Exercícios Aplicativos sobre Membranas Celulares e Transporte de Membrana GABARITO

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Exercícios Aplicativos sobre Membranas Celulares
e seus mecanismos de Transporte
Profª. Lindisley Gomides
1) As células do organismo estão em equilíbrio dinâmico com o meio extracelular. Isso significa dizer que, continuamente, existe fluxo de substâncias através das membranas celulares. 
a) O que é uma membrana semipermeável? E o que significa o termo permeabilidade seletiva?
Membrana semipermeável: permite passagem apenas de moléculas de água. Permeabilidade seletiva: permeabilidade a substâncias específicas, além da água. 
b) Conceitue osmose e difusão. 
Osmose é o fluxo de água, através de uma membrana semipermeável, de um compartimento onde a concentração do soluto é menor para um onde a concentração de soluto é maior. Mais simplificadamente: o fluxo de solvente do meio menos concentrado em partículas para o meio mais concentrado em partículas. 
Difusão é o processo onde os átomos ou moléculas se misturam devido ao seu movimento térmico ao acaso (browniano). Mais simplificadamente: o fluxo de soluto do meio mais concentrado em partículas para o menos concentrado em partículas.
c) Defina os limites numéricos (valor mínimo e valor máximo possíveis) do índice ou coeficiente de reflexão e comente os valores definidos. 
Os limites do coeficiente de reflexão são 0 e 1 ou 0% e 100%. O índice de reflexão de 0 ou 0% indica que a substância não é refletida pela membrana celular, ou seja, a membrana é totalmente permeável à substância. Em contrapartida, o índice de reflexão de 1 ou 100% indica que a substância é totalmente refletida pela membrana: a membrana é impermeável à substância
d) O que é um soluto osmoticamente ativo?
Solutos osmoticamente ativos são aqueles incapazes de atravessar uma membrana semipermeável. Presos em compartimentos separados por essas membranas, exercem pressão forçando a passagem de água para onde estão em maior concentração
2) Uma substância cujas concentrações intracelular e extracelular são iguais está em equilíbrio? Justifique detalhadamente sua resposta com base nas forças que podem agir sobre partículas carregadas ou não carregadas localizadas no líquido extracelular (LEC) e líquido intracelular (LIC). 
Não necessariamente. Uma partícula carregada sofre ação de duas forças: elétrica e de concentração. Desta forma, não basta não haver força de concentração (as duas concentrações – interna e externa – serem as mesmas) para que haja equilíbrio; antes disso, é necessário que não haja também forças elétricas. Partículas não carregadas estariam, sim, em equilíbrio na situação descrita (igualdade de concentrações interna e externa), uma vez que elas não estão submetidas a forças elétricas.
3) As proteínas são macromoléculas constituídas por inúmeros resíduos de aminoácidos ligados por meio de ligações covalentes. Desta forma, elas constituem substâncias muito grandes para atravessarem membranas celulares; seu transporte pela membrana é feito por endocitose ou exocitose. Além disso, como os monômeros (aminoácidos) desses polímeros são unidos por ligações covalentes, as proteínas não dissociam em partículas menores, a menos que sofra ação enzimática. Dispondo dessas informações, responda: 
a) As proteínas são substâncias osmoticamente ativas? Justifique com base nas informações do enunciado e em seus conhecimentos sobre o assunto. 
Sim. Como as proteínas possuem grandes dimensões, as membranas biológicas são impermeáveis a elas. Presas em um compartimento delimitado por membrana semipermeável e estando em maior concentração nesse compartimento que nos outros em contato com ele, as proteínas são capazes de exercer pressão osmótica sobre os outros compartimentos e determinar o fluxo de água para o compartimento onde estão em maior concentração.
b) A permeabilidade dos poros capilares às proteínas plasmáticas é, em geral, muito baixa. Desta forma, as proteínas ficam confinadas no espaço vascular e exercem a pressão oncótica sobre o compartimento de líquido intersticial. A pressão oncótica é especialmente importante na extremidade venosa dos capilares, promovendo a volta, para o leito vascular, do líquido que saiu do vaso na extremidade arterial. O que é a pressão oncótica? Com base nas informações fornecidas, qual seria a principal consequência de um quadro de hipoproteinemia em um indivíduo? 
