Membrana plasmática: tipos de transporte e especializações de superfície

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Aula 5: Teórica 
A célula deve conter quantidades
 iguais de cargas positivas e negativas
Considerações gerais
Regra geral
A célula deve ser 
eletricamente neutra
Substâncias polares dissolvem substâncias polares
Substâncias apolares dissolvem substâncias apolares
Semelhante dissolve semelhante
Quando um soluto é dissolvido em um solvente, as partículas desse soluto
 se dispersam por todo o solvente até ficarem totalmente distribuídas
Quase todas as membranas plasmáticas apresentam uma diferença de
potencial elétrico através delas, com o interior geralmente negativo
em relação ao exterior
Considerações gerais
A passagem de substâncias através da membrana
 plasmática ocorre por dois processos:
Transporte passivo – a passagem 
ocorre sem gasto de energia
Transporte ativo – a passagem 
ocorre com gasto de energia
Gradiente de concentração
Diferença de concentração de uma substância
nos dois lados da membrana
Gradiente elétrico
Diferença de carga elétrica nos dois lados
da membrana (potencial de membrana)
O transporte de moléculas através
 da bicamada lipídica depende:
Transporte de membrana: Através da bicamada lipídica
Do tamanho da molécula
E, principalmente, da solubilidade
relativa da molécula em lipídios.
Em geral, quanto menor e mais solúvel em lipídios é a molécula, mais rápido ela se difunde pela bicamada lipídica
Lembrar que as moléculas mais solúveis em lipídios são as
mais hidrofóbicas, ou seja, as moléculas mais APOLARES
Qual é o tipo de transporte que ocorre na bicamada lipídica?
Difusão simples
É um tipo de transporte passivo onde o soluto se
movimenta dos locais em que está mais concentrado
para os locais em que está menos concentrado 
O soluto se movimenta a favor do gradiente de concentração
A velocidade de difusão é diretamente proporcional
à diferença de concentração (gradiente) do soluto
entre um e outro lado da membrana
Quais moléculas atravessam a bicamada lipídica?
Pequenas moléculas apolares
O2 e CO2
São altamente solúveis
 na bicamada lipídica 
difundindo-se rapidamente
Pequenas moléculas polares
sem carga
H2O, uréia
e glicerol
Também se difundem 
através da bicamada, mas
muito mais lentamente
Moléculas polares
sem carga maiores
Ácidos graxos
e esteróides
São compostos lipossolúveis
que também atravessam
a bicamada lipídica
O movimento da água entre meios com diferentes concentrações de solutos, separados por uma membrana semipermeável, é chamado de OSMOSE
Lembrar que a bicamada lipídica é fortemente impermeável
a moléculas carregadas (íons), não importando o tamanho 
Mas as membranas celulares devem permitir a passagem de outra substâncias
polares, como íons, açucares, aminoácidos, nucleotídeos e muitos outros 
metabólitos celulares
Sendo assim, quem são os responsáveis da membrana plasmática
pelo transporte dessas substâncias que dificilmente atravessam
a bicamada lipídica?
São as proteínas de transporte de membrana especiais
Transporte de membrana: Através das proteínas
Observação muito importante: ESPECIFICIDADE DAS PROTEÍNAS
Cada proteína de transporte é responsável pela transferência de um íon
específico, de uma molécula, ou de grupos de íons ou moléculas
proximamente relacionados
As proteínas de transporte, por formarem um caminho contínuo
através da membrana, permitem que os solutos hidrofílicos
específicos atravessem a membrana sem entrar em contato
direto com o interior hidrofóbico da bicamada lipídica
Todas as proteínas de transporte de membrana são proteínas de passagem
múltipla, onde sua cadeia polipeptídica atravessa múltiplas vezes
a bicamada lipídica
Principais classes de proteínas de transporte de membrana
 Proteínas carreadoras ( carreadores, permeases ou transportadores)
Essas proteínas se ligam ao soluto específico a ser transportado e sofrem
uma série de mudanças conformacionais para transferir esse soluto
ligado através da membrana. Os locais da proteína onde os solutos se 
ligam são chamados de sítios de ligação.
