03Biol Celular_Transporte transmembranar

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Membranas Biológicas
Transporte transmembranar
Permeabilidade da bicamada fosfolipídica artificial (sem proteínas)
Devido à natureza hidrófoba da sua bicamada fosfolipídica, a membrana celular constitui uma
barreira extremamente impermeável à maioria das moléculas orgânicas e impede a maioria dos
componentes hidrosolúveis de escapar da célula. 
Membranas biológicas
Transporte transmembranar de pequenas moléculas e iões
Transporte em massa
Transporte Passivo (a favor do gradiente)
Difusão simples
Difusão facilitada
Transporte Activo (contra o gradiente)
Transporte activo primário ‐ Bombas
Transporte activo secundário ‐ Cotransporte
Endocitose
Exocitose
Fagocitose
Membranas biológicas
Difusão Simples
(compostos apolares a
favor do gradiente)
Difusão Facilitada
(a favor de gradiente)
Transporte Activo Primário
(contra o gradiente)
Transporte Activo Secundário
(contra o gradiente usando o movimento
de iões a favor do seu gradiente)
Canais Iónicos
(a favor do
gradiente)
Transporte de iões
mediado por Ionóforos
(a favor do gradiente de
concentração)
Transporte transmembranar de pequenas moléculas e iões
Membranas biológicas
Os diferentes tipos 
de transporte transmembranar
Difusão simples
¾ É o mecanismo mais simples 
de transporte transmembranar.
¾ Neste transporte, as moléculas simplesmente 
difundem‐se na bicamada fosfolipídica,atravessam‐na e finalmente dissolvem‐se no fluido intracelular.
¾ A direcção do transporte é determinada pelas concentrações relativas das moléculas
dentro e  fora da célula: o fluxo é sempre do compartimento mais concentrado para
o menos concentrado.
¾ Ocorre sem consumo de energia (passivo).
¾ São transportadas por difusão passiva as moléculas pequenas (O2, CO2, benzeno, H2O, etanol,...)
¾ É um transporte pouco específico. 
¾ O coeficiente de difusão de uma molécula é proporcional ao seu gradiente de concentração 
através da membrana e a sua hidrofobicidade.
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Difusão facilitada
¾ A direcção do transporte é determinada pelas concentrações relativas das moléculas
dentro e  fora da célula: o fluxo é sempre do compartimento mais concentrado para
o menos concentrado.
¾ Ocorre sem consumo de energia (passivo).
¾ São transportadas moléculas de maior dimensão (glúcidos, aminoácidos, nucleótidos).
¾ É mais rápido e mais selectivo do que a difusão simples.
¾ Utiliza proteínas transportadoras (carregadoras) e canais proteicos.
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Difusão facilitada
proteínas transportadoras 
¾ As proteínas transportadoras adoptam alternativamente 2 conformações de modo que o 
sítio de ligação do soluto esteja sucessivamente acessível nos 2 lados da membrana.
¾ As proteínas transportadoras são responsáveis pelo transporte de açucares, aminoácidos e 
nucleosídeos.
Exemplo: Transportador da glucose
‐ a proteína transportadora da glucose
‐ tem 12 hélices α transmembranares
A direcção do transporte é condicionada
pelo gradiente de concentração da 
glucose
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Difusão facilitada
Canais iónicos
¾ Sistema de transporte passivo.
¾ Ocorre a favor do gradiente de concentração.
¾ Transporte muito rápido.
¾ São altamente selectivos.
¾ Formam poros na membrana permitindo que moléculas de tamanho e carga 
apropriada passem através da membrana.
Membranas biológicas
Difusão facilitada
Aquaporinas
‐ Poro passivo (passagem água 
movida pelo gradiente osmótico).
