Membranas_Aula_1

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Biofísica de Membranas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Daniel de Castro Medeiros 
 
dacamemg@yahoo.com.br 
• Estrutura e Composição de Membranas Biológicas 
• Mecanismos de transporte 
• Equilíbrio eletroquímico 
• Potencial de repouso 
• Potencial de ação 
• Auto excitabilidade 
• Potenciais sinápticos e geradores 
 
Robert Hooke 
 (1635 - 1703) 
Triacilglicerol 
Ácido Graxo 
Fosfolípede 
Micelas 
Lipossomos 
Glicoproteínas: estrutural, lubrificante e agente protetor, 
transportador, etc. Modulam propriedades como solubilidade, 
viscosidade, conformação, desnaturação e locais de ligação. Afetam a 
inserção nas membranas (adesão), a migração intracelular e a 
secreção. 
Proteínas periféricas: compreendem aquelas que não chegam a interagir fortemente com os 
hidrocarbonetos, prendendo-se apenas à parte polar. Qualquer alteração simples do meio, 
como mudança de Ph, pode desprendê-las. 
Proteínas integrais: são aquelas inseridas de tal modo na membrana que interagem não só 
com a parte polar, mas também com a apolar. Elas servem de conexão entre o meio intra e 
extra celular. Mas para formar o canal, as proteínas tem que atravessar a membrana várias 
vezes e ficar presas umas à outras (geralmente 20 aminoácidos são suficientes para 
atravessar a bicamada). 
Glicolipídio: a parte de carboidrato faz protrusão para a superfície externa agindo como 
receptores ou antígenos. 
Colesterol: substância lipossolúvel (esteroide) que tem ação de 
diminuir a fluidez da membrana plasmática. 
Algumas proteínas não 
se movimentam 
livremente pela 
membrana, 
permanecendo presas 
em regiões específicas. 
Endocitose: processo que permite algum material penetrar na célula sem passar 
através da membrana plasmática. A capacitação de partículas é denominada 
fagocitose. 
Endocitose: processo que permite algum material penetrar na célula sem passar 
através da membrana plasmática. A capacitação de partículas é denominada 
fagocitose. 
Endocitose mediada por receptores: presença de depressões na membrana celular 
revestidas externamente por clatrina (proteína). Ex: colesterol. 
Exocitose: reverso da endocitose. 
Difusão: movimento térmico aleatório de átomos e moléculas denominado movimento 
browniano. 
 
• Coeficiente de Difusão (velocidade): proporcional a velocidade na qual a molécula se 
move no meio circundante dado pela fórmula (Stokes-Eistein): 
 
D = kT/6πrƞ 
 
K = Constante de Boltzmann 
T = Temperatura absoluta 
r = Raio da molécula 
Ƞ = Viscosidade do meio 
 
 
 
 
Entropia 
Difusão: movimento térmico aleatório de átomos e moléculas denominado movimento 
browniano. 
 
• Coeficiente de Difusão (velocidade): proporcional a velocidade na qual a molécula se 
move no meio circundante dado pela fórmula (Stokes-Eistein): 
Magnitude de Difusão Através da Membrana 
Lei de Fick 
 
J = -DA(ΔC/ΔX) 
 
J = magnitude do fluxo 
D = coeficiente de difusão 
A = área da membrana 
C = diferença de concentração 
X = espessura da membrana 
 
J = -DA(ΔC/ΔX) 
 
J = magnitude do fluxo 
D = coeficiente de difusão 
A = área da membrana 
C = diferença de concentração 
X = espessura da membrana 
Substâncias lipossolúveis 
atravessam a membrana 
livremente, seguindo 
apenas leis da difusão 
simples: 
• Gases 
• Etanol 
• Lipídios 
Difusão Simples 
Coeficiente de partição água-óleo 
B = Coeficiente de partição 
[X]L = Concentração na parte lipídica 
[X]Aq = Concentração na parte aquosa 
Lei de Fick e Coeficiente de Partição 
Permeabilidade 
 
J = -DBA(ΔC/ΔX) 
 
J = magnitude do fluxo 
D = coeficiente de difusão 
B = coeficiente de partição 
A = área da membrana 
C = diferença de concentração 
X = espessura da membrana 
Seletividade dos Canais 
Transportadores mediados por proteína 
• Depende de mudança conformacional 
• Substância transportada rapidamente 
• Especificidade química 
• Substâncias análogas competem 
pelo sítio 
• Pode haver inibição do transporte 
• O transporte apresenta saturação 
 
Transportadores mediados por proteína 
• Depende de mudança conformacional 
• Substância transportada rapidamente 
• Especificidade química 
• Substâncias análogas competem 
pelo sítio 
• Pode haver inibição do transporte 
• O transporte apresenta saturação 
 
