resumo bioquímica

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BIOQUÍMICA
AMINOÁCIDOS, PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS.
ESTRUTURA TERCIÁRIA E QUATERNÁRIA DAS PROTEÍNAS.
ENZIMAS.
CARBOIDRATOS.
MEMBRANAS BIOLÓGICAS E TRANSPORTE.
AMINOÁCIDOS, PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS.
As proteínas são as macromoléculas biológicas mais abundantes que ocorrem em todas as células e em todas as suas partes. Variam de pequenos peptídeos até polímeros e exibem diversas funções biológicas. São os produtos principais das vias da informação. São os instrumentos moleculares por meio dos quais a informação genética é expressa. São construídas a partir do mesmo conjunto de 20 aminoácidos, ligados de maneira covalente em sequencias lineares características. A partir dos blocos formados, é possível sintetizar hormônios, anticorpos, enzimas, transportadores, fibras musculares etc. 
AMINOÁCIDOS 
As proteínas formam-se pela ligação covalente entre os aminoácidos. Todos eles são alfa-aminoácidos que possuem um grupo carboxila e um grupo amino ligados no mesmo átomo de carbono (alfa). A diferença entre eles ocorre pela cadeia lateral, que varia em tamanho, estrutura e carga elétrica, e influencia na solubilidade dos aa. Outros aminoácidos existentes são aqueles resíduos de proteína já sintentizada ou estão presentes no organismo sem constituir ptns. Existem duas conveções para identificar os carbonos, numerar em alfabeto grego após o carbono alfa, ou enumerar de 1 a n, onde o 1 é o carbono da função. O carbono alfa é quiral, e com exceção da glicina, está ligado a um grupo carboxila, grupo amino, grupo R e um H, na glicina, o R é outro H. com isso, os aminoácidos têm dois possíveis esteroisômeros, que são imagens especulares não superponíveis e opticamente ativas – enantiômeros, designados pelo sistema D(H para fora) e L (H para dentro) (configuração de Fischer baseada na estrutura do gliceraldeído), não se baseia na rotação da luz polarizada porque nem todos os L-aa são levogiros. Pode ser usado o sistema RS. Nas proteínas, os aminoácidos são da configuração L, os D estão em paredes bacterianas, pequenos peptídeos alguns peptídeos antibióticos. Isso é importante porque as reações enzimáticas são estereoespecíficas, dado que os sítios ativos são assimétricos. Os aminoácidos, conforme o grupo R, podem ser colocados em 5 grupos principais, especialmente polaridade em relação a solubilidade em água e pH biológico. Grupos R alifáticos não polares: são aa hidrofóbicos, cujas cadeias laterais tendem a se agrupar dentro das ptns, estabilizando a estrutura por meio de interações hidrofóbicas. Ex.: alanina, valina, leucina e isoleucina. Grupo R aromático: fenilalanina, triptofano e tirosina tem cadeias laterais relativamente hidrofóbicas, a hidroxila dos do último o torna mais polar e permite ligação de H, assim como o anel indólico do triptofano. Absorvem luz UV em 280nm. Grupos R não-carregados, polares: aa mais hidrofílicos porque possuem grupos funcionais que formam ligações de H (OH, sulfidrila, amidas). Asparagina e glutamina são amidas que se hidrolisam em aspartato e glutamato por ácido ou base. A cisteína se oxida em cistina, duas cisteínas unidas por pontes dissulfeto, que são fortemente hidrofóbicos, mas tem papel muito importante na estrutura de proteínas formando elos covalentes entre partes da molécula proteica ou entre duas cadeias polipeptídicas diferentes. Grupos R positivamente carregados (básico): são mais hidrofílicos e possuem carga bastante positiva em pH 7; Grupos R negativamente carregados(ácidos): tem carga líquida negativa em pH 7. Os aa incomuns também exercem atividades como composição de parede celular de plantas, colágeno, miosina, protrombina, ptns ligadoras de Ca, elastina, e funções no metabolismo. Em água, o aa funciona como íon dipolar, zwitterion, que atua como ácido ou base, sendo portanto, anfóteros. Na forma dipolar, em solução aquosa neutra, o aminoácido têm cargas elétricas em seus dois polos devido ao grupamento amina se encontrar protonado (NH3+) e a carboxila dissociada (COO−). A forma de sal (natureza dipolar) é evidenciada pelo fato dos aminoácidos serem sólidos, cristalinos, solúveis em água e possuírem mais alto ponto de fusão que os de outras moléculas orgânicas do mesmo tamanho. Em pH baixo, predomina a espécie ionizada, em pH alto, a forma protonada, no ponto médio, ambas as espécies coexistem. Assim, as formas protonadas existem abaixo do pK e as ionizadas acima do pK, que é diferente para cada radical (carboxi, amino e R). No ponto médio, a inflexão é quando o pH é igual ao pKa do grupo protonado sendo titulado. O pKa mede a tendência de um grupo em oferecer um próton, e diminui, com essa tendência, dez vezes à medida que o pKa aumenta em unidade. Esse pKa é afetado pelo seu ambiente químico. Um aa tem dois pontos tamponantes, um na parte achatada da curva sigmoide e outro ao redor do pH mais alto. Ainda na curva, no ponto em que a carga elétrica liquida é zero,é o ponto isoelétrico (pI), que pode ser calculado pela média dos pKa’s no caso da cadeia lateral não ser ionizável, mas se a cadeia lateral for ionizável,a curva seria mais complexa, com três estágios de ionização e três valores de pKa. Primeiro perde o H do grupo carboxil, devido as repulsões de carga com o grupo amino, levando a formação do zwitterion que é mais estável. Em seguida, perde o H do grupo amino. O poder tamponante do aa se dá nos dois pKa’s (COOH e NH3), onde pode receber/doar prótons.
PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS
Um dipeptideo é produzido pela ligação amida substituída, a ligação peptídica, na qual há desidratação e remoção de um grupo alfa-carboxila de um carbono e alfa-amino no outro (condensação). Todavia, a reação favorece o aa, necessitando de uma ativação ou modificação do grupo carboxila para que o OH seja mais facilmente eliminado. Poucos aa ligados forma um oligopeptideo, muitos aa, um polipeptídeo, e milhares deles, uma ptn. Em um peptídeo tem-se o terminal carboxila (c-terminal) e o terminal amino (n-terminal). E essa ligação peptídica é exergônica, e ocorre lentamente e por isso são bem estáveis. Esses grupos livres podem se ionizar, bem como os grupos R, que vão contribuir para as propriedades ácido-base da molécula. Todas essas moléculas podem exercer diversas funções biológicas. As ptns podem ser constituídas de uma única cadeia polipeptídica, ou de subunidades múltiplas ligadas de forma não-covalente, que podem ser oligômeros se ao menos duas são idênticas e protômeros se as unidades forem idênticas. A hidrólise de peptídeos gera alfa-aa diferentes. Pode-se calcular o número de resíduos de aa de ptns simples, dividindo sua MM por 110(todos os aa juntos fornecem 128, subtraindo a água, que é 18, ficam 110). Algumas ptns contêm outros componentes químicos associados, um grupo protéstico, que podem ser lipídios, açúcares ou metais. Esse pode ser mais de um na cadeia e tem importante papel biológico. A estrutura proteica tem quatro níveis, a primária – ligações peptídicas e dissulfeto unindo resíduos de aa numa cadeia peptídica; secundária – arranjos estáveis de resíduos de aa que geram padrões estruturais recorrentes; terciária – enovelamento tridimensional do polipeptideo; quaternária – duas ou mais subunidades polipeptídicas arranjados no espaço. Para serem estudadas, as proteínas devem ser separadas e purificadas, baseado no seu tamanho e carga. A separação ocorre com uso do pH, temperatura e concentração salina, e conforme aumenta essa última, a solubilidade é reduzida (salting out), ocorre então a precipitação das moléculas. A separação pode se dar pela diálise, onde elas são separadas do solvente utilizando-se do tamanho maior delas. Métodos mais poderosos são por coluna de cromatografia, baseado nas diferenças de carga, tamanho, afinidade de ligação etc. nesse caso, ptns individuais migram mais rápido ou mais lentamente pela coluna devido as suas propriedades. Pode ser utilizada a cromatografia de troca iônica de cátions, onde as ptns de carga positiva migram mais lentamente do que as de carga negativa na fase estacionária que é positiva;é determinada pelo pH, que determina a carga elétrica; na matriz catiônica (carregada -) migram mais rapidamente as ptns catiônicas (trocadora de ânions), na aniônica (carregada +), as ptns aniônicas (trocadora de cátions). Ou ainda a cromatografia de exclusão pelo tamanho (geofiltração), onde as ptns grandes emergem da coluna antes das pequenas porque não se prendem nos poros da fase sólida. Cromatografia de afinidade, onde a ptn com afinidade se liga a um grupo químico presente na coluna, retardando sua migração; HPLC, acelera por meio de pressão o fluxo das ptns pela coluna, fornecendo um resultado de maior resolução e em menos tempo. É possível promover a separação de proteínas por meio da eletroforese, porém não é aplicável para grandes quantidades de ptns, é um método analítico, para determinação de ponto isoelétrico e peso molecular aproximado. As proteínas correm pelo gel de poliacrilamida movidas pelo potencial elétrico. A mobilidade eletroforética das moléculas é dada por: , onde V é a velocidade da partícula; E – potencial elétrico; Z- carga líquida da molécula; f- coeficiente friccional (forma da ptn). Portanto, a migração depende do tamanho e forma da ptn, onde normalmente há ligação das ptns com o detergente dodecil sulfato de sódio por meio de interações hidrofóbicas na mesma proporção do PM da ptn, separando-as então pelo peso. Para determinar o ponto isoelétrico utiliza-se a focalização isoelétrica, onde as proteínas correm em direção ao pH semelhante ao seu pI. A utilização de ambas as técnicas chama-se eletroforese bidimensional, útil em misturas de ptns complexas, separando ptns de peso idêntico, mas de pI diferentes ou vice-versa. Enzimas podem ser identificadas a partir da sua atividade catalítica, desde que se conheça completamente a equação completa da reação, um procedimento para detetctar o surgimento dos produtos finais, necessidade de cofatores, dependência da atividade enzimática em relação a concentração do substrato, pH ótimo, temperatura de estabilidade. Uma unidade de atividade enzimática equivale a quantidade de enzima que gera 1 µmol de produto final a 25°C. Proteínas transportadoras podem ser determinadas pela ligação ao seu substrato, hormônios e toxinas pela sua atividade biológica. Atividade total (total de unidades de enzima numa solução) e específica das enzimas (número de unidades de enzima por mg de ptn total = atividade total/mg de ptn).
ESTRUTURA COVALENTE DAS PROTEÍNAS
Cada proteína tem uma sequencia específica de aminoácidos, que provavelmente se relacionam com a sua atividade biológica. Bem como alterações nessa sequencia produzem ptns defeituosas que podem ocasionar doenças genéticas. Todavia, essa sequencia é flexível, e não fixa, levando a variações que levam a pouco ou nenhum efeito na ptn. Elas têm uma região essencial para sua função, que é crítica e não deve ser alterada. A composição da proteína pode ser analisada por hidrólise, porém não é suficiente isoladamente. Utiliza-se em conjunto a marcação do resíduo amino-terminal com reagentes específicos. Para sequenciar um polipeptídeo, lança-se mão da degradação de Edman, que marca e remove apenas o resíduo amino-terminal de forma gradual com todos os resíduos remanescentes, identificando-os pela reação com fenilisotiocianato em condições levemente alcalinas. Os ciclos devem ser eficientes para não gerar ruídos que impeçam identificar o próximo aa. Proteínas grandes devem ser reduzidas antes da sequenciação por métodos enzimáticos e então purificados. As ligações dissulfeto devem ser rompidas, pois atrapalham o sequenciamento. A cadeia polipeptídica tbm pode ser fragmentada através de proteases (tripsina) e então podem ser sequenciados separadamente. A ordem desses fragmentos de peptídeos também deve ser determinada, normalmente clivando as mesmas moléculas em porções diferentes da que ocorreu com a tripsina, e então observa-se a continuidade deles. A posição da ligação dissulfeto pode ser descoberta ao se clivar o peptídeo sem desfazê-las dessa vez. Além da clivagem, pode ser usada a espectrometria de massa para o sequenciamento. 
ESTRUTURA TERCIÁRIA E QUATERNÁRIA DAS PROTEÍNAS.
A ligação covalente das proteínas permite sua rotação livre, de forma que uma ptn pode assumir conformações ilimitadas. Mas como sua função é específica, sua estrutura tridimensional também o deve ser, a qual é determinada por sua sequencia de aa. A atividade da proteína por vezes exige uma interconversão de formas. 
