BIOFÍSICA DE MEMBRANAS

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BIOFÍSICA DE MEMBRANAS 
Profª Carla Mamede 
FUNDAÇÃO PRESIDENTE ANTÔNIO CARLOS - FUPAC 
 
FACULDADE PRESIDENTE ANTÔNIO CARLOS DE UBERLÂNDIA 
Célula 
“Todas as criaturas vivas são constituídas de células – pequenas unidades envolvidas 
por membranas e preenchidas por uma solução aquosa de agentes químicos, dotadas 
com uma extraordinária capacidade de reprodução.” (Bruce Alberts, 1999) 
Célula eucariótica 
Célula procariótica 
Célula procariótica 
Célula eucariótica 
Membranas celulares 
Todas as membranas celulares são compostas por lipídios e proteínas e têm a função 
primordial de servir como barreira entre o meio intra e extracelular. 
 Importação e 
exportação de 
substâncias específicas; 
 Eliminar produtos 
residuais para o 
exterior da célula; 
 Capacidade sensorial 
de responder a 
mudanças no meio 
celular; 
 Propriedades 
estruturais, mecânicas 
e plásticas. 
 
Membranas celulares : Bicamada lipídica 
A bicamada lipídica fornece a estrutura básica da membrana e serve como barreira de 
permeabilidade. 
 Os lipídios mais abundantes na membrana são os fosfolipídios , nos quais o grupo 
da cabeça hidrofílica é ligado às caudas hidrofóbicas de hidrocarbonetos por 
intermédio de um grupo fosfato. 
 
Membranas celulares : Proteínas de membrana 
A maior parte das 
funções da 
membrana são 
desempenhadas 
pelas proteínas de 
membrana. 
Membranas celulares : Glicocálice 
Nas células eucarióticas, muitos lipídios e proteínas apresentam açucares ligados a 
eles na face externa da membrana plasmática. 
 Protege a superfície celular de 
agressões mecânicas e 
química, ex. na mucosa 
intestinal; 
 Atrai cátions e facilita o 
transporte desses íons, ex. Na+ 
em células nervosas e 
musculares; 
 Reconhecimento e adesão 
celular; 
 Determina a especificidade 
dos grupos sanguíneos do 
sistema ABO: 
A- acetilgalactosamina; 
B- galactose. 
 
Exercícios: Estrutura de membrana 
 
1. “A compartimentalização é o estabelecimento de duas regiões no espaço, separada 
fisicamente por uma barreira, e funcionalmente por um trânsito seletivo (Heneine, 
2008).” Nos seres vivos que estrutura é responsável por essa compartimentalização? 
Qual a importância dessa estrutura para os seres vivos? 
 
2. Cinco estudantes em uma sala de aula sempre sentam-se juntos na primeira fila de 
carteiras. Isso pode ocorrer porque (A) eles realmente se gostam, ou (B) nenhum outro 
aluno quer se sentar junto a eles. Qual das duas explicações também se aplica à 
formação da bicamada lipídica? Explique. Suponha que a outra explicação também se 
aplique às moléculas lipídicas, quão diferentes seriam as suas propriedades? 
 
3. Por que a membrana das hemácias precisa de proteínas? 
 
4. Descreva e exemplifique a importância do glicocálice nas células animais? 
Membranas celulares: Permeabilidade 
As células vivem e crescem em função das trocas de moléculas com o seu ambiente, e a membrana 
plasmática age como uma barreira que controla o trânsito de moléculas para dentro e para fora da célula. 
 
Membranas celulares: Permeabilidade 
Membranas celulares: 
Transporte passivo 
Membranas celulares: 
Transporte passivo 
Pressão osmótica: pressão com a 
qual a água é forçada a atravessar 
a membrana. É determinada pelo 
número de partículas 
por unidade de volume, ou seja 
concentração molar da solução. 
Membranas celulares: 
Transporte passivo 
Membranas celulares: 
Transporte passivo 
 Mecanismos físicos para abertura 
e fechamento de proteínas-canal 
Membranas celulares: Proteínas carreadoras 
Membranas celulares: 
Transporte ativo 
 