Transportadores Facilitados 
• Difusão facilitada 
• Segue o gradiente de concentração 
• Não há gasto de energia 
• Transportadores de carboidratos 
• Insulina – Neurônio – Músculo 
Simples X Facilitada 
Transportadores Ativos 
• Contra gradiente de concentração 
• Gasto energético 
• Sítios de ligação de maior (E1) e 
menor afinidade (E2) 
• Inibidos por substâncias que 
interfiram na produção de ATP 
(cianeto) 
Transportadores Ativos 
• Cálcio ATPase (Exemplo) 
• Hidrogênio-Potássio ATPase 
• Sódio-Potássio ATPase 
• Transporte ativo 
SECUNDÁRIO 
Transportadores Ativos 
• Cálcio ATPase 
• Hidrogênio-Potássio ATPase 
• Sódio-Potássio ATPase 
• Transporte ativo 
SECUNDÁRIO 
Transporte Ativo + Seletividade 
Transporte ativo primário 
Transporte ativo primário 
Potencial químico (J/mol) 
 
R · T · ln (Ce/Ci) 
 
R = constante de gas (8,31 J mol-1 K-1) 
T = temperatura absoluto (K) 
C = concentração [A] 
C0 = concentração [B] 
Potencial elétrico (J/mol) 
 
z · F · (V-V0) 
 
z = valencia da especie química 
F = constante de Faraday (96.485 C mol-1) 
V = potencial elétrico (V) 
V0 = potencial padrão (geralmente 0 V) 
 
Potencial Eletroquímico 
Potencial químico (J/mol) 
 
R · T · ln (Ce/Ci) 
 
R = 8 
T = 310 
Ce = 1 
Ci = 10 
 
2,3(8 x 310 x log 0,1) = 5704 J/mol 
 
 
Potencial elétrico (J/mol) 
 
z · F · (V-V0) 
 
V = 0 
V0 = 0 
z = 1 
F = 96.000 
 
1x96000x0 = 0 J/mol 
 
Potencial químico (J/mol) 
 
R · T · ln (Ce/Ci) 
 
Potencial elétrico (J/mol) 
 
z · F · (V-V0) 
 
= 
2.3 R T log(Ce/Ci) = z F ΔV 
ΔV= 2,3 R T log(Ce/Ci) / z F 
ΔV= 2,3 R T log(Ce/Ci) / z F 
ΔV= 2,3 R T / F . log(Ce/Ci) / z 
ΔV= 2,3 x 8,3 x 310 / 96000 x log(Ce/Ci) / z 
ΔV= 0,061V x log(Ce/Ci) / z 
Bioeletrogênese - Potenciais de difusão 
Potencial de equilíbrio de um íon X 
 
Ex = (61 mV / z) • log ( [X]E /[X]I ) 
(Consideramos que T = 37oC = 310 K) 
Ion X 
[X] (mM) 
EX (mV) 
LEC LIC 
Na+ 150 15 ? 
K+ 5 150 ? 
Cl- 150 15 ? 
Ca2+ 1 0.0001 ? 
Potencial de Membrana 
Equação de Nernst - K 
 
Eion = 61 log [ion]e/[ion]in 
 
Ek = 61 log 1/30 = 61. (-1,47) = -90mV 
 
Potencial de Membrana 
Equação de Nernst - Na 
 
Eion = 61 log [140]e/[14]in 
 
ENa = 61 log ? = 61. ? = ? 
 
Bioeletrogênese - Potenciais de difusão 
Potencial de equilíbrio de um íon X 
 
Ex = R T / z F ln ( [X]E / [X]I ) [Eq. de Nernst] 
Ion X 
[X] (mM) 
EX (mV) 
LEC LIC 
Na+ 150 15 +61 
K+ 5 150 -90 
Cl- 150 15 -61 
Ca2+ 1 0.0001 +122 
(Consideramos que T = 37oC = 310 K) 
Potencial de Membrana 
Formação do Gradiente 
+ 
Seletividade de Canais Passivos 
Potencial de Membrana 
Apesar da grande força 
empurrando o Sódio, 
sua condutância é 
baixa. Logo o potencial 
de membrana se 
aproxima mais do Ek 
Potencial de Membrana 
Lei de Ohm 
V=RI > I=V/R 
 
 
R=1/g 
Em = (gk/∑g) Ek + (gNa/∑g) ENa + (gCl/∑g) ECl 
 
Média ponderada dos potenciais de equilíbrio de todos os íons para os quais a 
membrana é permeável 
Potencial de Membrana 
Em = (0.80) -90+ (0.15) 61 + (0.05) +(-60) 
Em = -72 + 9 - 3 
Em = -60mv 
 
Média ponderada dos potenciais de equilíbrio de todos os íons para os quais a 
membrana é permeável 
Em = (gk/∑g) Ek + (gNa/∑g) ENa + (gCl/∑g)+Ecl 
Em = (gk/∑g) Ek + (gNa/∑g) ENa + (gCl/∑g)Ecl 
 
• Anestésico 
• Analgésico 
• Cloreto de 
Potássio 
Em = (gk/∑g) Ek + (gNa/∑g) ENa + (gCl/∑g)Ecl 
 
• Anestésico 
• Analgésico 
• Cloreto de 
Potássio