Proteínas carreadoras
Proteínas de canal
A proteína carreadora mostrada pode 
existir em dois estados conformacionais.
Em um estado o sítio de ligação está exposto
no exterior da bicamada, e em outro estado
o sítio de ligação está exposto no interior 
da membrana
 Proteínas de canal
Essas proteínas interagem muito mais fracamente com o soluto a ser
transportado. Formam um estreito poro hidrofílico que se estende 
através da bicamada lipídica. Quando esse poro é aberto, o soluto
específico passa.
Qual é o tipo de transporte que ocorre através das proteínas?
 As proteínas de canal transportam o soluto exclusivamente 
através de processo passivo chamado difusão facilitada
 As proteínas carreadoras transportam o soluto tanto
através de processo passivo (difusão facilitada), quanto 
através de processo ativo
A difusão facilitada é um processo passivo, ocorre do meio mais concentrado para o meio menos concentrado, em que as moléculas atravessam a membrana plasmática com a assistência de uma proteína transportadora específica
Quais os gradientes influenciam na difusão facilitada?
Se o soluto não tiver carga
O gradiente de concentração é que vai conduzir o seu transporte passivo e determinar sua direção
O que é a difusão facilitada?
Se o soluto tiver uma carga líquida
Tanto o gradiente de concentração quanto o gradiente elétrico
vão influenciar o seu transporte passivo
O transporte passivo a favor de um gradiente de concentração (soluto sem carga) 
ou de um gradiente eletroquímico (soluto com carga) ocorre espontaneamente ou
 por difusão simples através da bicamada lipídica ou por difusão facilitada através de proteínas de canal ou proteínas carreadoras
Processos passivos de transporte através da membrana plasmática
Como é o transporte ativo realizado pelas proteínas carreadoras
da membrana plasmática?
Nesse tipo de transporte há gasto de energia e ocorre
contra um gradiente eletroquímico. 
Nesse processo, os carreadores são também chamados de bombas. Essa atividade bombeadora da proteína carreadora
está fortemente acoplada a uma fonte de energia metabólica.
O transporte ativo requer energia metabólica
e é sempre mediado por carreadores
que captam energia metabólica 
para bombear o soluto contra seu
gradiente eletroquímico 
Tipos de proteínas carreadoras
Proteína uniporte
Transportam um único soluto de um lado
ao outro da membrana
Proteína simporte
São carreadores acoplados que transportam
dois tipos de solutos simultaneamente na
mesma direção
Proteína antiporte
São carreadores acoplados que transportam
dois tipos de solutos simultaneamente em
direção oposta
Tipos de transporte ativo
É realizado por carreadores dirigidos por ATP, ou seja, o processo de transporte está acoplado à quebra de uma ligação covalente da molécula de ATP, que fornece a energia necessária para que o processo ocorra. 
Transporte ativo primário
É realizado por carreadores dirigidos por íons, ou seja, um soluto é transportado contra seu gradiente eletroquímico e esse processo está acoplado ao transporte de um outro soluto que é transportado a favor de seu gradiente eletroquímico. Dessa forma, a energia livre liberada durante o movimento a favor de um gradiente eletroquímico é utilizada como a força motriz para bombear o soluto contra seu gradiente eletroquímico. 
Transporte ativo secundário
Bomba de Na + e K +
Os íons sódio Na + e potássio K + são importantes para o funcionamento celular e ocorrem em concentrações específicas dentro e fora da célula. 
Íon Na +
Estão em maior concentração no meio extracelular
Íon K +
Estão em maior concentração no meio intracelular
Qual seria o movimento natural desses íons?
Íon sódio entrando na célula e íon potássio saindo da célula por difusão facilitada
Assim, a tendência seria atingir um equilíbrio entre as concentrações interna e externa desses dois íons. Isso
não seria bom para o metabolismo celular.
