Membranas Biológicas: Estrutura e Transporte

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Membranas Biológicas
Estrutura e Transporte
prof. Antonio Dégas
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Objetivos deste Módulo de Estudos
Compreender a estrutura das membranas biológicas e a influência desta estrutura nas funções das membranas
Compreender as funções da membrana plasmática e principalmente, os transportes através da membrana
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Organelas Membranosas
Quando nos referimos às Organelas Membranosas estamos nos referindo a todas as organelas que apresentam Membranas Biológicas em sua constituição.
Conforme você já pôde estudar na aula sobre Células Eucariontes, as organelas membranosas são:
 A Membrana Plasmática
 As Mitocôndrias 
 A Carioteca
 O Sistema de Endomembranas 
Retículo Endoplasmático
Complexo de Golgi
Lisossomos, Peroxissomos e Endossomos
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Membranas Biológicas
Nesta aula abordaremos a estrutura da Membrana Plasmática, que é a mesma para todas as organelas membranosas.
Em seguida discutiremos as implicações desta estrutura para as funções desta organela, com ênfase para os transportes através da membrana.
As Organelas Membranosas podem ser observadas na imagem a seguir.
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Carioteca
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Modelo do Mosaico Fluido
O Modelo do Mosaico fluido diz que as membranas biológicas são formadas por uma bicamada de lipídios, na qual estão inseridas diversas proteínas.
Por isso dizemos que a membrana é LIPOPROTÉICA
LIPO : diz respeito aos lipídeos presentes nas membranas
PROTÉICA : diz respeito às proteínas presentes nas membranas
A imagem a seguir mostra um esquema deste modelo.
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Modelo do Mosaico Fluido
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Vejamos de que maneira essa estrutura influencia nas funções da Membrana Plasmática ...
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Delimitação do Volume Celular e Permeabilidade Seletiva
A Membrana Plasmática é a organela que delimita o limite externo das células eucariontes animais.
Além disso é ela quem determina quais substâncias irão entrar ou sair das células, e em quais quantidade e velocidades isso vai acontecer.
A essa função de seleção denominamos PERMEABILIDADE SELETIVA.
Os mecanismos que determinam a permeabilidade seletiva são denominados mecanismos de transporte através da membrana.
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Delimitação do Volume Celular e Permeabilidade Seletiva
As imagens a seguir mostram o seguinte experimento:
Se você colocar uma célula (vegetal ou animal) em soluções com diferentes concentrações de NaCl ou sacarose, devido a permeabilidade seletiva, o volume celular será alterado.
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Esta célula vegetal foi colocada em soluções onde gradativamente (1, 2 e 3)
foi aumentada a concentração de sacarose.
Em seguida foi colocada em água pura (4).
Sabendo que a sacarose não entra na célula, você conseguiria explicar o
que está acontecendo ? 
(1)
(2)
(3)
(4)
redução do volume do citoplasma
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A célula abaixo é uma hemácia (glóbulo vermelho do sangue).
Observe que ela foi colocada em meios com diferentes concentrações de NaCl.
Quando a concentração de NaCl é 0,9% a célula apresenta-se na sua forma
característica de disco bicôncavo.
Em concentrações menores que 0,9% a célula murcha.
Em concentrações maiores que 0,9% a célula incha gradativamente até estourar
(hemólise)
Você conseguiria explicar o que está acontecendo ? 
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Vamos nos aprofundar um pouco mais na estrutura da membrana plasmática para que possamos compreender estes fenômenos ...
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Composição Química das Membranas
Componente lipídico (bicamada de lipídeos)
Principalmente Fosfolipídeos
Componente protéico (proteínas inseridas na bicamada)
Proteínas Periféricas
Proteínas Integrais
Componente glicídico (carbohidratos)
Porção de carbohidratos dos glicolipídeos e glicoproteínas, constituindo o glicocálix
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Composição Química das Membranas
Componente lipídico (bicamada de lipídeos)
Principalmente Fosfolipídeos (que são lipídeos ligados ao fosfato)
Os lipídeos são moléculas que apresentam uma região denominada cabeça e outra região denominada cauda.