ASPECTOS GERAIS DA ESTRUTURA
A proteína pode adquirir qualquer conformação desde que não rompa as ligações covalentes, podendo rotacionar em ligações simples. Prevalece a conformação mais termodinamicamente estável, com menor energia livre de Gibbs (G). A proteína funcional é denominada nativa, que são ligeiramente estáveis, dado que seu ▲G é pequeno, assim as formas enoveladas e desenoveladas se convertem rapidamente, sendo esse último mais entrópico (menos ligações fracas), e é mantido pelas ligações de H, água e entropia. Em contraponto, as pontes dissulfeto, pontes de H entre suas moléculas e as forças não covalentes estabilizam a formação nativa. As ligações por serem mais numerosas, contribuem mais para manter a estrutura proteica, que nesse caso, é a forma mais estável e tem menor energia livre. Em água, as cadeias laterais da ptn tendem a se reunir no ambiente interno dela, longe da água, devido ao aumento da entropia. Essa disposição contribui para a estabilidade da proteína. Grupos polares devem ser pareados para manter a estabilidade, gerando uma alteração favorável na energia livre que pode ser maior do que aquela entre as formas enovelada e desenovelada. Além disso, o numero de pontes de H dentro da ptn é maximizado. Nas proteínas, a configuração da ligação é trans. 
ESTRUTURAS TERCIÁRIAS E QUATERNÁRIAS DAS PROTEÍNAS
Estrutura supersecundária: apresentam um padrão de enovelamento, os motivos, que podem estar em quantidades diversas nas ptns.
A estrutura terciária refere-se ao arranjo global de todos os átomos da ptn. É bastante enovelada e permite a interação entre átomos mais distantes entre si. As posições são mantidas pelas interações covalentes e interações fracas. A estrutura quaternária diz respeito ao arranjo de duas subunidades protéicas, idênticas ou não, em complexos tridimensionais. As proteínas podem ser fibrosas (arranjadas em feixes), que tem apenas uma estrutura secundária, ou podem ser globulares (cadeias enoveladas em forma esférica ou globular), compostas por variadas estruturas secundárias. As primeiras são proteínas estruturais, as segundas, são enzimas e ptns regulatórias. Proteínas fibrosas tem uma função específica, como fornecer resistência e ou flexibilidade para as estruturas que as contém; a unidade estrutural é um elemento repetitivo na estrutura secundária; são insolúveis em água porque possuem muitos resíduos hidrofóbicos em seu interior e superfície, formando complexos supermoleculares; sua resistência é dada pelas ligações covalentes cruzadas entre as cadeias polipeptídicas em seu interior. As ptns globulares são compostas de múltiplas cadeias polipeptídicas que se enovelam umas sobre as outras, gerando uma diversidade estrutural que permitem executar diversas funções biológicas. A estrutura terciária pode ser desvendada através da difração de raio x, onde se determina o espaçamento entre os átomos na estrutura cristalina, gerando diversos padrões que são analisados por computador, porém como as estruturas não estão orientadas na mesma direção, embora estejam alinhadas, por isso precisam ser cristalizadas para serem estudadas (cristal – feixe de raios – detector – manchas – detecção pela técnica Fourier); ou pela RMN, que é complementar nessa identificação, porém com a molécula em solução e pode mostrar a dinâmica das conformações e interconversões da molécula, enovelamento e interações com outras moléculas; pode ser usada a cristalografia de raio x (analisa a molécula cristalizada). Quanto menor a ptn, é menosprovável que as cadeias hidrofóbicas se mantenham no interior da molécula, nesse caso, é menor a relação entre o volume e a área superficial, tem menos interações fracas para estabilizá-las, o que ocorre através das ligações de H. As ptns globulares seguem um padrão estrutural, sendo a estrutura tridimensional uma montagem de segmentos polipeptídicos na conformação de alfa-helice unidas a folhas beta. Os polipeptideos com centenas de resíduos tendem a se dobrar em pelo menos duas unidades globulares, os domínios, que normalmente retém a estrutura tridimensional da ptn. Uma ptn pode ter múltiplos domínios, que são difíceis de identificar e tem diferentes funções. Em pequenas ptns, o domínio é ela própria. O enovelamento da cadeia peptídica está sujeito a regras químicas e físicas, esconder os grupos R causa eliminação de água e requer pelo menos duas camadas secundárias, as camadas alfa e beta não se ligam diretamente por pontes de H, o arranjo na estrutura primária se repete na estrutura enovelada, as conexões da estrutura não podem se cruzar ou formar nós, a conformação beta é mais estável se as unidades estiverem dobradas para a direita, cujas ligações são mais curtas e terem ângulos menores, por isso se formam mais facilmente. Uma ptn pode ser multisubunitária – multímero, que tendo poucas subunidades é denominado oligômero. As subunidades podem ser idênticas ou não, e nesse caso, a ptn é mais complicada. Se a subunidade é repetitiva, tem-se um protômero. Quanto a simetria, oligômeros podem ser tanto helicoidais quanto rotacionais, de modo que as subunidades se sobrepõem por rotação nesses eixos. Com a rotação helicoidal, a ptn tende a apresentar extremidades abertas e arranjo espiralado. A simetria rotacional pode ser cíclica, com rotações em um único eixo, ou diédrica, onde um eixo rotacional duplo interage com n eixos retos, possuindo 2n protômeros, sendo n o numero de subunidades relacionadas dessa forma. 
O tamanho de um ptn reflete sua função, mas é limitado, devido a capacidade de codificação genética dos ácidos nucleicos e da complexidade do processo de biossíntese proteica. Embora erros de biossíntese sejam baixos, aumentam se a ptn for muito grande, isso tbm limita seu tamanho.
DESNATURAÇÃO PROTEICA E ENOVELAMENTO
Na desnaturação ocorre perda da estrutura tridimensional com perda de função, porém nem sempre há desenovelamento completo. Pode ocorrer pelo calor, extremos de pH e alguns solventes orgânicos miscíveis em água, que respectivamente levam a quebra das ligações fracas, alteração da carga elétrica com repulsão e rompimento das ligações de H e quebra das ligações covalentes. É um processo cooperativo, onde uma parte desestabilizada desestabiliza outras. 
Algumas ptns desnaturadas são reversíveis, provando que a sequencia de aa determina a estrutura terciária, se recolocadas em ambiente que favoreça sua forma estável. 
