Membranas biológicas MODIFICADO

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

MEMBRANAS BIOLÓGICAS	
Introdução 
Estrutura que delimita células, núcleos e organelas citoplasmáticas.
Constituídas basicamente de lipídios e proteínas.
Espessura de 70 a 100 Ao
Estrutura complexa – depois do DNA 
“Compartimentação”
Permeabilidade seletiva – controla o fluxo de metabólitos nos dois sentido - transporte passivo e ativo.
Manutenção do meio interno
Controla o fluxo de informações do ambiente celular para a célula.
Estabelece um gradiente entrópico (S) entre o exterior (alto) e o interior da célula (baixo).
Condiciona o meio interno, tornando-o favorável a várias reações químicas.
Permite que a célula assuma funções especializadas 
Lisossomos - digestão de vários compostos – as enzimas hidrolíticas tem pH ótimo 5,0
Núcleo – divisão celular
Mitocôndrias – produção de energia
Cloroplastos – fotossíntese e produção de energia
Isto é compartimentação?
O dente é considerado um compartimento? Existem sub-compartimentos no dente? 
Composição 
Lipídios – estrutural – poucos tipos em abundância
Fosfolipídios
Fosfatidilcolina
Fosfatidiletanolamina
Fosfatidilserina
Fosfatidilinositol 
Fosfatidilglicerol-difosfatidilglicerol (bactérias e membrana interna de mitocôndrias)
Proteínas – funcional – muitos tipos e pouca abundância
Proteínas globulares – em forma de novelo
Glicoproteínas – proteína conjugada com carboidratos
Carboidratos
Cadeias laterais de oligossacarídeos ligados covalentemente a proteínas e lipídios da própria membrana
Modelos de membranas
Davson & Danielli
Robertson
Singer & Nilcholson
Mosaico fluído
Bicamada lipídica com inserção de proteínas
Inserção
Completa
Parcial em ambos os lados
Davson & Danielli
Robertson
Singer & Nilcholson
Estruturas de membranas
Canais ou poros
Tamanho do raio do transiente hidratado 
Gradiente de concentração 
Controla o fluxo de corrente elétrica pela membrana
Tipos 
Canais de carga positiva
Canais de carga negativa
Canais sofisticados – mecanismos de portão
Canais desprovidos de carga elétrica
Tipos de Canais iônicos:
De repouso (ou retificadores ou passivos)- permanecem abertos => potencial de repouso da membrana
Regulados (ou ativos) - Estímulos elétricos, químicos ou mecânicos => potencial de ação
Canais iônicos 
Zonas de difusão facilitadas
ZDF para lipídios – formadas por lipoproteínas
ZDF para polissacarídeos – formadas por glicoproteinas
ZDF para hormônios esteróides
ZDF de participantes do processo imunológicos
Receptores 
Receptores de membrana 
Insulina, glucagon, hormônios protéicos, adrenalina, acetilcolina, etc.
Receptores do citosol
Hormônios lipídicos – andróginos, estróginos, corticosteróides.
 Camodulina – receptor de cálcio 
Substâncias que ocupam receptores
Atropina – receptores muscarínicos da acetilcolina, bloqueando sua ação
Tetradotoxina – obstrui mecanicamente o canal de sódio, bloqueando o potencial de ação
Operadores 
Utiliza energia da hidrólise de ATP
Realiza transporte contra gradiente de concentração
Princípio operacional:
Permeabilidade 
Propriedade da membrana que permite passar mais ou menos íon e moléculas (centímetros por segundo).
Classificação das membranas pela permeabilidade.
Permeável – passa soluto e solvente.
Semipermeável – passa apenas solvente.
Impermeável – não passa soluto e solvente 
“as membranas biológicas não são estritamente semi-permeáveis a todos os líquidos biológicos”
Membrana capilar – permeáveis a soluções de pequenas moléculas (NaCl, uréia, sacarose) e semi-permeáveis a soluções de macromoléculas. 