Pressão oncótica é a pressão osmótica exercida por proteínas plasmáticas sobre o compartimento extravascular. Formação de edema por redução de pressão oncótica e não retorno de líquido plasmático para o leito vascular na extremidade venosa do capilar. Com isso, líquido plasmático se acumula no interstício
4) A célula não é um compartimento isolado: sua sobrevivência e funcionamento dependem da entrada e saída de muitas substâncias, entre as quais, nutrientes e metabólitos. Sabendo que nem toda substância pode atravessar a camada apolar representada pela membrana plasmática, responda: 
a) Quais os tipos de transportadores existentes? 
Transportadores do tipo canal e do tipo carreador
b) Caracterize os transportadores mencionados no item anterior e o mecanismo de transporte de cada um deles.
	Proteínas transportadoras do tipo canal atravessam a membrana lipídica e formam poros hidrofílicos na membrana que possibilitam a passagem de substâncias pouco lipossolúveis. Esses poros são, em geral, revestidos por resíduos de aminoácidos com carga elétrica e a carga predominante no poro está relacionada à seletividade do canal a cátions ou a ânions. Esses poros também possuem uma região de maior constrição ou estreitamento que está relacionada à seleção do tamanho da substância a ser transportada.
	Proteínas transportadoras do tipo carreador interagem com a substância a ser transportada e, mudando de conformação, translocam essa substância de um lado para outro da membrana. Essa é a etapa mais lenta do transporte. Em seguida, a interação se desfaz e a substância é liberada no local de destino.
c) Diferencie transporte ativo de transporte passivo.
	O transporte ativo (TA) ocorre com gasto de energia contra gradientes de potencial eletroquímico e o passivo, sem gasto de energia e a favor dos gradientes de potencial eletroquímico
	 
d) Cite e caracterize os dois tipos de transporte ativo existentes.
O transporte ativo é dividido em primário e secundário. TA primário é caracterizado por obter energia de uma reação química (de hidrólise de ATP ou de oxirredução). TA secundário se caracteriza pela utilização do gradiente de potencial eletroquímico de um íon para o transporte de uma substância qualquer
5) A compreensão de como ocorrem os movimentos de fluidos no organismo é de fundamental importância para o entendimento da homeostasia. Por essa razão, o transporte de substâncias através das membranas biológicas é um assunto vasto e muito estudado pelos pesquisadores. O Prêmio Nobel da Química do ano de 2003 foi atribuído a Peter Agre pela descoberta das aquaporinas.
 
a) O que são aquaporinas? 
Aquaporinas são proteínas transmembrana compostas por quatro subunidades protéicas (cada subunidade funciona como um canal) que transportam água seletivamente. Existem diversas isoformas de aquaporinas e algumas permitem a passagem de glicerol juntamente com água (gliceroaquaporinas).
b) Se a água tem trânsito livre na membrana, qual o papel fisiológico das aquaporinas?
 Otimizar ou aumentar o fluxo de água através da membrana.
c) As aquaporinas estão presentes em membranas de todas as células do organismo? Comente sua resposta incluindo os mecanismos que regem a constância ou inconstância dessas proteínas nas membranas.
 Não. Estudos já confirmaram a presença das aquaporinas em diversos tecidos, mas não em todos. Além disso, nos tecidos onde essas proteínas são expressas, elas parecem
ser recrutadas de reservatórios intracelulares para a membrana plasmática em situações em que as células do órgão precisam ter fluxo aumentado de água pela membrana para executar a função do órgão (reabsorção de água nos rins, secreção de água nas glândulas salivares...).Os mecanismos mais conhecidos que regulam a quantidade de aquaporinas nas membranas incluem mecanismos hormonais (bem conhecidos para as células renais: vasopressina aumenta a quantidade de aquaporinas nas membranas) e genéticos (indução/repressão da transcrição gênica).
d) Com base na resposta ao item c, como você modificaria a resposta dada no item b, (qual a função das aquaporinas no movimento dos fluidos no organismo)?
Como as aquaporinas não ficam o tempo todo na membrana, elas participam do processo de MODULAÇÃO do fluxo de água pelas membranas celulares
e) Defeitos genéticos envolvendo genes que codificam as aquaporinas têm sido associados a várias doenças humanas, uma delas é o Diabetes insipidus causado por uma mutação no gene codificador da aquaporina do tipo 2, que é a isoforma renal. Qual é o principal sintoma apresentado por indivíduos com essa alteração genética? Cite outra causa possível para esse sintoma com base no mecanismo de ação das aquaporinas.