A construção de uma ptn é bastante rápida, no entanto, o enovelamento é um processo complexo, onde formam-se primeiro as estruturas secundárias, que enovelam-se nas alfa-hélices ou folhas beta, há interação entre pontos mais distantes, formando estruturas supersecundárias, que continua até a formação dos domínios e enovelamento completo da estrutura. Ou pode se dar por um processo alternativo: colapso hidrofóbico para um estado compacto mediado por interações hidrofóbicas – conteúdo elevado de estrutura secundária com cadeias laterais não fixadas (glóbulo fundido). Provavelmente há incorporação dos dois modelos. Termodinamicamente, os estados não enovelados têm maior energia livre e alto grau de entropia conformacional, e vai reduzindo conforme a ptn se enovela. O enovelamento pode não ser espontâneo, dependendo de enzimas para ocorrer, que facilitam o processo correto, ou impedem o enovelamento até que seja o momento adequado, são as assistentes moleculares. Existem as assistentes de enovelamento, que auxiliam no enovelamento de ptns que não o fazem espontaneamente. As reações de isomerização são catalisadas por enzimas, como a proteína dissulfeto isomerase, que catalisa a troca ou embaralhamento das ligações dissulfeto e elimina intermediários cujas ligações estejam erradas; e a peptídeo prolil cis-trans isomerase (ppi), que catalisa a interconversão de isômeros cis e trans de ligações peptídicas da prolina.
ENZIMAS
As enzimas possuem um alto poder catalítico e também muita especificidade para seus substratos, e funcionam em solução aquosa sob temperatura e pH moderados. Atuam em sequências organizadas e têm papel central em todos os processos bioquímicos. Algumas enzimas são moléculas de RNA catalítico. Para exercer sua atividade, as estruturas de primária a quaternária são essenciais. Sua atividade pode depender apenas da sequencia de aa, ou pode requerer um cofator, íons inorgânicos, ou coenzimas, que são complexos orgânicos ou moléculas metalorgânicas, os quais se ligados covalentemente à enzima, é denominado grupo prostético. A parte ligada a coenzima ou cofator é a holoenzima, a parte protéica é a apoenzima ou apoproteína. As enzimas são nomeadas de acordo com a sua atividade através de um sistema que as divide em seis classes, com suas respectivas subclasses, são elas: oxidorredutases, transferases, hidrolases, liases (add grupos a ligações duplas ou retiram grupos para formá-las), isomerases e ligases. 
COMO AS ENZIMAS TRABALHAM
Elas oferecem um ambiente específico que propicia a reação de forma mais rápida, essa ocorre dentro do sítio ativo da enzima. A molécula que se liga a ele é o substrato. A reação é reversível. A atividade enzimática apenas acelera a reação, não altera seu equilíbrio. A transformação de S em P requer aumento de energia, e até atingir o ponto energético máximo, há um ponto onde o decaimento para S ou P é igualmente provável, é o estado de transição. Entre o estado basal e o estado de transição existe uma diferença de energia, a energia de ativação. Se esta é alta, a reação é mais lenta. A enzima atua reduzindo essa energia de ativação. O aumento da T tbm pode reduzir o tempo de reação. No processo de interconversão S/P, podem surgir intermediários da reação, que tem um tempo de vida química finito. Uma reação pode ter diversas etapas, e sua velocidade global é determinada pelas etapas com maior energia de ativação, são as etapas limitantes da velocidade. E elas são importantes para impedir a reversão da reação. Esse equilíbrio é descrito pela constante de equilíbrio, que é dada por: . Essa por sua vez, se relaciona com ▲G0 a partir da equação: ▲G0 = -RTlnKeq. Nota-se que Keq é diretamente relacionada a variação total de energia livre para a reação, de forma que um ▲G0 negativo reflete um equilíbrio favorável, o que não significa dizer que a reação terá velocidade maior, pois essa é determinada pela concentração do reagente e de uma constante de velocidade, k (V = k [S]),que por depender apenas de S é uma reação de primeira ordem. Se k depende da [ ] de dois compostos, a reação é de segunda ordem, então V = k [S1] [S2]. A partir da teoria do estado de transição, é possível relacionar a velocidade à energia de ativação: . Onde k é a constante de Boltzmann e h a de Planck. Durante o processo catalítico, os grupos funcionais catalíticos de uma enzima podem formar ligações covalentes transitórias com S e ativá-lo para a reação, ou um grupo pode ser transitoriamente transferido de S para E. A interação E-S reduz a energia de ativação, acelerando a reação. Também existem as interações não covalentes entre E e S, as quais fornecem parte da energia requerida para reduzir a energia de ativação. A interação ES é estabilizada por ligações de H, hidrofóbicas e iônicas, e durante a formação de cada interação fraca, libera-se pequenas quantidades de energia que fornecem estabilidade à interação. A energia derivada da interação ES é a energia de ligação (▲GB), e esta é maior fonte de energia livre utilizada para reduzir a energia de ativação. A enzima não pode ser muito complementar ao S, pois ao invés depromover a reação, o estabilizaria, devendo ser complementar ao estado de transição. É no estado de transição que a interação ES é ótima, e então a energia liberada nesse ponto compensa em partes a energia requerida para toda a reação. A energia de ativação é responsável pela especificidade da enzima, pois uma vez que seus grupos funcionais estão arranjados otimamente para uma variedade de interações fracas com um S em seu estado de transição, a enzima não é capaz de interagir da mesma forma com outro S. pode-se dizer que a especificidade é derivada da formação de muitas interações fracas entre a enzima e sua molécula específica de substrato. A restrição de movimentação dos substratos e a redução da entropia auxiliam na ligação à enzima, a energia de ligação mantém S na orientação adequada para a reação, contribuindo para a catálise. Isso aumenta a velocidade. A formação de ligações fracas no complexo ES leva a dessolvatação de S (a solvatação estabiliza S). Ambos os processos compensam termodinamicamente qualquer distorção, especialmente a redistribuição eletrônica em S. durante a ligação ES, a enzima sofre uma mudança de conformação, um ajuste induzido, uma característica comum da ligação reversível. Assim que ocorre a ligação ES, grupos funcionais catalíticos corretamente posicionados ajudam na clivagem ou formação de ligações por mecanismos de catálise ácido-base geral, onde formam-se intermediários carregados que são estabilizados pela transferência de prótons, para se degradarem mais facilmente em P, se usar apenas íons H+ ou OH-, ela é específica; catálise covalente, forma-se uma ligação covalente transitória entre ES, requerendo que grupos funcionais de cofatores atuem como nucleófilos para formar essas ligações, ocorre nova reação para regenerar a enzima e o substrato pode ser ativado para uma reação de maneira específica com a coenzima; e catálise por íons metálicos, na qual o metal pode ter interações iônicas com S, orientando-o para a reação ou estabilizando estados de transição carregados, mediar reações redox, é comum. Todos envolvem interação covalente transitória com o substrato ou grupo de transferência para/de um substrato e geralmente mais de um deles é utilizado para promover a reação catalítica. Na cinética enzimática, mede-se V0 quando a [S] é maior que [E], e conforme aumenta S, V aumenta de forma bem mais inferior, nesse ponto, tem-se Vmax, onde toda a enzima estimada está como ES e [E] é bem pequena, E está saturada com seu S, e o aumento de S não tem efeito em V. A equação da velocidade (Michaelis-Menten) é dada por , um caso especial é quando V0 vale ½ de V max, nesse caso Km = [S], nesse caso, existe uma dependência hiperbólica de V0 em função da [S], é a cinética de Michaelis-Menten, que funciona na maioria das enzimas, exceto as reguladoras. Km, porém varia entre as enzimas, e depende do numero e V das etapas individuais, havendo 2 etapas, tem-se , se K2 for a etapa limitante, tem-se K-1/k1. Vmax tbm é variável, e durante a catálise, surgem diversas k, portanto, precisa de uma constante de velocidade mais geral, Kcat, que descreve a V limitante da reação, e se torna complexa conforme aumenta o numero de etapas limitante, assim: . Kcat é de primeira ordem, denominada numero de renovação e é equivalente ao n de moléculas de S que se convertem em P em certa unidade de tempo, por uma molécula de E quando saturada. A eficiência catalítica pode ser mensurada por Kcat/Km comparando-se duas reações, é a constante de especificidade. 