Membrana celular – permeáveis a soluções de uréia e semi-permeáveis a soluções de NaCl, CaCl2 e manitol.
Transporte através de membranas
Passivo
Movimento espontâneo de moléculas a favor de seu gradiente de concentração, ou no caso de íons, a favor de seu gradiente eletroquímico.
“de onde tem mais energia ou matéria, vai para onde tem menos” 
Exemplos:
Entrada de sódio e saída e potássio da célula
Tipos
Difusão
Osmose 
Equilíbrio de Gibbs-Donnan
Ativo
Movimento que ocorre quando moléculas se deslocam contra seu gradiente de concentração ou, no caso de íons, contra seu gradiente eletroquímico. 
“é possível com a realização de trabalho, reverter o curso natural de um processo”
Requer sempre energia metabólica para vencer o potencial desfavorável.
Transporte ativo primário
Acoplamento direto a uma reação produtora de energia
Realizado por operadores – análogo a uma bomba mecânica
Usa energia da hidrólise de ATP, que serve de substrato para a enzima ATPase
Bomba de Na+-K+, bomba de Ca++
Bomba de Na+-K+
Importância
Concentração constante de sódio e potássio nos dois lados da membrana
Equilíbrio osmótico
Estrutura
2 subunidades α catalítica (PM = 95.000), sítios de ligação para Na+, K+ e ouabaína. 
2 subunidades β glicoprotéica (PM = 40.000)
Mecanismos 
Representação
Equação vetorial
3Na+(int.) + 2K+(ext.) + ATP + H2O <====> 3Na+(ext.) + 2K+(int.) + ADP + Pi + H+
1) ATP + Na+(int.) + ATPase (a) <====> Na+-ATPase(a)~Pi + ADP 
2) Na+-ATPase(a)~Pi <====> Na+-ATPase(b)~Pi
3) Na+-ATPase(b)~Pi + K+ <====> ATPase(a) + Pi + Na+(ext.) + K+(int.)
Transporte ativo secundário
Realizado por transportadores
Usa energia liberada devido ao deslocamento espontâneo de um outro soluto ao longo do seu gradiente de concentração.
Sistema de co-transporte de Na+ 
Transporte de açucares e aminoácidos
Sistema de anti-transporte Na+
Troca de Na+ - Ca++ nas células musculares cardíacas
Difusão
É o movimento espontâneo de partículas de um soluto ou de um solvente de uma região de maior concentração para outra de menor concentração ou para íons, de maior potencial eletroquímico para outro de menor potencial eletroquímico.
No caso de um gás, de maior para o lado de menor pressão.
É influenciada:
Temperatura
Massa molecular
Densidade e viscosidade do meio
Concentração
Natureza da espécie química
Ilustração dos três tipos de direção de fluxo em uma difusão.
Difusão do oxigênio nos alvéolos 
Esquema de difusão facilitada
Osmose
Movimento efetivo de solvente de uma região em que a concentração de soluto é baixa para outra em que a concentração de soluto e alta, quando estas estão separadas por uma membrana semi-permeável. 
É um tipo especial de difusão
Concentração do soluto
Tipo de membrana
Pressão osmótica
É pressão com que o solvente é transferido para o compartimento onde sua concentração é menor.
“É a pressão no sentido inverso ao da osmose ou no mínimo com a mesma intensidade daquele que o solvente faz para atravessar a membrana semipermeável”.
É a pressão que se opõe a pressão hidrostática.
Importância biológica da pressão osmótica
Obtenção da pressão osmótica
Osmômetro
Ponto crioscópico
Pressão de vapor da água
Propriedades coloidais
Propriedades osmótica da solução
Teórica – uso de equações
Criscópico
Coloidal
Capacidade osmótica da solução
Unidades de pressão osmótica
mmHg
Atm
Osmol (Osm) e sub-múltiplos 
Osm = osmol/l x fator de Van´t Hoff
Classificação das soluções pela osmolaridade
Isosmolar
Hiposmolar
Hiperosmolar
Potencial osmótico 
Capacidade que uma solução e/ou compartimento tem de ganhar solvente de outra solução e/ou compartimento quando separado por uma membrana semi-permeável.