A cabeça do lipídeo é polar.
A cauda do lipídeo é apolar.
Estruturas polares têm afinidade por estruturas também polares.
Estruturas apolares têm afinidade por estruturas também apolares.
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Composição Química das Membranas
A água é um solvente universal, sendo a substância encontrada em maior abundância nos seres vivos. Há água dentro e fora das células.
Acontece que a água é polar, e você já sabe que estruturas polares têm afinidade por estruturas também polares.
Isso implica que toda substância polar terá afinidade pela água. Por este motivo estas substâncias são denominadas hidrofílicas.
Já as substâncias apolares tendem a não gostar da água, sendo por este motivo denominadas hidrofóbicas.
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Lipídios 
Cabeça: POLAR
Cauda: APOLAR
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Disposição dos lipídeos em meio aquoso
Já que a molécula de lipídeo tem uma porção polar e outra apolar, imagine
o dilema de uma molécula de lipídeo colocada em água...
A cabeça da molécula vai querer ficar em contato com a água...
... enquanto a cauda vai querer se esconder da água.
Observe na imagem a seguir como os lipídeos podem se agrupar quando são colocados em meio aquoso.
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Disposição dos lipídeos em meio aquoso
UMA MICELA E UMA PORÇÃO 
DE BICAMADA DE LIPÍDEOS
UM LIPOSSOMO
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Veja então que a disposição dos lipídeos em uma bicamada, apresentada pelo Modelo do Mosaico Fluido, faz sentido ...
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Modelo do Mosaico Fluido
Bicamada de Lipídeos
Lembre-se que há água dentro e fora da célula.
Observe as caudas dos lipídeos se escondendo da água, 
dentro da bicamada, e as cabeças, em contato com a água,
voltadas para os meios intra e extra celular.
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Uma simplificação útil ...
Vamos considerar que as bicamadas de lipídeos são praticamente apolares,
já que a maior parte dessas bicamadas é constituída pelas caudas apolares dos lipídeos.
E lembre-se: quem é apolar tem afinidade por quem também é apolar.
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Agora pare um pouco para pensar ...
A glicose precisa entrar nas células, para que elas obtenham a energia necessária para seu funcionamento.
Já que a glicose se mistura facilmente com a água, deve ser hidrofílica, e portanto, polar. 
Se a glicose é polar e a bicamada de lipídeos praticamente apolar, então para a glicose entrar na célula ela não poderá atravessar através da bicamada (lembre-se de que quem é polar só tem afinidade por quem também é polar ).
Por onde será que a glicose irá passar para entrar nas células ???
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Composição Química das Membranas
Componente protéico (proteínas inseridas na bicamada)
Proteínas Periféricas ou Extrínsecas
Interagem de forma fraca com a bicamada de lipídeos, podendo ser facilmente extraídas das membranas
Proteínas Integrais, Intrínsecas, ou Transmembrana
Interagem de forma bastante forte com a membrana, sendo de difícil extração
Podem atravessar a bicamada mais de uma vez, chegando a formar canais de passagem através dela
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Proteínas na Membrana
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Funções das Proteínas na Membrana
Nas membranas as proteínas podem realizar diversas funções, como:
 transportadores de substâncias que não conseguiriam atravessar a bicamada
 estruturas de ligação entre a célula e o meio extracelular (matriz), ou ainda entre a célula e estruturas do citoplasma (citoesqueleto)
 receptores de substâncias do meio extracelular, desencadeando uma resposta intracelular (sinalização intracelular)
 enzimas para diferentes reações químicas
 antígenos que identificam que uma célula pertencea determinado organismo 
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Vamos agora nos aprofundar um pouco no estudo dos mecanismos de transporte de substâncias (solutos) através das membranas ...