Então, a célula gasta energia na forma de ATP para fazer o transporte oposto desses
íons, ou seja, colocar o íon sódio para fora e o íon potássio para dentro.
A bomba de sódio e potássio é o processo que estabelece as diferenças
nas concentrações desses íons entre o interior da célula e o líquido
extracelular . 
Essa bomba é responsável pela manutenção do potencial 
elétrico da membrana plasmática
Qual o tipo de carreador utilizado nesse processo?
Como essa bomba transfere solutos diferentes em sentidos 
contrários utiliza carreadores do tipo antiporte. O transporte 
desses íons é um sistema acoplado, não pode ser realizado
separadamente
Como é esse carreador antiporte?
A bomba de sódio e potássio é um complexo constituído por proteínas
integrais da membrana formadas por quatro subunidades
protéicas duas a e duas b.
As subunidades alfa têm locais específicos para a fixação do íon sódio
em suas extremidades citosólicas e locais específicos para o fixação do
íon potássio em suas extremidades externas 
Como é obtida a energia para o funcionamento dessa bomba?
A molécula de ATP se une a um sítio específico da subunidade alfa na face citosólica
da membrana onde é hidrolisada por uma reação catalisada pela ATPase.
Importante sabre que essa hidrólise necessita não apenas dos íons sódio 
e potássio como também de íons magnésio Mg 2+
Cada ATP que é hidrolisado possibilita o transporte de três íons sódio
para o meio externo e de dois íons potássio para o citosol
ESPECIALIZAÇÕES DE MEMBRANA
MICROVILOSIDADES
Zônula de oclusão
Zônula de adesão
Desmossomos
Junção comunicante
Unem as células, aumentam a superfície de absorção e permitem a comunicação entre células vizinhas.
Função: aumentam a superfície de absorção.
São dobras e projeções em forma de dedos na superfície livre de células especializadas em absorver. Uma célula especializada em absorver pode ter milhares de microvilosidades. 
MICROVILOSIDADES
São pontos em que duas células aderem mais fortemente. O material intercelular se espessa mais, o citoplasma sobre as membranas é mais condensado e há filamentos de queratina presos na citoplasma condensado e que se projetam para o citoplasma de cada célula.
DESMOSSOMOS
Micrografia de desmossomo e o desenho ilustrativo (filamentos de queratina emazul)
Micrografia de célula apresentando vários desmossomos
Faixa de adesão que rodeia toda a região apical de células epiteliais colunares. Adere melhor a região apical destas células.
No lugar dos filamentos de queratina há filamentos de actina ligados ao citoplasma próximo de cada membrana.
ZÔNULA DE ADESÃO
A região apical de células epiteliais que formam uma barreira entre dois ambientes diferentes têm as membranas soldadas (sem espaço intercelular). Serve para evitar a infiltração de moléculas através do espaço intercelular (sem serem selecionadas.
ZÔNULA DE OCLUSÃO
Função: permitem comunicação direta entre células vizinhas que funcionam em conjunto: ex. células glandulares, células do coração.
Formadas por conjuntos de 6 proteínas integrais de uma membrana que se justapõem com outro conjunto da membrana vizinha. Por dentro dos CONEXONS há um canal hidrofílico que permite a passagem de íons e pequenas moléculas polares que são mensageiros químicos.
JUNÇÃO COMUNICANTE OU NEXOS
Micrografia eletrônica de junção comunicante (grande junção tipo fenda): as membranas estão muito próximas.
Os poros são rodeados por seis proteínas que no conjunto formam um conexon. Os conexon de membranas vizinhas formam um canal hidrofílico que liga os citoplasmas das células.
Invaginações na base da célula. Cada loja do citoplasma assim formado apresenta pilhas de longas mitocôndrias.
Função: favorece o transporte ativo de íons, como nas células dos rins.
Microvilosidades
INVAGINAÇÕES DE BASE