As enzimas podem ser inibidas por agentes moleculares que interferem na atividade, além de reduzir ou parar as reações. Tais inibidores podem ser reversíveis, há competição pelo sitio ativo, o inibidor se liga a E e impede a ligação de S, pois se assemelham a S, mas não promovem a catálise, e a equação de Michaelis-Menten é alterada para , onde α=1 +[1]/K1 e K1=[E] [I]/[EI]. Por ser reversível, a adição de mais S desloca o equilíbrio em favor dele. Pode ser tbm incompetitiva ou mista, e ocorre quando a enzima tem dois substratos; na primeira liga-se a outro sítio da enzima, e o segundo liga-se tanto em E quanto em ES, em ambos os casos, a equação é alterada. Na inibição irreversível, ocorre uma ligação covalente ou destruição de um grupo funcional essencial para a atividade enzimática; é útil para estudar mecanismos de reação; existem os inibidores suicidas, que se ligam a E, sofrem a primeira etapa da reação, e geram produtos altamente reativos que inativam a E. 
A atividade enzimática tbm depende do pH ótimo para ser máxima, além disso, o intervalo de pH que gera alterações na E, ajuda a descobrir que tipo de aa estão envolvidos. 
ENZIMAS REGULADORAS
Em toda via metabólica, existe uma E que determina a velocidade da sequencia, dado que catalisa a reação mais lenta, a etapa limitante, e sua atividade pode ser aumentada ou reduzida dependendo dos sinais que recebe. A atividade dessas enzimas reguladoras pode ser modulada, e elas são de dois tipos, alostéricas que funcionam pela ligação não-covalente reversível a moduladores alostéricos que são cofatores; outras enzimas dependem de uma modificação covalente reversível. Existem dois mecanismos reguladores principais, inibição/ativação por ligação da E a ptns reguladoras, ou ativação por clivagem proteolítica, que é irreversível. Enzimas alostéricas têm mais de um sítio regulador para os moduladores.
Nas vias metabólicas, existe um processo de inibição por retroalimentação, quando o aumento da [P] desacelera toda a via, da mesma forma, a redução de [P] aumenta a atividade enzimática. Sua relação V0 x [S] gera uma curva de saturação sigmoidal. Um inibidor/modulador negativo também gera esse tipo de curva. 
As enzimas também podem ser reguladas por ligação covalente reversível. Proteínas quinases adicionam fosfato aos resíduos de aa, enquanto as proteínas fosfatases os removem, permitindo mais ligações de H, e tornam a região mais volumosa. Portanto, a fosforilação altera a estrutura enzimática e também a catálise por modificar a afinidade de ligação com seu S. A proximidade de outros resíduos fosforilados aumenta a especificidade das enzimas quinases. Para ser eficiente, a fosforilação deve ser reversível. Algumas enzimas estão na forma de zimogênio, que requer uma hidrólise para ser ativa, o mesmo ocorre para proproteínas e proenzimas. Enzimas reguladoras passam por diversos mecanismos de modulação.
CARBOIDRATOS
Os carboidratos são as moléculas mais abundantes no mundo, sua via de oxidação é uma das mais importantes para o fornecimento de energia, e seus polímeros são úteis na proteção de células vegetais e bacterianas, além de participar na lubrificação e reconhecimento de moléculas, outros agem como sinais de localização e formam glicoconjugados. 
MONOSSACARÍDEOS 
Os monossacarídeos são cetonas ou aldeídos com número variável de grupos OH, que se ligam normalmente a centros quirais. São insolúveis em solventes orgânicos e são cristalinos. O esqueleto comum constitui-se de uma cadeia carbônica não ramificada, unida por ligações covalentes simples com um grupo carbonila (define se é cetose ou aldose) e grupos OH ligados aos outros C. Tem formas opticamente ativas, diferenciadas pelo sistema L e D (OH de referencia para o lado direito), usando como referencia o gliceraldeído. O numero de isômeros é dado por 2n, onde n é o número de centros quirais. Enumera-se a cadeia a partir pelo C mais próximo da carbonila. As hexoses têm nomes próprios, enquanto as pentoses e tetroses são nomeadas pela inserção de -ul antes do sufixo –ose. Dois açúcares que diferem entre si ao redor de apenas um átomo de C são chamados epímeros. Em solução aquosa, pentoses e hexoses estão na forma de anel, devido a reação da carbonila de uma aldose ou cetose com a hidroxila do álcool, formando os hemiacetais, que apresentam um carbono assimétrico. Os anéis de 6 átomos por parecem os piranos, são chamados piranoses; as aldoses de 5 átomos são chamadas furanoses. As formas isoméricas cíclicas que diferem entre si pelocarbono do hemiacetal (carbono anomérico) são chamadas formas anômeros. Em solução aquosa, um isômero pode se transformar no outro através da muta-rotação até atingir o equilíbrio. As estruturas em perspectiva mostram os ciclos planos, com o H no plano baixo, porém, o anel piranosídico tende a se apresentar na forma de cadeira. A configuração alfa ou beta influenciam na atividade biológica. 
As hexoses glicose, manose e galactose possuem diversos derivados. Pela adição de amina no lugar da OH, tem-se glicosamina, manosamina e galactosamina; essa amina está conjugada com ácido acético (N-acetilglucosamina, integrante de paredes bacterianas). A oxidação da carbonila a acido carboxílico geram ácidos aldônicos, a oxidação do carbono da outra extremidade, tem-se ácidos urônicos. Ambos formam ésteres intramoleculares, lactonas. A substituição do OH por um H gera desoxiaçúcares. 