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Transporte de Solutos Através da Célula
Existem dois tipos de transporte de solutos através da célula:
 Transportes através da Membrana (nos quais os solutos atravessam a membrana através da bicamada ou de um transportador protéico)
 Transporte em Quantidade, ou em Massa (nos quais a membrana da célula se deforma para a passagem de partículas que não conseguiriam atravessar a membrana)		
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Transporte em Quantidade
Nos transportes em quantidade as partículas não conseguem atravessar a membrana por uma questão de tamanho.
A membrana se deforma para a entrada dessas substâncias que devem necessariamente ser digeridas no meio intracelular. Nesses casos falamos em: 
 Endocitose
Existem dois tipos de endocitose:
 Fagocitose
 Pinocitose
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Microorganismo 
sendo fagocitado
por uma ameba
Nesse exemplo de FAGOCITOSE uma ameba emite prolongamentos de membrana (pseudópodos ou evaginações) para capturar um microorganismo
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Nesse exemplo de PINOCITOSE a membrana de uma célula se dobra para dentro (invaginação) para que uma partícula seja levada para o interior do citoplasma. 
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Endocitose
 Fagocitose: a célula emite evaginações, ou prolongamentos (pseudópodos), que capturam a partícula.
 Pinocitose: a célula invagina (dobra para dentro) sua membrana em uma região específica, para captura da partícula.
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Transporte em Quantidade
A célula pode ainda mandar para o meio extracelular resíduos da digestão de partículas ou do seu metabolismo (EXCREÇÃO), ou ainda, substâncias produzidas no meio intracelular e que serão de utilidade para outras células (SECREÇÃO).
Em ambos os casos falamos de um outro tipo de transporte em quantidade, que se diferencia das ENDOCITOSES devido a direção do processo (do meio intra para o extracelular), denominado
 
 Exocitose
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Resumindo os Transportes em Quantidade
 Endocitose
Fagocitose
Pinocitose
 Exocitose
Excreção
Secreção
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Transportes Através da Membrana
Nos transportes através da membrana os solutos entram ou saem da célula atravessando a bicamada de lipideos, ou através de um transportador protéico. 
Nesse caso, temos:
 Transportes através da bicamada
 Transportes mediados por transportadores protéicos
Nessa discussão não será discutido o transporte de água através da célula, denominado OSMOSE (que será tema de nossa aula prática).
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Uma pausa para relembrar ...
Quando uma substância é transportada através da membrana, ela pode sair ou entrar na célula.
Acontece que isso pode se dar as custas de energia, ou não.
Quando um transporte precisa de energia para que possa acontecer é denominado TRANSPORTE ATIVO.
Quando um transporte não precisa de energia para que possa acontecer é denominado TRANSPORTE PASSIVO.
A questão é: o que leva alguns transportes a precisarem de energia e outros não ??
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Uma pausa para relembrar ...
Isso vai depender da diferença (gradiente) de concentração entre os meios através dos quais acontece o transporte.
Quando o transporte se dá do meio mais concentrado para o menos concentrado, dizemos que ele ocorre à favor de um gradiente de concentrações. 
Esse tipo de transporte não gasta energia. 
É portanto TRANSPORTE PASSIVO.
Quando o transporte se dá do meio menos concentrado para o mais concentrado, dizemos que ele ocorre contra um gradiente de concentrações. Esse tipo de transporte gasta energia. 
É portanto TRANSPORTE ATIVO.
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Uma analogia útil ...
Quando o transporte se dá do meio mais concentrado para o menos concentrado, dizemos que o soluto desce a ladeira .... Portanto não gasta energia e é passivo.
Quando o transporte se dá do meio menos concentrado para o mais concentrado, dizemos que o soluto sobe a ladeira .... Portanto gasta energia e é ativo.
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Características dos transportes através da bicamada
Para que uma substância possa atravessar a bicamada de lipídeos deve necessariamente ser apolar (você lembra por quê ?). 