Tonicidade
Capacidade que uma solução e/ou compartimento tem de ganhar solvente de outra solução e/ou compartimento quando separado por uma membrana qualquer.
Razões
“as membranas biológicas não são estritamente semi-permeáveis a todos os líquidos biológicos”
Membrana capilar – permeáveis a soluções de pequenas moléculas (NaCl, uréia, sacarose) e semi-permeáveis a soluções de macromoléculas. 
Membrana celular – permeáveis a soluções de uréia e semi-permeáveis a soluções de NaCl, CaCl2 e manitol.
Classificação das soluções pela tonicidade
Isotônica
Hipotônica
Hipertônica
Análise de sistemas-situações
A:
Comp. I:
sol. de NaCl 0,3 Osm
Comp. II: sol. de Glicose 0,3 Osm
M: SP
B:
Comp. I: sol. de NaCl 0,3 Osm
Comp. II: sol. de glicose 0,4 Osm
M: SP
C:
Comp. I: sol. de NaCl 0,3 Osm
Comp. II: sol. de Glicose 0,3 Osm
M: P
D:
Comp. I: sol. de NaCl 0,5 Osm
Comp. II: sol. de glicose 0,2 Osm
M: P
E: 
Comp. I: sol. de NaCl 0,3 Osm
Comp. II: sol. de uréia 0,3 Osm
M: P a uréia
F:
Comp. I: sol. de NaCl 0,3 Osm
Comp. II: sol. de glicose 0,3 Osm + sol. de uréia 0,3 Osm
M: I a glicose e ao NaCl.
Equilíbrio de Gibbs-Donnan
Potencial de membranas (biopotenciais)
Diferença de potencial químico – gradiente de concentração (C)
Potencial de membrana
Diferença de potencial químico – (EC)
Diferença de potencial elétrico - EE
EC => EE
Trabalho elétrico realizado pela espécie química iônica ao se difundir para o outro lado da membrana
Trabalho elétrico nos sistemas biológicos
Potencial de equilíbrio (Peq)
Efluxo – passagem de K+ de I p/ II
Influxo – passagem de K+ de II p/I
Análise 
T = 0 (zero)
M - despolarizada
Efluxo – máximo
Influxo – 0 (zero), se a concentração é 0 (zero) no lado II da membrana
Fluxo efetivo = efluxo
 
T subseqüente a 0 (zero)
M – começa a se polarizar, começa aparecer uma V
Efluxo – vai diminuindo
Influxo – vai aumentando
Fluxo efetivo – vai diminuindo até chegar a 0 (zero)
Potencial da membrana biológica
PM ou PR = - 90 mV
Ions
Intracelular
Extracelular
Na+
12 mEq/L
140 mEq/L
K+
140 mEq/
4 mEq/L
Cl-
4 mEq/L
103 mEq/L
Ca++
1 mEq/L
5 mEq/L
Influência dos íons
Íon cloro (Cl-)
Peq = - 90 mV 
Íon potássio (K+)
Peq = -95 mV
Íons sódio (Na+)
Peq = + 65 mV
Potencial de Membrana ou de Repouso
Origem – distribuição assimétrica dos HPO4=, Na+, K+, Ca++ e Cl-
Condição de estado estacionário
A geração do PM envolve uma parte infinitesimal mínima das concentrações dos íons envolvidos em sua geração
Etapas:
Entrada passiva dos Na+ (C E E) na célula
Retirada ativa dos Na+ e introdução também ativa dos K+ da célula 
Volta passiva dos K+ para o lado externo da membrana, conferindo-lhe carga positiva. No lado interno, os íons fosfato e proteinato confere-lhe carga negativa
O Cl- acompanha os Na+ diminuindo o V em alguns mV – deixa o interior mais negativo. A célula fica polarizada
Potencial de ação
É uma alteração rápida do potencial de membrana, seguida pela restauração do potencial de repouso da mesma. 