‐ Permitem transportar, rapidamente, 
grandes quantidades de água, 
comparativamente ao transporte de 
água por difusão simples
‐ A água é seleccionada pelo tamanho
e pela carga eléctrica
‐ Passagem livre de água sem afectar 
o gradiente electroquímico através 
da membrana celular
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Difusão facilitada
Canais iónicos
Os canais “ligand‐gated”: abrem‐se após 
a ligação a um neurotransmissor ou a 
outra molécula de sinalização.
Os canais “voltage‐gated”: abrem‐se 
após uma alteração no potencial 
eléctrico da membrana.
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Difusão facilitada
Canais iónicos
C a n a l
v o l t a g e ‐ g a t e d
Can a l
lig an d ‐g ate d
( sin a is  e xtrac e lu l a re s)
Can a l 
lig an d ‐g ate d
(sin a is in t r ace lu l a re s)
Can a l d e  e stimu l aç ão
me c ân ic a
Estado Fechado
Estado Aberto
Membranas biológicas
Gradientes iónicos e potencial eléctrico da membrana
Selectividade dos canais iónicos
Membranas biológicas
• poro estreito (filtro de tamanho)
• Ø Na+ = 0.95 Å; Ø K+ = 1.33 Å
Selectividade dos canais iónicos
Membranas biológicas
• grupos C=O (filtro de selectividade)
• entra K+ desidratado
Gradientes iónicos e potencial eléctrico da membrana
Selectividade dos canais iónicos
Membranas biológicas
Gradientes iónicos e potencial eléctrico da membrana
Exemplo: Receptor da acetilcolina
Este receptor é composto por 5 subunidades: 
2α, 1β, 1γ, 1δ. Cada subunidade α contém um 
sítio de ligação da acetilcolina. Quando
esta molécula se liga ao receptor, o canal 
iónico abre‐se, permitindoa entrada de iões 
Na+ na célula.
Interacção célula nervosa e célula muscular
acetilcolina
receptor  
activação canal Na+ activado por ligando 
influxo Na+
despolarização membrana  
abertura canal Ca2+ activado por voltagem
aumento do do Ca2+ intracelular  
contracção muscular
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Transporte activo primário ‐ Bombas
¾ é um transporte contra o gradiente electroquímico
¾ é um transporte que necessita de energia sob a forma de ATP
¾ dá origem a gradientes iónicos nas células
molécula
transportada
proteína
portadora
Canal
proteico
Difusão através
dum canalDifusão
simples
Difusão através
dum transportador
Transporte passivo
(difusão facilitada)
Transporte
activo
Gradiente de
concentração
FORA
DENTRO
Bicamada
lipídica
Membranas biológicas
Transporte activo primário ‐ Bombas
Bomba Na+‐K+ (ou ATPase Na+‐K+): é uma ATPase que permite manter o gradiente iónico de sódio e de
potássio. A manutenção deste gradiente necessita da hidrólise do ATP, uma vez que a bomba transporta
os iões Na+ e K+ contra o seu gradiente de concentração. 
Gradiente
electroquímico
do potássio
Gradiente
electroquímico
do sódio
Sítio de
ligação de Na+
Face
citoplasmática
Face
extracelular
Sítio de
ligação de K+
e da ouabaína
[K+]in =(10‐20) x [K+]ex[Na+]ex =(10‐20) x [Na+]in
A bomba Na+‐K+
permite transferir 
3 iões Na+ para fora
da célula contra 
2 iões K + para dentro.
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Membranas biológicas
Transporte activo primário ‐ Bombas
A bomba Na+‐K+ permite transferir 
3 iões Na+ para fora da célula 
contra  2 iões K + para dentro.
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Membranas biológicas
Gradientes iónicos e potencial eléctrico da membrana
A composição iónica do citosol é muito diferente da do
fluido extracelular. Para evitar o fluxo de água, as bombas
iónicas mantêm os gradientes iónicos através da membrana.
