POTÁSSIO
BOMBA SÓDIO POTÁSSIO
Transporte Ativo
 Bomba de NA+ e K+ Este tipo de transporte se dá,
quando íons como o sódio (Na+) e o potássio (K+),
tem que atravessar a membrana contra um gradiente de
concentração.
 Encontramos concentrações diferentes, dentro e fora
da célula, para o sódio e o potássio.
 Na maioria das células dos organismos
superiores a concentração do sódio (Na+) é bem
mais baixa dentro da célula do que fora desta.
 O potássio (K+), apresenta situação inversa, a sua
concentração é mais alta dentro da célula do que
fora desta.
Transporte Ativo
 Juntos esses dois receberam o nome de
bomba de sódio e potássio.
 Todo este mecanismo de transporte ativo
que mantém tais distribuições iônicas é
de suma importância para a transmissão
do impulso nervoso.
Resumo
 Transporte Passivo
◦ Difusão simples
◦ Difusão Facilitada
◦ Osmose
 Transporte Ativo
◦ Bomba sódio-potássio
◦ Fagocitose
◦ Pinocitose