No exato instante em que três moléculas de sódio se ligarem aos 
seus sítios dessa proteína carreadora na face interna da célula e 
duas moléculas de potássio ocuparem seus sítios na face interna 
da proteína, então a enzima ATPase cliva energia e produz 
alteração conformacional nesta proteína. O resultado será o 
deslocamento de 2 moléculas de potássio para o LIC e 3 
moléculas de sódio para o LEC. 
Com essa atividade alguns objetivos funcionais são garantidos, 
sendo eles: 
1º evitar o edema celular: ao deslocar o sódio do LIC para o LEC 
há menor atração de água para o meio intracelular, evitando o 
encharcamento (edema) desse meio. 
2º garantir a eletroneutralidade: com a entrada de apenas duas 
moléculas de potássio em relação à saída de três moléculas de 
sódio, há menor estoque de cargas positivas no LIC, garantindo a 
negatividade deste meio em relação ao LEC. 
3º garantir a diferença iônica/molecular: com o 
redirecionamento do sódio para o LEC e do potássio para o LIC, 
há manutenção da diferença molecular entre os meios. 
Membranas celulares: Transporte ativo 
 
Membranas celulares: Permeabilidade 
Membranas celulares: Importação e Exportação de partículas 
 Colesterol 
 Vitaminas 
 Ferro 
Exercícios: Transporte na membrana 
1. Os canais de cátions controlados por acetilcolina não discriminam entre os íons Na+, K+ e Ca2+, permitindo a passagem 
de todos através deles livremente. Neste caso, por que, quando a acetilcolina se liga a esse complexo proteico em 
células musculares, o canal se abre e há um influxo fundamentalmente de íons Na+? (Alberts, et al.; 2006) 
 
2. As bicamadas fosfolipídicas formam vesículas esféricas na água. Suponha que você tenha construído vesículas lipídicas 
que contenham bombas sódio/potássio como as únicas proteínas de membrana e que cada bomba transporta um sódio 
em uma direção e potássio na direção oposta em cada ciclo de bombeamento. Todas as bombas têm a porção da molécula 
que normalmente se volta para o citosol orientada para o exterior das vesículas. Determine o que aconteceria se: 
a) Suas vesículas fossem suspensas em uma solução contendo tanto íons sódio como íons potássio e tivessem uma 
solução da mesma composição no seu interior. 
b) Você adiciona ATP à suspensão descrita em (a). 
c) Você adiciona ATP, porém a solução – tanto no exterior como no interior das vesículas – contém apenas íons sódio. 
d) Você adiciona ATP, porém em adição a bombas sódio/potássio, a membrana de suas vesículas também contém 
canais de escoamento de potássio. 
e) Metade das moléculas-bomba embebidas na membrana de cada vesícula foi orientada ao contrário, de forma que a 
porção normalmente citosólica dessas moléculas se volta para o interior das vesículas. Você agora adiciona ATP à 
suspensão. 
(Alberts, et al.; 2006) 
3. (CESGRANRIO-RJ) No desenho abaixo, observamos três tubos de ensaio contendo 
soluções de diferentes concentrações de NaCl e as modificações sofridas pelas hemácias 
presentes em seu interior. Em relação a este desenho, assinale a alternativa correta: 
 
a) Em 1 a solução é isotônica em relação à 
hemácia; em 2 a solução é hipertônica em relação 
à hemácia e em 3 a solução é hipotônica à hemácia. 
 
b) As hemácias em 1 sofreram alteração de volume, 
porém em 2 ocorreu plasmólise e em 3 turgência. 
 
c) Considerando a concentração isotônica de 
NaCl = 0,9 %, a solução 2 certamente possui uma 
concentração de NaCl inferior a 0,9 % e a solução 3, 
uma concentração de NaCl superior a 0,9 %. 
 
d) As hemácias do tubo 2 sofreram perda de água para a solução, enquanto as do tubo 3 
aumentaram seu volume, depositando-se no fundo. 
 