Concentração (mM)
Ião Intracelular Extracelular
Axónio de lulas
K+ 400 20
Na+ 50 440
Cl- 40 150 560
Ca2+
Proteína (-)
0.0001
300-400
10
5-10
Célula de mamífros
K+ 140 5
Na+ 5 15 145
Cl- 4 110
Ca2+ 0.0001 2.5 5
Proteínas - 138 9
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Transporte activoprimário ‐ Bombas
A manutenção do gradiente iónico pela bomba Na+‐K+ é importante para controlar o 
volume das células.
Bomba Na+‐K+ (ou ATPase Na+‐K+)
hipertónica isotónica hipotónica muito
hipotónica
Concentração
iónica no espaço
extracelular
Glóbulo vermelho
Plasmólise normal Turgescência lise
A membrana citoplasmática é permeável à água. A água entra e sai das células conforme
o seu gradiente de concentração. Este movimento da água através da membrana celular
é chamado de OSMOSE. O volume das células é determinado pela diferença de concentração
iónica entre os espaços intra e extracelular. A água difunde‐se (osmose) do meio menos
concentrado em iões para o meio mais concentrado.
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Transporte activo primário ‐ Bombas
Outras bombas iónicas:
Bomba Ca2+ : é uma ATPase que mantém o gradiente do cálcio.
[Ca2+]int = 0.1 μM
[Ca2+]ext = 1mM
Bomba H+:mantém a acidez do fluido gástrico e dos lisossomas
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Transporte activo primário 
Transportadores ABC (ATP‐binding cassettes)
¾Existem vários membros de transportadores ABC em procariotas e eucariotas.
¾Possuem domínios de ligação ao ATP altamente conservados. 
¾A função principal dos transportadores ABC é eliminar os produtos tóxicos que
entram na célula.
Trata‐se dum transporte activomediado pela hidrólise de ATP.
¾Os transportadores ABC existem nas células do fígado, do intestino e do rim.
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Transporte activo primário  Transportadores ABC (ATP‐binding cassettes)
Exemplo: o transportador MDR (multidrug resistance)
Trata‐se duma proteína “multipass” com 6 domínios transmembranares e um domínio de ligação de ATP. O 
transportador MDR funciona como dímero (12 domínios transmembranares e 2 domínios de ligação de ATP). 
Utilizando a hidrólise de ATP, este transportador exporta as moléculas tóxicas para o espaço extracelular.
O transportador MDR 
encontra‐se altamente 
expresso nas células 
neoplásicas permitindo‐
lhes exportar fora da célula 
os agentes 
quimioterapêuticos. Isto 
explica, em parte, a 
resistência das células 
cancerosas à
quimioterapia. 
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Transporte secundário 
¾ Utilizando como energia o gradiente transmembranar de uma segunda 
molécula.
¾ Transportam compostos polares como aminoácidos, glucose, e alguns iões.
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Transporte secundário 
¾ No sistema uniporte, as proteínas transportadoras  
transportam uma só molécula. 
Exemplo: difusão facilitada de glucose
¾ No sistema simporte, as proteínas transportadoras 
transportam 2 moléculas na mesma direcção. 
Exemplo: transporte de glucose acoplado com o 
transporte de Na+
¾ No sistema antiporte, as proteínas 
transportadoras transportam 2 moléculas em 
direcções opostas.
Exemplo: antiporte Na+‐Ca2+
antiporte Na+‐H+
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Transporte secundário  Exemplo: o transporte de glucose através das células intestinais
O transporte de glucose é mediado pelo “transportador de glucose” que coordena o transporte
de 2 iões Na+ e de 1 glucose para dentro da célula. A glucose é transportada contra o seu gradiente
de concentração, utilizando a energia do transporte acoplado de Na+.