O principal sintoma dessa doença é a eliminação excessiva de água pela urina já que faltam aquaporinas para promover reabsorção de água nos néfrons. Outra causa para esse sintoma seria a hipofunção da glândula secretora do hormônio que recruta aquaporinas para as membranas (vasopressina). Outra causa seria a ausência ou defeito no receptor desse hormônio nas células onde ele atua
6) Uma criança chega ao posto de saúde com desidratação. A mãe da criança afirma que apesar de ter dado soro caseiro, a desidratação piorou. Quando questionada sobre o modo que preparou o soro, percebeu-se que ela usou uma colher de café de açúcar para duas colheres de sal. Qual foi o erro no preparo? 
A quantidade de sal utilizada no preparo foi muito superior ao desejado, assim, a solução preparada, que deveria ser isotônica às células, estava hipertônica. Quando em contato com as células, essa solução provocou osmose (movimento de solvente/água) do meio intracelular para o meio extracelular, agravando ainda mais o estado de desidratação da criança. Contudo, vale ressaltar que o preparo caseiro de soro deve ser evitado pelos riscos de erro de concentração. Assim, deve-se procurar os postos de saúde, onde envelopes de soro são distribuídos gratuitamente. Colheres-padrão também podem ser adquiridas, para o preparo em casa. Medidas: 40 g de açúcar comum (dos quais 20 g são de glicose) + 3,5 g de sal + 1 L de água filtrada e/ou fervida
7) Os medicamentos designados por A, B C e D são indicados para o tratamento de uma paciente. Adicionando-se água a cada um desses medicamentos obtiveram-se soluções que apresentam as seguintes propriedades: 
 
Assinale a alternativa que só contém os medicamentos que poderiam ser injetados na corrente sanguínea, via acesso periférico, sem causar prejuízos aos tecidos. 
Resposta letra e. O sangue é composto essencialmente por água (≈ 90%), de modo que medicamentos administrados por via intravenosa devem ser solúveis neste meio (A, B e C). Contudo, se a solução medicamentosa for hipertônica, recomenda-se a administração por via central, pois a administração por via periférica pode provocar uma irritação venosa e a desidratação dos tecidos adjacentes. Já uma solução hipotônica, reduziria a pressão osmótica do plasma, levando ao edema, pelo excesso de filtração do líquido vascular para o interstício. Assim, como a tonicidade é dada pela pressão osmótica da solução, e considerando o acesso (periférico), devem ser escolhidos os medicamentos solúveis no sangue e que têm pressão osmótica igual ao mesmo: A e C.
a) A, B, C e D 
b) A, B e D 
c) B, C e D 
d) B e D 
e) A e C 
8) Uma empresa de cosméticos, na tentativa de desenvolver uma linha de hidratantes para as massagens realizadas nas clínicas de reabilitação e estética, convocou um fisioterapeuta para ajudá-la no desenvolvimento do produto, a fim de atender os objetivos específicos para a fisioterapia. Dentre as substâncias abaixo, qual deve ter sido a opção do fisioterapeuta para que o produto tenha a maior eficácia em seu objetivo de hidratar? 
Substância B. O coeficiente de reflexão (0 ≤ σ ≤ 1) nos indica o quão permeável (σ mais próximo de zero) ou impermeável (σ mais próximo de 1) uma substância é em relação à célula. Já o efeito hidratante é dado pela entrada de água nas células, o que é promovido quando a solução é hipotônica. Há, então, duas opções: usar um soluto impermeante em baixíssima concentração; ou usar soluto permeante, o qual levará obrigatoriamente à hipotonicidade. Assim, o melhor efeito hidratante será obtido com o da substância mais permeante, ou seja, a de menor coeficiente de reflexão. 
 (Pressão Osmótica: π = R . T . Osm . σ)
9) Um paciente com edema (acúmulo anormal de líquido no espaço intersticial devido ao desequilíbrio entre a pressão hidrostática e osmótica) foi à clínica de um fisioterapeuta e, questionando sobre a drenagem da região, perguntou também se o medicamento que lhe foi prescrito realmente seria eficiente em seu tratamento. O medicamento é um diurético que atua nos túbulos renais. Qual foi a resposta do fisioterapeuta quanto à eficiência do medicamento? Justifique com base na ação do medicamento 
Sim. Devido à diferença de tonicidade entre a urina e o plasma (πurina > π plasma), a osmose ocorrerá do plasma para a urina, aumentando o volume desta.