e) A plasmólise sofrida pelas hemácias do tubo 2 ocorreu em razão da perda de NaCl para 
o meio. 
4. A fibrose cística é uma doença autossômica 
recessiva decorrente de mutações ao nível do 
cromossomo 7, que interfere na formação 
dos canais de cloreto. Isso compromete o 
funcionamento das glândulas exócrinas que 
produzem substâncias (muco, suorou 
enzimas pancreáticas) mais espessas e de 
difícil eliminação. Observando o esquema, 
explique a relação dos canais de cloreto com 
a fibrose cística. 
Membranas celulares: Bioeletricidade 
 Todas as células possuem uma diferença no 
potencial elétrico, ou potencial de membrana, 
através de suas membranas plasmáticas. 
 A eletricidade (potencial elétrico) em soluções 
aquosas é conduzida por íons, os quais são ou 
positivamente (cátions) ou negativamente 
(ânions) carregados 
 Um fluxo de íons através de uma membrana 
celular é detectável como uma corrente elétrica, 
e uma acumulação de íons, se não for 
exatamente balanceada por íons carregados 
antagonicamente, é detectável como uma 
acumulação de carga é elétrica ou um potencial 
elétrico. 
O potencial de membrana é gerado e mantido a partir dos movimentos de íons para dentro e para fora de uma 
célula em um estado latente (não-estimulado). 
As cargas negativas das moléculas orgânicas confinadas dentro da célula são balanceadas por K+. A alta 
concentração intracelular de K+ é em parte gerada pela bomba de Na+/K+, que promove uma maior concentração 
de K+ dentro da célula. Entretanto, a membrana contém canais de escoamento de K+, que oscilam aleatoriamente 
entre os estados abertos e fechados. 
Qualquer transferência de carga positiva (K+) ao exterior deixa para trás cargas negativas desbalanceadas dentro 
da célula, criando, dessa forma, um potencial de membrana que se opõem a qualquer movimento de K+ para fora 
da célula. 
O potencial de membrana é forte o suficiente para contrabalancear a tendência do K+ de mover-se a favor do seu 
gradiente de concentração, ou seja, o gradiente eletroquímico de K+ é zero. 
Membranas celulares: Bioeletricidade 
Bioeletricidade das células nervosas 
Eletricidade é um processo natural em nosso 
organismo e está envolvida na função específica 
de certas células especiais no cérebro e nos 
músculos estriados e lisos. Cada padrão de luz, 
som, calor, dor, cada piscar de olhos, estalar de 
dedos, cada pensamento, se traduz em uma 
sequência de pulsos elétricos. 
O impulso nervoso é conhecido por potencial de 
ação. O potencial de ação é um fenômeno de 
natureza eletro-química e ocorre devido a 
modificações na permeabilidade da membrana 
do neurônio. Essas modificações de 
permeabilidade permitem a passagem de íons de 
um lado para o outro da membrana. Como os 
íons são partículas carregadas eletricamente, 
ocorrem também modificações no potencial 
elétrico gerado por essas cargas. 
Para você imaginar como acontece o impulso nervoso, 
observe as figuras . A percepção da dor aguda quando um 
objeto pontiagudo entra em seu pé é causada pela geração 
de certos potenciais de ação em certas fibras nervosas na 
pele. Acredita-se que a membrana destas fibras possui 
canais de sódio que se abrem quando o terminal nervoso da 
célula é esticado. A cadeia inicial de eventos é assim: 
1. Objeto pontiagudo entra na pele; 
2. A membrana das fibras nervosas na pele é esticada; 
3. Os canais permeáveis ao sódio (Na+) se abrem. 
Bioeletricidade das células nervosas 
Os canais de Na+ se abrem mais rapidamente do 
que os canais de K+. quanto mais sódio passa pelo 
canal, mais ele fica permeável. É uma avalancha de 
despolarização, que leva a um ponto em que a 
corrente despolarizante de Na+ é muito maior que 
a corrente repolarizante de K+; a esse ponto dá-se o 
nome de POTENCIAL LIMIAR. 
 
A partir do momento em que ele é atingido, o 
processo não pode mais ser revertido e ocorre uma 
abrupta inversão da polarização da membrana, ou 
seja, o POTENCIAL DE AÇÃO. Se o limiar não for 
atingido, ou seja, a despolarização ou o influxo de 
sódio não forem suficientemente fortes, não ocorre 
o potencial de ação. A fase de despolarização (que 
inverte o potencial de membrana) do potencial de 
ação é abrupta e muito rápida: ocorre em menos de 
um milissegundo. 
 
Após ter ocorrido o potencial de ação, os canais de 
Na+ passam para um estado inativo no qual não são 
capazes de responder a um novo estímulo, ou seja, 
ficam fechados a novos influxos de sódio. Enquanto 
isso, os canais de K+, que ainda estão se abrindo, 
permanecem ativos e permitem uma grande saída 
de íons K+, provocando a REPOLARIZAÇÃO da 
membrana. Ela chega a ser "exagerada" na sua fase 
final, provocando inclusive uma pequena e 
transitória HIPERPOLARIZAÇÃO. 
Bioeletricidade das células nervosas 
Bioeletricidade das células nervosas 
Sinapse elétrica 
Bioeletricidade das células musculares 
O impulso nervoso chega ao terminal nervoso 
e libera acelticolina 
 
Acetilcolina estimula a abertura de canais de 
Na+ na célula muscular 
 
Membrana da célula muscular se despolariza 
 
A despolarização leva a liberação de Ca++ do 
retículo sarcoplasmático para o citoplasma 
 
Ca++ forma complexo com as proteínas 
contráteis 
 
Os filamentos de actina /miosina se 
contraem, levando à diminuição do tamanho 
do sarcômero 
 
Muitos sarcômeros contraindo-se juntos 
levam à contração de todo o músculo