Lúmen do
intestino
microvilosidades
Junção de
oclusão
Epitélio
intestinal
Líquido
extracelular
Proteína de
transporte
interveniente na
difusão facilitada
da glucose
Simporte da
glucose via
Na+
Menos
concentrado
Menos
concentrado
Mais concentrado
em glucose
Membranas biológicas
Membrana Celular
Transporte transmembranar de pequenas moléculas e iões
Transporte em massa
Transporte Passivo (a favor do gradiente)
Difusão simples
Difusão facilitada
Transporte Activo (contra o gradiente)
Transporte activo primário ‐ Bombas
Transporte activo secundário ‐ Cotransporte
Endocitose
Exocitose
Fagocitose
Tráfego intracelular de vesículas
Endocitose
Exocitose
Tráfego intracelular de vesículas
Transporte de macromoléculas e de partículas através da membrana citoplasmática
‰ As macromoléculas (proteínas, polinucleotídeos ou polissacarídeos) não 
podem ser transportadas pelas proteínas transportadoras; o seu transporte faz‐se 
através de vesículasmembranares, por:
‐ Endocitose
‐ Exocitose
‰ Partículas de maior tamanho (bactérias ou restos celulares) são transportadas 
por fagocitose. Fluidos e solutos são transportados por pinocitose. Ambos os 
processos são tipos de endocitose. 
Endocitose
‰ Na endocitose, o material a ingerir está progressivamente rodeado por uma porção 
da membrana citoplasmática  que, por invaginação, forma uma vesícula intracelular 
contendo o material ingerido designada por vesícula de endocitose. 
‰ Há 3 tipos de endocitose:
‐ Pinocitose
‐ Endocitose mediada por receptores
‐ Fagocitose
Tráfego intracelular de vesículas
‰ Um dos tipos de vesículas de 
endocitose são as vesículas de 
pinocitose, de pequeno tamanho e 
contendo apenas fluidos ou solutos.
‰ A pinocitose ocorre nas células 
permanentemente e é responsável, 
por exemplo, pela absorção dos lípidos
após a digestão.
Pinocitose
Endocitose
Tráfego intracelular de vesículas
Endocitose
Endocitose mediada por receptores
‰ As macromoléculas a interiorizar ligam‐se a receptores específicos que se encontram 
concentrados em regiões especializadas da membrana: depressões revestidas por clatrina (1); as 
depressões franjadas invaginam‐se (2) e destacam‐se da membrana (3) para originar pequenas 
vesículas de endocitose franjadas (4).
Os quatros estádios da formação de uma vesícula franjada.
(Microscopia electrónica de transmissão).  
1 2 3 4
Tráfego intracelular de vesículas
Endocitose
Endocitose mediada por receptores
Aspecto das vesículas franjadas 
observadas em SEM (técnica de 
criomoldagem).
A clatrina forma uma rede de
malha hexagonal e pentagonal.
Tráfego intracelular de vesículas
Endocitose
Endocitose mediada por receptores
Exemplo: Transporte do colesterol
‰ O colesterol circula no sangue sobe 
a forma dum complexo: LDL (“Low
Density Lipoprotein”). Cada LDL 
contém ~1500 moléculas de ester de 
colesterol envoltos por uma camada 
composta por 800 fosfolípidos, 500
moléculas de colesterol e 1 proteína: a 
apoproteína B100.
colesterol
fosfolípido
Ester de
colesterolapoproteínaB100
Estrutura do LDL
Tráfego intracelular de vesículas
Endocitose
Endocitose mediada por receptores Exemplo: Transporte do colesterol
‰ As células dos mamíferos sintetizam receptores de LDL que integram a membrana 
citoplasmática. A interiorização do LDL por endocitose faz‐se através da ligação aos seus 
receptores, que se encontram concentrados nas depressões franjadas.
Receptor
proteico
de LDL
Membrana
citoplasmática
citoplasma
A) Receptores proteicos de LDL 
ligados à depressão franjada numa 
célula normal.
B) Uma célula mutante com 
receptores de LDL anormais não 
possuindo o sítio de ligação à
depressão franjada.