Na síntese e degradação de carboidratos, os intermediários são seus derivados fosforilados, de carga negativa e relativamente estáveis em pH neutro; no meio intracelular, a fosforilação impede a saída desse açúcar da células pela falta de transportador específico. 
Monossacarídeos podem ser oxidados por Fe e Cu em sua carbonila a ácido carboxílico, e assim, agem como redutores desses íons, esse mecanismo é a base da reação de Fehling para identificar açucares redutores. 
DISSACARÍDEOS
Constituem-se a partir da ligação O-glicosídica entre a hidroxila de um açúcar e o carbono anomérico do outro, formando um acetal a partir de um hemiacetal e um álcool de outra molécula de açúcar. Nesse caso, o carbono anomérico que reagiu não pode mais ser oxidado ou atuar como agente redutor, que passa a ser o carbono anomérico livre (extremidade redutora). Essas ligações são facilmente rompidas por ácidos, mas resistem às bases. Pode haver ligação glicosídica com um N em uma glicoproteína (N-glicosil), presente nos nucleotídeos. Para a nomenclatura, algumas regras devem ser seguidas, começando pela extremidade não redutora: alfa ou beta do monossacarídeo à esquerda; nome da extremidade não redutora, adicionando furano ou pirano; identificação da ligação glicosídica; nome da segunda unidade. Ex.: maltose: α-D-glicopiranosil (14)β-D- glicopiranose, que é abreviado para Glc (α14) Glc. A maioria dos açúcares é D. A sacarose e a trealose não possuem carbonos anoméricos livres, assim, são açúcares não redutores, do grupo dos glicosídeos, onde a ligação glicosídica é representada por uma seta dupla. 
POLISSACARÍDEOS
São polímeros de alto PM abundantes na natureza; também são chamados glicanos, e diferem entre si pelas unidades monoméricas, tipo das ligações, comprimento da cadeia e ramificações. Podem ser homopolissacarídeos, se tiverem apenas uma unidade monomérica, ou heteropolissacarídeos. Os primeiros geralmente são formas de armazenamento de monossacarídeos que são utilizados como combustíveis celulares ou como elementos estruturais do organismo. Os heteropolissacarídeos fornecem suporte extracelular. Eles não têm um PM definido devido ao seu processo de polimerização que é intrínseco das enzimas. 
Os principais homopolissacarídeos são amido e glicogênio, que ocorrem na forma de grânulos e são altamente hidratados devido aos muitos grupos OH que fazem ligações de H. O amido contem glicose, amilose e amilopectina, que é ramificada em (α16). O glicogênio é composto de glicose, altamente ramificado e mais compacto que o amido; em seus grânulos se encontram de forma intimamente unida, as enzimas para sua síntese e degradação; possui apenas uma extremidade redutora. A glicose é retirada uma a uma a partir da extremidade não redutora. 
Celulose: polissacarídeo linear e não ramificado, fibrosa, resistente e insolúvel em água, composto de glicose na configuração β; a ligação C-O é livre para rotação, e a conformação mais estável é a de cadeira; tem baixa capacidade de formar ligação de H coma água, pois elas são feitas entre moléculas da cadeia. 
Quitina: polissacarídeo linear composto por N-acetil-D-glucosamina em ligação β; forma fibras estendidas.
Nas paredes celulares bacterianas encontram-se peptideoglicanos, um heteropolímero composto de ácido N-acetilglucosamina e N-acetilmurâmico, ligados em β 14, em ligações cruzadas que protegem fortemente a célula. 
Glicosaminoglicanos: compõem a matriz extracelular; são heteropolissacarídeos formados de N-acetilglucosamina ou N-acetilgalactosamina ligado ao ácido D-glicurônico ou L-idurônico; possuem alta densidade de cargas negativas, pois o açúcar aminado é normalmente sulfatado; forma proteoglicanos.
GLICOCONJUGADOS: PROTEOGLICANOS, GLICOPROTEÍNAS, GLICOLIPÍDIOS
Os poli(oligo)sacarídeos servem de indicadores de endereçamento para algumas ptns e mediadores específicos para interações específicas célula-célula e célula-matriz extracelular. Atuam no reconhecimento e adesão célula-célula, migração celular, revestimento sanguíneo, resposta imune e cicatrização. Nesses casos, o carboidrato se liga a uma ptn ou lipídio, gerando a molécula biologicamente ativa.
Proteoglicanos: macromoléculas da superfície celular onde os glicosaminoglicanos estão ligados a ptn de forma covalente. O glicosaminoglicano é o sítio de atividade biológica, que resulta da formação de pontes de H; compõem tecidos conectivos. Podem formar agregados de proteoglicanos ligados a uma molécula de hialuronato.
Glicoproteínas: são oligossacarídeos ligados covalentemente a ptns; estão na membrana plasmática, matriz extracelular e sangue; os oligo são menos repetitivos e ricos em informações, compondo sítios altamente específicos de reconhecimento e ligação de alta afinidade com ptns; a maioria das ptns secretadas pelas células é desse tipo. 
Glicolipídios: lipídios de membrana nos quais a cabeça hidrofóbica são oligossacarídeos, que agem como sítido de reconhecimento e ligação de ptns. Existem os gangliosídeos também são lipídios de membrana nos quais o oligossacarídeo contendo ácido siálico é a cabeça polar na parte externa da célula, são usados na identificação do tipo sanguíneo. 
Lipopolissacarídeos: componentes da membrana externa de bactérias gram-; são alvos do sistema imune; podem ser tóxicos para o homem.
Interações oligossacarídeos-lectina: lectinas são ptns que se ligam aos carboidratos específicos; servem em processos de reconhecimento célula-célula e adesão; influenciam a remoção de eritrócitos envelhecidos; selectinas são uma família de lectinas que medeiam o reconhecimento entre células e a adesão em processos celulares.
ANÁLISE DE CARBOIDRATOS
Para serem analisados, os oligossacarídeos devem ser removidos das ptns/lipídios aos quais estão conjugados e então submetidos a etapas de degradação com reagentes específicos para desvendar a estereoquímica e a posição das ligações. A espectrometria de massas e a RMN são úteis nessa identificação. Eles são separados por glicosidades. As misturas de carboidratos podem ser separadas por precipitação fracionada com solventes, cromatografia de troca iônica e de filtração em gel. As lectinas podem ser utilizadas na cromatografia de afinidade de carboidratos. A hidrólise ácida libera monossacarídeos, que são convertidos em derivados voláteis, que são separados, identificados e quantificados pela cromatografia gás-liquida. A RMN pode oferecer diversas informações sobre os oligossacarídeos, sequência, posição das ligações e configuração do C anomérico. Essas moléculas podem ser tratadas com endoglicosidases que rompem ligações específicas, produzindo oligossacarídeos menores. O grande problema é desvendar as ramificações.