Quanto ao plasma: NaCl = 2 Osm 
[NaCl]plasma = 1 mol/L ou 1 M.....................2 Osm............(NaCl ↔ Na+ + Cl-) 
Quanto à urina: NaCl = 5 Osm 
0,1 mol NaCl ---- 40 mL x = 2,5 mol/L ou 2,5 M 
x----------- 1000 mL Osm = 2 x M = 5,0 
Pressão Osmótica: π = R . T . Osm 
- do plasma: π = 2RT 
- da urina: π = 5RT 
O medicamento prescrito age reduzindo a reabsorção de íons como o Na+, Cl- e K+, que ficam na luz tubular, aumentando a pressão osmótica. Disto resulta que a água é atraída para o túbulo renal, havendo, assim, uma eliminação de água para além do fisiológico, que reverte o quadro edematoso.
10) Quem já sentiu dor de garganta e teve de tomar injeção de Benzetacil® sabe a dor intensa, aguda e persistente que esse antibiótico causa. O remédio é indicado não só no tratamento de infecções do trato respiratório superior, mas também no de infecções venéreas, como a sífilis. Sabe-se que o medicamento apresenta uma solubilidade extremamente baixa, que a suspensão injetável tem alta concentração da droga, e que os níveis séricos são muito baixos, porém prolongados. Explique o porquê da intensa dor e por que a quantidade no sangue é tão baixa, porém contínua.
A extrema baixa solubilidade dificulta a difusão do medicamento que acaba apresentando um espalhamento lento a partir do local de administração. Isso explica porque o medicamento não atinge altos níveis séricos, que são mantidos baixos por tempo prolongado. A alta concentração da droga e sua permanência prolongada no local da aplicação explica a dor aguda e persistente
11) Um indivíduo que se queixava de cefaleia, alterações visuais, náuseas e vômitos foi diagnosticado com hipertensão intracraniana. Como tratamento, foi indicado o uso de manitol 20%, 1908 mOsm/L, intravenoso. 
a) Para que o medicamento tenha eficácia, é recomendado que o paciente receba uma dose média de 500 mL a cada 24 horas. Um indivíduo recebe infusão IV de exatamente 84 mL por dose. Ao final do dia, quantos gramas de manitol terão sido administrados? 
Resolução: 
Cálculo das doses diárias: 500 mL / 84 mL = 5,95 doses → 6 doses por dia. 
Cálculo da massa de manitol administrada: 
20 g de manitol estão presentes em 0,1 L de solução 
X g .................................................0,504 L de solução (6 doses de 84mL) 
X = 10,08 g de manitol
b) Considerando-se a osmolaridade da solução de manitol, como ele pode ajudar a reduzir a pressão intracraniana 
O manitol, um álcool derivado da manose, é um agente hiperosmolar, já que sua osmolaridade, de 1,908 Osm/L, é bem superior à osmolaridade celular, de 0,3Osm/L. Ao aumentar a osmolaridade sérica, o composto promove a reabsorção do líquido cefalorraquidiano, que se difunde do meio menos concentrado para o mais concentrado, contribuindo para reduzir a pressão intracraniana. Ele também é um diurético osmótico, uma vez que não é reabsorvido no túbulo renal e, portanto, induz a diurese por aumentar a osmolaridade do filtrado glomerular.
12) O transporte através das membranas biológicas pode ou não depender de proteínas transmembrana que facilitam a travessia de substâncias através da camada apolar. A facilidade com que uma molécula atravessa a bicamada lipídica depende de muitos fatores, entre eles, da lipossolubilidade da molécula. Moléculas lipossolúveis atravessam membranas independentemente de proteínas transportadoras, ao passo que as hidrossolúveis necessitam dessas proteínas.
a) Quais são as características que permitem às substâncias atravessarem facilmente membranas lipídicas? Considere apenas o trânsito através da bicamada lipídica e desconsidere outras formas de passagem pela membrana como endocitose e exocitose.