Nesse caso a substância será transportada à favor do gradiente o que implica dizer que será do meio de maior concentração para o de menor concentração. 
Os transportes através da bicamada são portanto transportes passivos.
O único tipo de transporte através da bicamada é a DIFUSÃO SIMPLES. 
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Características dos transportes mediados por transportador
Obs.: o transporte de íons utiliza canais iônicos que são proteínas de membrana, 
mas que não apresentam necessariamente as 3 características acima. 
A dinâmica do transporte através de canais iônicos é igual a da difusão simples. 
Substâncias polares não conseguem atravessar a bicamada (você lembra por quê ?).
Devem portanto utilizar um transportador protéico para sair ou entrar na célula.
A interação do soluto que está sendo transportado com o transportador faz com que os transportes mediados por transportadores apresentem as seguintes características:
 Saturação
 Estéreo Especificidade
 Competição
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Ao final deste Módulo de Estudos você será convidado a se aprofundar mais sobre essas três características dos transportes mediados por transportadores. Por enquanto vamos prosseguir nossos estudos ...
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Tipos de transportes mediados por transportador
Existem três tipos de transportes mediados por transportadores:
 Difusão facilitada
 Transporte Ativo
 Primário
 Secundário
O quadro a seguir resume as principais características dos transportes através da membrana.
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Transportes de Soluto Através da Membrana
A osmose não foi considerada por se tratar de transporte de solvente.
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Pense um pouco sobre tudo o que foi dito até agora sobre transporte e a estrutura das membranas.
Vamos concluir nossos estudos falando sobre os glicídios das membranas ...
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Composição Química das Membranas
 Componente glicídico (carboidratos)
Porção de carbohidratos dos glicolipídeos e glicoproteínas, constituindo o glicocálix
Nas membranas existem glicoproteínas e glicolipídeos. Estes são formados respectivamente por proteínas e lipídeos ligados a uma molécula de carbohidrato.
As glicoproteínas e glicolipídeos estão distribuídos nas membranas conforme pode ser observado na imagem a seguir.
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Glicídeos 
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Glicídeos 
Observe que a parte carbohidrato dessas moléculas fica sempre
Voltada para o meio extracelular, constituindo uma verdadeira 
camada de carbohidratos denominada GLICOCÁLICE.
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Importância do Glicocálice
Proteção química e mecânica das superfícies celulares
Reconhecimento e adesão celular
Topo Inibição
Especificidade celular
Função enzimática
Especificidade dos grupos sanguíneos do sistema ABO
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Agora mãos à obra ...
Como Atividade Obrigatória deste Módulo de Estudos você deve realizar as seguintes leituras e logo após a seguinte Atividade que deve ser entregue, dentro do prazo estipulado, através do sistema, de forma individual.
Você deve realizar as seguintes leituras obrigatórias, para que possa realizar a atividade proposta a seguir:
 Livro Biologia Celular e Molecular, Junqueira e Carneiro, 7a. Ed.
 ler da p.76 a 80 (paras no item “A Memmbbrana Plasmática é Assimétrica)
 voltar a ler na p.82 (a partir do item “Glicocálice”)
 parar na p.86 (no item “Transporte em Quantidade”)
 Livro Biologias Celular e Molecular, De Roberts e Hib, 3a. Ed.
 ler da p. 43 a 48 (parar no item 3.6)
 voltar no item 3.7 da p.49
 ler até o item 3.14 da p. 54 (não se preocuparcom as fórmulas apresentadas)
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Agora mãos à obra ...
Após as Leituras Obrigatórias você deve elaborar uma pequena dissertação contendo os seguintes itens e utilizando suas próprias palavras:
 transportes através da membrana (explicando cada um dos citados neste roteiro, destacando as 3 características dos transportes mediados por transportadores)
 funções do glicocálice (explicando cada uma das citadas neste roteiro)
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Bons estudos !!!
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Fim do Módulo de Estudos
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