Aula 4 - Transporte de Íons pela Membrana Celular

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Transporte de Íons pela Membrana Celular
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Diferenças na composição intra/extra celular
A transmissão de sinais neurais é a base do funcionamento do SN.
- Depende da biofísica da membrana da célula nervosa.
----- transporte de íons através da membrana
----- potencial elétrico entre suas faces
no líquido intracelular: maiores concentrações de Potássio, Proteínas, Fosfato
no líquido extracelular: maiores concentrações de Sódio, Cloreto
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A barreira lipídica e as proteínas de transporte celular
- A membrana celular é formada por camada bilipídica, que não se mistura com o líquido intra e extra celular.
- Representa barreira ao livre movimento das moléculas de água e das moléculas hidrossolúveis 
- As proteínas penetrantes pela sua estrutura molecular interrompem a camada bilipídica, sendo via alternativa através da membrana para o fluxo de moléculas.
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Transporte direto - Difusão
O transporte direto ou por carreamento é chamado de difusão
É passivo, necessitando da energia do movimento da própria matéria – a energia cinética.
A difusão pode ser simples, pelos canais, sem precisar de proteínas carreadoras, cuja velocidade de transporte depende da concentração das moléculas, do movimento cinético e do número de canais ou orifícios disponíveis na membrana celular
Moléculas lipossolúveis, como oxigênio, nitrogênio, CO2, álcoois, tem facilidade devido à capacidade de de solubilidade em gorduras.
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Difusão simples
Água e outras substâncias insolúveis podem passar desde que sejam muito pequenas. 
Conforme seu tamanho seja maior, aumenta a dificuldade para penetrarem na membrana. Exs: uréia, glicose. 
A água embora não lipossolúvel, tem alta energia cinética e moléculas demasiadamente pequenas.
Íons – os menores (hidrogênio, sódio e potássio) têm intensidade de difusão cerca de 1 milhão de vezes menor que a da água. Seu transporte deve ser por canais protéicos.
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Difusão simples
- A impenetrabilidade dos íons se deve por conterem carga elétrica
1) a carga elétrica atrai moléculas de água, hidratando os íons e aumentando seu tamanho
2) a carga elétrica interage com as cargas da camada lipídica. Os lipídeos tem excesso de cargas negativas voltadas para as superfícies da membrana. 
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Proteínas de transporte ou carreadoras
2 tipos de proteínas de transporte: 
--- as que formam condutos aquosos ao longo da membrana, denominadas proteínas de canal
--- as proteínas carreadoras, que através de alterações conformacionais carreiam as substâncias até a outra face da membrana, por fixação às mesmas.
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Difusão simples através dos canais e suas comportas 
 Difusão simples através dos canais – Os canais protéicos são condutos aquosos em forma de tubos, que ligam o intra e o extra-celular. 
2 aspectos são importantes:
- são seletivamente permeáveis a determinadas substâncias (a maioria é seletiva, poucos não são) – a seletividade se deve ao diâmetro, à forma e à natureza das cargas elétricas das moléculas.
- podem ser abertos ou fechados por “comportas”
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Canais proteicos mais importantes
Canal de sódio – 0,3 X 0,5 nm
 Cargas internas fortemente negativas, que atraem muito o sódio desidratado
Canal de potássio – 0,3 X 0,3 nm
 Não tem força atrativa intensa por não terem cargas negativas, por conseguinte não atraem, não puxam átomos de potássio para dentro do canal nem os arrancam das moléculas hidratadas. Menores íons de potássio hidratados por serem pequenos podem passar com facilidade por este canal mais estreito, enquanto os de sódio, bem maiores, são repelidos.
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As comportas
 Comportas – protusões da própria proteína de transporte, que resultam de alterações conformacionais na própria molécula protéica. No caso do sódio, a comporta fica na superfície externa e a do potássio na superfície interna da célula. 
 O controle das comportas se dá por dois meios:
--- comportas voltagem dependentes ( pelo potencial elétrico entre as duas faces da membrana)
--- comportas ligando-dependentes (outra molécula se liga à proteína-canal e causa alteração conformacional abrindo-o ou fechando-o. Um exemplo é o chamado canal da acetil-colina, deixando-o com 0,65 nm !!
 A abertura do canal é em geral tudo ou nada, podendo ficar fechado ou aberto o tempo todo, dependendo da voltagem conferida pelo potencial elétrico.
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Difusão Facilitada
Difusão facilitada – mediada por carreadores
Difere da difusão simples por usar canal aberto
A molécula que será transportada se fixa a um receptor na molécula da proteína que irá transportá-la.
Ocorre alteração conformacional da proteína carreadora, abrindo o canal no lado oposto da membrana, liberando a molécula nesse lado oposto. 
Esse mecanismo permite que a molécula se difunda nas duas direções através da membrana. Exemplos: glicose, maior parte dos aminoácidos.
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Fatores que influenciam a intensidade efetiva da difusão
permeabilidade da membrana
diferença de concentração da substância que se difunde nas duas faces da membrana
a diferença de pressão entre as duas faces da membrana
a diferença de potencial elétrico nas duas faces da membrana.
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Transporte ativo
Essas forças são chamadas de gradiente eletroquímico
Entretanto, por vezes é necessário que uma substância “suba morro acima”...
Isso é o chamado transporte ativo
Exemplo: sódio, potássio, cálcio, ferro, hidrogênio, cloreto, iodeto, urato, diversos açúcares e a maioria dos aminoácidos.
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Transporte Ativo
Energia adicional é necessária
2 tipos de transporte ativo:
Primário:energia deriva diretamente da degradação do APT
Secundário: energia vem de gradientes de concentração iônica criados antes pelo transporte ativo primário
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ATP
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ADP + fosfato + energia
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Exemplos de Transporte Ativo Primário
Exemplos de íons transportados: sódio, potássio, cálcio, magnésio, hidrogênio, cloreto.
Não são transportados em membranas de todas as células.
Também ocorre transporte pelas membranas de organelas (retículo sarcoplasmático muscular, mitocôndrias de todas as células)
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A bomba de sódio-potássio
Transporta íons sódio para fora da membrana celular e ao mesmo tempo bombeia íons potássio para dentro da célula.
Como a relação é 3 Na+ : 2 K+, produz potencial elétrico negativo no interior das células.
Essa bomba é a base da função neural de transmissão de sinais nervosos por todo o sistema nervoso.
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Bomba de Cálcio
Os íons cálcio têm baixa concentração no intracelular, 10 mil vezes menor que no extra.
Há duas bombas de Ca+: uma na membrana outra no interior da célula, como retículo sarcoplasmático e mitocôndrias.
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Transporte ativo secundário
2 tipos:
Co-transporte – No transporte de íons sódio são carreados outras substâncias
Ex – glicose, aminoácidos, cloretos
Contra-transporte – O sódio ao entrar na célula, a bomba coloca outras substâncias para fora.
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Potencial de Ação
Células nervosas e musculares são capazes de autogerar impulsos eletroquímicos em suas membranas e transmitir sinais .
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Etapas do potencial de ação
Repouso – antes do início do potencial de ação. A membrana se encontra polarizada devido a menor número de cargas positivas em relação ao extracelular ( - 65 mVolts)
Despolarização – a membrana fica muito permeável aos íons Na+ e a entrada desses íons chega a +35 mvolts
Repolarização – os canais se fecham ao Sódio, e os canais de potássio abrem-se para sua saída da célula, restabelecendo o potencial negativo da membrana em repouso.