Células excitáveis – nervosa, muscular e cardíaca
Surge a partir de estímulo – altera a permeabilidade da membrana em relação ao controle de fluxo de Na+ e K+.
Substâncias químicas 
Ácidas
Básicas
Soluções salinas de concentração elevada
Acetilcolina é muito importante nas terminações nervosas (sinapses – nervo-nervo e nervo-fibra muscular)
Noradrenalina – fibras cardíacas e outras e outras fibras lisas
Mecânico – esmagamento, “beliscão”, etc.
Elétrico – corrente elétrica apropriada.
Células nervosas e músculos esqueléticos
É deflagrado de forma continua. Didaticamente, é dividido em 4 fases:
Fase 1: Repouso 
PM inalterado, com valor estável de – 90 mV.
Fase 2: Despolarização 
Um estímulo faz com que a membrana se torne rapidamente permeável ao Na+ que atravessa a membrana (C e E) invertendo a carga elétrica em seu interior para + 45 mV, ou seja o potencial passa de – 90 para + 45 mV.
Fase 3: Repolarização
Atingido o potencial de + 45 mV, os canais de sódio fecham e os canais de potássio abrem, ocorrendo um enorme fluxo de K+ para o exterior (C e E) fazendo assim com que o potencial volte a ser de – 90 mV (PR). 
Fase 4: Ação da Bomba Na+|K+
Restauração das concentrações iônicas o mais normais possível de Na+ e K+ em ambos os lados da membrana.
Célula cardíaca
A despolarização rápida e inicial ocorre da mesma forma da anterior. Didaticamente, é dividido em 5 fases:
Fase 0: 
PM inalterado, com valor estável de – 90 mV.
Fase 1: 
Um estímulo faz com que a membrana se torne rapidamente permeável ao Na+ que atravessa a membrana (C e E) invertendo a carga elétrica em seu interior para + 45 mV, ou seja o potencial passa de – 90 para + 45 mV.
Fase 2: 
Atingido o potencial de + 45 mV, os canais de sódio são bloqueados de imediato ocorrendo uma rápida repolarização precoce (E = 0). É uma fase de curta duração
Fase 3: 
O PA permanece em um certo platô por um certo tempo onde ocorre a entrada de Ca++ por um canal distinto, que é lento.
Outro fator que contribui para o platô é o retardamento na saída de K+ devido ao canal que também é lento.
Fase 4:
Os canais lentos de K+ são abertos, ocorrendo um fluxo progressivo do íon para fora da célula, estabelecendo novamente o PM.
Fase 5: 
Restauração das concentrações iônicas pela Bomba N+|K+ para os valores mais normais possível de Na+ e K+ em ambos os lados da membrana.
Potencial de ação no músculo liso
Os potenciais de ação exibem despolarizações e repolarizações mais lentos do que na musculatura esquelética. As células não tem canais rápidos de sódio. A despolarização é lenta e a repolarização é causada pelo fechamento dos canais lentos de Na+|Ca++ e a abertura simultânea dos canais de K+.
Lei do tudo ou nada
Um estímulo tem que ser suficiente para que a quantidade de Na+ que entre consiga fazer com que o interior da célula atinja um valor mínimo de – 59 mV. Alcançado o “limiar da célula” o potencial de ação vai se desenvolver até + 45 mV
Período refratário
Absoluto
É o período em que o novo potencial de ação não pode ocorrer em fibra excitável, enquanto a membrana estiver despolarizada pelo potencial de ação anterior, isso ocorre, pois os canais de sódio voltagem dependente ou cálcio ou ambos ainda estão abertos pelo potencial de ação, independente da força do estimulo.