 Lipossolubilidade alta, tamanho pequeno, ausência de carga e de polaridade. No caso de a substância possuir lipossolubilidade baixa, carga ou polaridade e ter grandes dimensões, a facilidade do transporte através das membranas biológicas depende da presença da proteína transportadora na membrana, além da quantidade em que essa proteína está presente e de seu estado (caso a proteína possua mais de um): aberto, fechado, inativado.
b) Observe o gráfico e as fórmulas estruturais representadas abaixo, que representam a dinâmica do fluxo de difusão do oxigênio molecular (O2) e da glicose (C6H12O6) através de membranas celulares em função da diferença de concentração dessas substâncias nos compartimentos intracelular e extracelular, com suas respectivas formas estruturais.
 Observando as fórmulas estruturais das duas substâncias e as curvas representativas da difusão de cada uma delas através da membrana, o que se pode concluir sobre o transporte dependente e independente de proteínas transportadoras específicas?
Observando as fórmulas estruturais, pode-se perceber que a glicose é uma molécula bastante hidrofílica (muitos grupos OH que interagem com a água por meio de inúmeras ligações de hidrogênio) de lipossolubilidade baixa que necessita de proteínas transportadoras específicas para atravessar membranas celulares. Diferentemente, o oxigênio molecular é uma molécula apolar de lipossolubilidade elevada e que pode se difundir por entre as moléculas de lipídios da membrana sem necessidade de proteínas transportadoras. A difusão do oxigênio é linear: diretamente proporcional à diferença de concentração nos meios intra e extracelular; já a difusão de glicose é uma curva que tende a se tornar uma reta horizontal. Essa conformação das duas curvas indica que, para a glicose, existe fluxo máximo de difusão, o que não acontece no caso do oxigênio. Observando o gráfico e as fórmulas estruturais pode-se perceber a natureza saturável do transporte dependente de proteínas transmembrana
c) Considerando as características do transporte dependente de proteínas transportadoras específicas (características analisadas no item anterior) e sabendo que no diabetes melitus o volume urinário aumenta, o que acontece com o transporte de glicose nos néfrons em indivíduos com essa doença? Justifique. 
Transporte se satura. O transporte dependente de proteínas transportadoras específicas é saturável (informação do item anterior). A elevada carga filtrada de glicose nos indivíduos com diabetes faz com que o transporte de glicose nos túbulos proximais se sature (glicose não atravessa a membrana → δ = 1). Com isso, a glicose que não é reabsorvida é eliminada na urina e puxa água com ela (glicose osmoticamente ativa), por isso o volume urinário aumenta.
d) Classifique o transporte realizado pela proteína da membrana apical das células proximais do néfron quanto ao sentido do transporte de substâncias e quanto ao gasto energético.
Quanto ao sentido → co-transporte ou simporte: duas substâncias são transportadas num mesmo sentido. Quanto ao gasto energético → transporte ativo secundário: utiliza-se o fluxo passivo do Na+ para energizar o transporte ativo de glicose.
13) A doença hipertensiva específica da gravidez (pré-eclâmpsia e eclâmpsia) é uma patologia caracterizada pela elevação da pressão arterial em mulheres grávidas a partir da 20ª semana de gestação. Na pré-eclâmpsia, os vasos sanguíneos da gestante se contraem (tornando-se estreitos), diminuindo o suprimento de sangue e oxigênio ao feto, à placenta, aos rins, ao fígado, aos olhos, ao cérebro e a outros órgãos da mulher. A eclâmpsia, uma complicação da pré-eclâmpsia, surge quando crises convulsivas se adicionam à sintomatologia da pré-eclâmpsia. A terapêutica farmacológica consiste na utilização de anti-hipertensivos (pré-eclâmpsia) e anticonvulsivantes (eclâmpsia). 
O íon Ca
+2
 é fundamental para o acoplamento excitação-contração no músculo liso. Sabe-se que, nesse tecido, as reservas intracelulares de Ca
+2
 parecem não ser muito importantes para o processo de contração, o qual depende da entrada desse íon na célula. Ca
+2
 pode entrar nas células musculares lisas por dois tipos de canais: canais de Ca
+2
 dependentes de voltagem e canais de Ca
+2
 acionados por ligantes (hormônios, neurotransmissores, medicamentos). 
Sabendo que o problema chave na pré-eclâmpsia é a contração do músculo liso vascular, proponha um mecanismo de ação para a nifedipina, um anti-hipertensivo utilizado em pacientes com pré-eclâmpsia. 
O mecanismo de ação da nifedipina envolve o bloqueio de canais de Ca+2 de células musculares lisas vasculares.