MEMBRANAS BIOLÓGICAS E TRANSPORTE
As membranas são flexíveis, seletivamente permeáveis aos solutos polares e auto-selantes. Sua flexibilidade permite a alteração da forma, crescimento celular e movimentação. Ao se romper e selar permite ocorrer a fusão celular, e pela permeabilidade seletiva, mantém as moléculas e íons necessários dentro da célula. Facilita o transporte de substancias por meio dela e organiza processos intracelulares.CONSTITUINTES DA MEMBRANA
A membrana é composta de proteínas, lipídios polares e carboidratos na forma de glicolipídios e glicoproteínas, cujas proporções variam com o tipo de membrana. A maior presença de lipídios confere isolamento elétrico (bainha de mielina). A variação na quantidade de ptns reflete a especialização funcional. Nas glicoptns, a porção açúcar influencia o enovelamento das ptns, estabilidade e destino intracelular, além do reconhecimento para ligação com o ligante específico. Já as membranas das estruturas celulares raramente contêm carboidratos ligados covalentemente. 
ARQUITERURA SUPRAMOLECULAR DAS MEMBRANAS 
Membranas são permeáveis aos compostos apolares. São descritas pelo modelo de mosaico fluido, onde a parte apolar da bicamada lipídica é orientada para o centro e a polar para o exterior; nessa bicamada incrustam-se ptns globulares em intervalos regulares mantidas pelas interações hidrofóbicas com os domínios expostos, e dela emergem ptns que orientam seus domínios para um lado da célula, gerando uma assimetria funcional; nesse modelo, as interações intermoleculares são não covalentes, por isso as macromoléculas se movimentam livremente em um lado do plano. 
Lipídios: formam agregados quando em água, ocorre redução da superfície hidrofóbica o que minimiza a quantidade de moléculas da camada de água na interface lipido-água, aumentando a entropia. Os agregados podem ser do tipo micelas, que é favorecida quando a área transversal dos grupos carregados são maiores do que a cadeia lateral; bicamada, onde duas camadas lipídicas formam uma lamina bidimensional, que ocorre mais facilmente quando as áreas transversais dos grupos de cabeça e as cadeias laterais são semelhantes; lipossomos, a bicamada é instável em água, e se dobra formando uma vesícula oca, devido à interação transitória entre a água e a região hidrofóbica da bicamada, nessa forma, tem sua estabilidade máxima por esconder a porção apolar. Sua distribuição na bicamada é assimétrica não absoluta, ou seja, a quantidade de determinado lipídio varia entre a camada interna e externa. O interior da bicamada é fluido, mas sob baixas T, fica numa forma paracristalina, a T de transição entre essas formas varia com o tipo de membrana. Ácidos graxos insaturados previnem a formação do estado paracristalino devido às suas dobras. Os esteróis presentes na membrana são determinantes na T de transição, abaixo dela, previnem o empacotamento da cadeia, e mantém a fluidez; acima dela, a estrutura rígida do anel reduz a movimentação em torno do eixo C-C, reduzindo a fluidez. Assim, em baixas T, aumenta a produção de AG insaturados. Outro tipo de movimentação considera a flexão das cadeias de AG e o movimento do lipídio inteiro em relação às vizinhas, onde ocorre difusão lateral no plano da bicamada, produzindo um estado de cristal líquido, regularidade e mobilidade. Um terceiro tipo de difusão é a trasmembrana, que requer que um lipídio de cabeça polar passe do meio aquoso para o meio hidrofóbico da bicamada, um processo de energia livre altamente positiva (endergônico). Pode ser facilitada pela enzima transversase, sendo energeticamente favorável.
Proteínas: elas se movimentam lateralmente pela bicamada, há outras que formam agregados na superfície celular e não se movem em relação às outras (receptores), outras são ancoradas a estruturas intracelulares, tornando-se fixas. Elas podem estar em um único lado da membrana, ou cruzam-na totalmente. Sua orientação é específica, e a reorientação através da difusão transversa é lenta. Glicoptns tem sua posição específica devido ao carboidrato. As ptns de membrana podem ser integrais, que são firmemente associadas à membrana, ou periféricas, que se associam à membrana por interações eletrostáticas ou pontes de H e que podem ser reguladoras de enzimas ou podem limitar a mobilidade das ptns integrais. As ptns de membranas podem estar ancoradas em lipídios de cadeia longa por interações covalentes, que passam pela bicamada e mantém a proteína na membrana, é uma ligação mais fraca e também reversível. A ligação ptn-lipidio pode ter função de direcionamento na membrana. Já as ptns integrais ancoram-se na membrana pela forte interação entre seu domínio hidrofóbico (cadeias laterais dos aa) e os lipídios dela; algumas ptns cruzam a bicamada pela longa cadeia hidrofóbica na sua conformação alfa. Ptns com sequência longa e hidrofóbica de aa normalmente são transmembranas; essa hidrofobicidade é mensurada pela soma das energias livres de transferência (energia livre que acompanha a movimentação da cadeia lateral, sendo exergônica para resíduos polares, e endergônica para resíduos apolares) para aqueles resíduos da sequência – índice de hidropatia, quanto maior, mais indica que a ptn é transmembrana. As proteínas integrais fornecem pontos específicos para ligação entre células ou célula-matriz extracelular, são exemplos as integrinas (ptns adesivas, receptoras e transdutoras de sinais), caderinas, selectinas (ligam-se a carboidratos na superfície de uma célula adjacente na presença de Ca).
Fusão das membranas: as membranas são estáveis, mas não estáticas. A fusão requer o reconhecimento entre as membranas, contato íntimo entre elas após remoção da água associada aos lipídios, rompimento local da bicamada, formação de uma bicamada contínua. Esse evento, endocitose e secreção são mediados por proteínas de fusão, que geram um reconhecimento específico e a distorção local transitória para a fusão. A fusão ocorre também para a movimentação de ptns recém-sintetizadas, liberação de ptns, hormônios e neurotransmissores.
TRANSPORTE DE SOLUTOS ATRAVÉS DA MEMBRANA
Difusão facilitada: o soluto passa através da membrana semipermeável do lado mais concentrado para o menos concentrado até atingir o equilíbrio.