Relativo 
Ocorre logo após o período refratário absoluto e durante este período um estimulo mais forte que o normal pode excitar a fibra, isso ocorre por dois motivos: 
Muitos canais ainda não reverteram seu estado de inatividade. 
Os canais de potássio estão totalmente abertos causando o fluxo excessivo de cargas para fora da fibra opondo-se ao estimulo
.
Propagação do potencial de ação: 
Ocorre através de correntes locais que despolarizam a membrana adjacente, indo para os dois lados da membrana esse processo é conhecido como impulso nervoso ou muscular. 
Condução saltatória: nas fibras mielínicas de nodo a nodo. Os íons não podem fluir através da bainha de mielina, mas fluem com facilidade através dos nodos, portanto os potenciais de ação que fluem de nodo a nodo possuem uma velocidade maior e menos gasto de energia do que em fibras amielínicas. 
Fibras mielínicas velocidade de 100m/s.
Fibras amielínicas velocidade de 0,25m/s.
Propagação do potencial de ação
Sinapses 
Sistema Nervoso
Definição 
São estruturas altamente especializadas, que fazem a transmissão de um impulso nervoso entre neurônios e entre neurônios e músculos.
O impulso pode ser integrado, bloqueado e modificado
Existem dois tipos de sinapses, sinapse química a grande maioria, e as elétricas. 
Química
Acontece quando o potencial de ação, ou seja, impulso é transmitido através mensageiro químico, ou seja, neurotransmissores, que se liga a um receptor (proteína), na membrana pós-sináptica, o impulso é transmitido em uma única direção, podendo ser bloqueado e em comparação com sinapse elétricas é muito mais lenta. Quase todas sinapses do SNC são químicas.
EX: neurotransmissores – Histamina e Acetilcolina
Bioquímica da sinapse
As pequenas vesículas contem transmissores químicos, denominados neurotransmissores. 
O pequeno espaçamento entre a sinapse e a célula a qual é conectado (pós-sináptica) é conhecido como gap sináptico, ou fenda sináptica 
Célula pós-sináptica
 Célula
pré-sináptica
Ilustração - sinapse
Neurônio 
pré-sináptico
Neurônios
pós-sináptico
Os canais iônicos podem ser modulados, permitindo o cérebro se adaptar a diferentes situações. A plasticidade sináptica é a capacidade das sinapses sofrerem essas adaptações. 
Como todas as células do corpo, os neurônios ficam contidos num ambiente líquido contendo uma certa concentração de íons, que podem entrar ou sair através dos canais iônicos.
Disparo de um neurônio
 Numa sinapse, dependendo da carga do íon, o fluxo resulta em aumentar (excitação) ou diminuir (inibição) o potencial de membrana;
O dendrite de um neurônio recebe íons de várias sinapses e o resultado elétrico da concentração desses íons consiste no que se chama de potencial de membrana;
Esse potencial de membrana gera eventualmente um pulso elétrico de disparo, denominado potencial de ação;
A ativação de um neurônio ocorre apenas quando seu potencial de membrana é maior do que um valor limiar (threshold);
O potencial de ação é gerado no corpo celular, na região denominada de axon hillock, e percorre o axônio até a sua extremidade, que coincide com a sinapse, para atuar no neurônio pós-sinaptico.
K+�
Na+�
+++++ �
Interior do ax�nio�
Exterior do ax�nio�
potencial de repouso�
dire��o da onda�
K+�
Na+�
+++++ �
+++++ �
K+�
Na+�
(a) propaga��o da onda no ax�nio�
(b) uma onda seguida de outra�
Ves�cula sin�ptica�
neurotransmissor�
membrana pos-sin�ptica�
sinapse�
fenda sin�ptica�
acetilcolina�
ves�cula ativada�
C�lula pre-sin�ptica�
C�lula p�s-sin�ptica�
membrana�
fenda sin�ptica