Tráfego intracelular de vesículas
Endocitose
Caminhos da endocitose mediada por receptores
Enzimas
hidrolíticas
lisossoma
Colesterol
libertado
endossoma
Fusão com
o endossoma
Vesícula
franjada
Vesícula
não franjada
Formação de
vesículas de
transporte
Receptores
re‐integrando
a membrana
1 2
3
4
1) Após a interiorização do 
complexo receptor‐LDL, a clatrina
dissocia‐se da vesículaque se 
funde com o endossoma;
2) O pH ácido do endossoma
permite a dissociação do LDL e do 
receptor;
3) O endossoma forma vesículas 
que transportam os receptores 
para a membrana (reciclagem), 
enquanto que
4) o endossoma contendo o LDL é
transportado para os  lisossoma, 
a partir do qual o colesterol é
libertado na célula.
Tráfego intracelular de vesículas
Endocitose
Caminhos da endocitose mediada por receptores
‰ As moléculas contidas no endossoma
seguem 3 vias:
1) Reciclagem para re‐integrar a membrana 
citoplasmática
2) Degradação no lisossoma
3) Transcitose para integrar um outro
domínio da membrana citoplasmática.
Tráfego intracelular de vesículas
Endocitose
Tráfego intracelular de vesículas
•O transporte de macromoléculas em vesículas é regulado através de      
proteínas presentes na face citosólica da membrana vesicular.
•O transporte intracitoplasmático através de diferentes vesículas assegura o
correcto endereço das macromoléculas.
•Vesículas de clatrina, participam no:
i) processo de entrada de macromoléculas provenientes do meio
extracelular por endocitose.
ii) transporte de moléculas da rede trans de Golgi para os lisossomas.
•Vesículas não cobertas por clatrina
i) Vesículas COPI: transporte de moléculas de Golgi para o RE.
ii) Vesículas COPII: transporte de moléculas de RE para Golgi.
Fagocitose
‰ Permite a ingestão de grande partículas
(micro‐organismos e resíduos celulares) em
vesículas com dimensão superior a 250 nm
de diâmetro.
‰ O material absorvido nos fagossomas é
transferido para os lisossomas que passam
a ser chamados de fagolisossomas.
‰ O processo de fagocitose é utilizado
principalmente  pelas células de defesa do
organismo (macrófagos e neutrófilos) para
eliminar os microorganismos e células mortas.
Bactéria
Membrana
citoplasmática
Glóbulo branco
Micrografia (TEM) dum neutrófilo fagocitando
uma bactéria em divisão
Micrografia mostrando um macrófago fagocitando 2 hemácias modificadas 
quimicamente. As setas indicam os bordos dos prolongamentos finos 
(pseudopódeos) do macrófago engolindo as hemácias. (microscopia 
electrónica de varrimento) 
Pseudópodos
Tráfego intracelular de vesículas
Exocitose
Tráfego intracelular de vesículas
‰ Na exocitose, as vesículas fundem‐se com a membrana citoplasmática e libertam o seu conteúdo 
no espaço extracelular.
‰ Existem 2 tipos de exocitose: exocitose constitutiva e exocitose regulada.
‰ Na exocitose constitutiva, vesículas de transporte transportam constantemente proteínas 
sintetizadas pela célula. As proteínas transportadas integram a membrana, ou são segregadas na 
matriz extracelular. Esta via funciona em todas as células.
‰ Na exocitose regulada, as moléculas sintetizadas pela células estão armazenadas nas vesículas 
de secreção. Uma estimulação da célula, por um sinal extracelular, induz a fusão das vesículas de 
secreção com a membrana citoplasmática e, consequentemente, leva à libertação do seu conteúdo. 
Esta via funciona só nas células especializadas na secreção rápida de hormonas, 
neurotransmissores e enzimas digestivas.
Exocitose
Tráfego intracelular de vesículas
Exocitose
Tráfego intracelular de vesículas
‰ Exemplo: Exocitose regulada nos mastócitos do rato
‐ Figura A) mostra a célula (não estimulada) com vesículas contendo a histamina;
‐ Figura B) mostra a célula após libertação da histamina, a seguir a uma estimulação.