Para íons carregados, a direção do movimento depende também do gradiente químico da diferença de cargas entre os solutos e do gradiente elétrico (potencial de membrana –Vm, que gera uma força que se opõe ao movimento dos solutos). Esse comportamento é compatível com a segunda lei da termodinâmica: moléculas tendem a assumir a distribuição da maior aleatoriedade, aumenta a entropia e minimiza a energia do sistema. 
Para atravessar a membrana, as interações soluto-água, sendo esse polar, devem ser desfeitas, que demanda uma energia que é recompensada quando o soluto é novamente hidratado do outro lado da membrana. Esse processo de translocação exige uma alta energia de ativação, para reduzi-la e permitir o transporte existem ptns de membrana específicas para solutos específicos, as permeases, essa é a difusão facilitada ou transporte passivo. A ligação entre ptn transportadora e seu soluto é esteroespecífica e ocorre por meio de ligações fracas e não-covalentes, e tem energia de ligação negativa, a qual reduz a alta energia de ativação. O transportador forma um canal na membrana, onde o soluto se dissolve e difunde rapidamente.
Aquaporinas: ptns integrais que permitem a difusão de moléculas de água pela membrana, específicas, com baixa energia de ativação, sugerindo que a água flui a favor do gradiente osmótico; variam de 1 a 5 que se distribuem e tecidos específicos.
Eritrócitos: seu fornecimento constante de glicose é mantido pelo transportador GluT1, uma ptn integral. O transporte ocorre em alta velocidade e pode ser determinado em equação análoga a de Michaelis-Mentem. Porém o sistema de transporte é incapaz de promover acúmulo de glicose na célula. A v de entrada depende da concentração externa de glicose. Um segundo sistema de transporte é o trocador de ânions bicarbonato e cloreto na membrana do eritrócito, um contratransporte que aumenta a permeabilidade dessa célula ao HCO3-. Esses ânions se movem em direções opostas simultaneamente. Sem cloreto, a atividade para. 
Transporte ativo: leva a um acúmulo de soluto acima do ponto de equilíbrio, é endergônico e por isso termodinamicamente desfavorável, por isso, sempre está acoplado a um processo exergônico (quebra de ATP). No tipo primário, otransporte é diretamente acoplado a uma reação exergônica, no secundário, o transporte endergônico é acoplado a um exergônico de fluxo contrário. A energia necessária no transporte pode ser calculada por: ; se o transporte não usar ligações químicas e livre é zero, então: 
Quando um íon é transportado sem um contra-íon, forma-se um potencial elétrico pela separação das cargas, é o transporte eletrogênico. 
ATPases: são de 04 tipos. Tipo P – transportadores de cátions direcionados por ATP, que são reversivelmente fosforilados no resíduo de Asp e são sensíveis a inibição pelo vanadato, um análogo do fosfato (bomba Na/K; bomba Na/K/Ca, bomba H/K no estomago). Na bomba Na/K, a quebra de um ATP é acoplada à movimentação de 2 K para dentro e 3 Na para fora. A quebra do ATP ocorre em 2 etapas: 1- formação da fosfoenzima (ATP +E ADP +P-E); 2- hidrólise da fosfoenzima (P-E + H2OPi + E); essa fosforilação da enzima reduz a afinidade do transportador pelo Na inicialmente ligado, por isso ele sai, do lado externo, o K se liga aos dois sítios de alta afinidade e a desfosforilação reduz a afinidade pelo K, assim ele é descarregado dentro da célula. Esse processo leva a um potencial de membrana entre -50/-70 mV, resultante da separação de cargas, que é negativo em relação ao exterior celular, e é característico das células, bem como para transmissão entre neurônios. A atividade na bomba Na/K é inibida pela ouabaína. 
Tipo V – são responsáveis pela acidificação do meio intracelular, são bombas de prótons, não sofrem fosforilação reversível, possuem sitio de ligação do ATP. 
Tipo F – participa de reações conservadoras de energia, catalisa a passagem ascendente de prótons direcionada pela hidrólise do ATP, e tbm a reação reversa que direciona a síntese do ATP, são ATP sintases. 
Transportador multidrogas: descoberto em células tumorais, e expulsam fármacos do meio intracelular, é uma ptn com dois sítios de ligação de ATP, são não-relacionados e hidrofóbicos. 
Bombas de Ca direcionadas por ATP: o Ca intracelular está em menor quantidade em relação ao meio extracelular; dentro da célula, Ca pode se combinar com fosfato inorgânico, formando fosfato de Ca que é insulúvel. O Ca é expulso pela bomba de Ca, ATPase tipo P, sua fosforilação favorece a conformação com sitio de ligação de Ca de alta afinidade dentro da célula e a desfosforilação, a conformação de menor afinidade do lado de fora. Com a alteração da conformação, ocorre o transporte do Ca para o lado de fora onde está mais concentrado, direcionado pela quebra do ATP.
Apesar das bombas, os gradientes formados com os transportes primários de Na e H podem direcionar o transporte duplo de outros solutos, que é acoplado ao fluxo espontâneo em favor do gradiente desses íons. Os gradientes iônicos tem papel essencial na conservação de energia e no transporte ativo, e substancias que colapsam o gradiente iônico na membrana são letais ou servem como antibióticos. 
O transporte pode ser feito também por canais iônicos seletivos, que determinam a permeabilidade a íons específicos na membrana, e auxiliam na regulação da [ ] de íons e do potencial de membrana. Esse transporte tem maior velocidade de fluxo, não são saturáveis e são dependentes, abrindo e fechando em resposta a algum evento celular. Eles podem ser dependentes de ligantes (uma molécula pequena se liga e abre/fecha o canal por forçar uma mudança alostérica na ptn) ou dependentes de voltagem (o domínio carregado se move em resposta a uma alteração no potencial elétrico transmembrana, e assim o canal abre/fecha). O receptor nicotínico da acetilcolina é um canal iônico dependente de ligante no qual a ligação da acetilcolina provoca uma alteração no receptor, fazendo-o abrir; há uma alteração de cargas positivas (entram Na, K e Ca facilmente e outros cátions não) e o miócito se contrai. O canal neuronal de Na é dependente de voltagem, a movimentação da hélice 4 após sensibilidade ao gradiente elétrico faz com que o canal se abra. O canal iônico se abre por pouco tempo, então o fluxo iônico pode ser medida pela alteração da Vm ou corrente elétrica (I), através da técnica de pinçamento da membrana, medindo o potencial em uma pequena parte da superfície celular. Alterações nos receptores podem trazer consequências graves. Toxinas naturais agem normalmente nos canais iônicos.
Porinas: canais presentes em bactérias gram negativas, que permitem a passagem de solutos maiores do que os íons por mecanismo semelhante ao de um transportador.