aula 3-Bio Cel e Mol

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Biologia Celular e Molecular 
 
 
 
Beatriz Patricio 
AULA 3 
Transporte através da membrana 
•  A membrana plasmática delimita o meio intra e extracelular; 
•  É necessário a comunicação / interação com o meio externo; 
 
 
Independe da utilidade das moléculas para a célula, mas sim das 
características físico-química das mesmas. 
Transporte através das Membranas Celulares 
- A membrana Plasmática é uma barreira semipermeável 
- Fluidez x Permeabilidade 
Estudo de permeabilidade utilizando membranas artificiais 
- “Seleção” das moléculas que atravessam a bicamada lipídica está relacionada com a 
natureza da bicamada lipídica: 
- Tamanho 
- Polaridade 
- Carga: camada de hidratação 
- Concentração. Ex.: trocas gasosas 
Quanto menor a molécula e, 
mais importante, quanto menos 
fortemente ela associa-se com 
a água, com mais rapidez a 
molécula difunde-se através da 
bicamada 
DIFUSÃO 
SIMPLES 
Transporte através das Membranas Celulares 
Passagem de Moléculas pela 
Membrana Plasmática 
•  Difusão simples; 
–  Osmose; 
•  Difusão facilitada. 
1)  Difusão simples: passagem de substâncias 
através da bicamada lipídica; 
- OSMOSE 
- Difusão simples sendo a água a molécula em questão; 
- Fluxo passivo de água entre dois compartimentos. Ou seja, a água se comporta como 
SOLUTO. 
- Água: solvente universal ( solvente no meio intracelular e extracelular). 
Transporte através das Membranas Celulares 
Suponha o seguinte experimento: 
Prepare 3 tubos contendo 1mL de sangue bovino. 
1) No tubo A adicione 1mL de soro fisiológico; 
2) No tubo B adicione 1mL de água; 
3) No tubo C adicione 1mL de soro fisiológico + uma pitada de sal de cozinha. 
 
O que acontece com as hemácias em cada um dos tubos? Por quê? 
0,5 M 
SACAROSE 0,25 M 
SACAROSE 
Crenada Normal Inchada Lisada 
Osmose 
Resposta de uma célula vermelha do sangue humano a mudanças na osmolaridade do fluido extracelular. 
A célula incha ou murcha com o movimento da água para o interior ou para o exterior da célula, a favor do 
seu gradiente de concentração. 
- OSMOSE 
Transporte através das Membranas Celulares 
O meio hipertônico não precisa ter a mesma quantidade de sais, 
basta ter uma concentração molar maior 
Vacúolo contrátil evita 
a lise em protozoários 
Osmose em células vegetais 
Meio hipertônico: água + 
açúcar Meio hipotônico: água Meio isotônico 
A SACAROSE NÃO PENETRA 
NA CÉLULA POR DIFUSÃO 
SIMPLES, ENTÃO, COMO ELA 
PENETRA? 
Características das proteínas 
transportadoras 
•  Proteínas transmembrana; 
•  Específica para um tipo de molécula ou íon; 
•  Proteínas multipasso: 
–  atravessam muitas vezes a bicamada lipídica; 
–  Podem ser complexos de duas ou mais proteínas; 
–  Formam regiōes hidrofílicas na membrana. 
Categoria das proteínas 
transportadoras 
•  Carreadoras: 
carboidratos e aa 
atravessam a membrana 
ligados através de uma 
proteína da membrana 
•  Canais: 
proteínas integrais 
permitindo a passagem 
de íons. Ex. Na+, K+, Cl- e 
Ca2+. 
 
Categoria das proteínas 
transportadoras 
- Podem ser de dois tipos: 
1) Canais: formam um poro hidrofílico através da bicamada lipídica. 
Interagem fracamente com o soluto, em geral íons inorgânicos. 
2) Proteínas carreadoras ou permeases: ligam ao soluto a ser 
transportado de forma específica, mudam de conformação e permitem a sua 
passagem através da membrana. 
Transporte através das Membranas Celulares 
- Proteínas Transportadoras 
 
Proteínas carreadoras e canais. 
 (A) Uma proteína carreadora alterna entre duas conformações, de tal forma 
que o sítio de ligação ao soluto é sequencialmente acessível em um lado da 
bicamada e então no outro. 
(B) Em contraste, um canal forma um poro preenchido por água através da 
bicamada para poder difundir os solutos específicos. 
Transporte através das Membranas Celulares 
1)  Canais iônicos: 
•  São seletivos; 
•  Forma um ambiente hidrofílico para a passagem dos mesmos; 
•  Os canais podem estar no estar no estado aberto ou fechado: 
•  Eles formam um poro hidrofílico através da bicamada lipídica somente 
no estado conformacional “aberto”; 
 
 
•  Os aminoácidos polares parecem revestir a parede do poro, enquanto 
as cadeias laterais de aminoácidos hidrofóbicos interagem com a 
bicamada lipídica; 
•  O poro afunila para dimensões atômicas em uma região (filtro de 
seletividade) em que a seletividade iônica do canal é grandemente 
determinada. 
Somente duas das quatro subunidades idênticas são mostradas. 
• A partir do lado citosólico, o poro abre-se para um vestíbulo no meio da membrana. 
•  Esta estrutura facilita o transporte, permitindo que os íons K+ permaneçam 
hidratados, mesmo quando estão atravessando a membrana. 
• O estreito filtro de seletividade liga o vestíbulo ao exterior celular. 
•  Os oxigênios da carbonila revestem as paredes do filtro de seletividade e formam 
sítios temporários de ligação para desidratar os íons K+. 
• Dois íons K+ ocupam sítios no filtro de seletividade, enquanto um terceiro íon K+ está 
localizado no centro do vestíbulo, onde está estabilizado por interações elétricas 
Estrutura de um 
canal de potássio 
bacteriano 
Aquaporinas 
•  Família de proteínas de membranas específicas para a 
passagem de água; 
•  Túbulos coletores dos glomérulos renais: 
–  Recaptação de água; 
–  Diminui o volume de urina; 
–  Seu número na MP aumenta devido estímulo hormonal. 
•  Permanecem abertos todo o tempo, permitindo que 
água se desloque por difusão passiva; 
Transporte através das Membranas Celulares 
1)  Canais de água ou Aquaporinas: proteínas de membrana específicas para a 
passagem de moléculas de água. 
Em túbulos renais, p. ex., parte da água perdida durante a filtração do sangue é 
reabsorvida, diminuindo o volume da urina. 
Transporte através das Membranas Celulares 
2) Proteínas carreadoras ou permeases: ligam-se a um soluto específico e 
sofrem mudanças de conformação até liberar o soluto do outro lado da membrana e 
reiniciar o processo. 
Não alteram o soluto que é transportado! 
Cada unidade transporta poucas moléculas de soluto por vez. 
 Ex.: Transportador de glicose GLUT1. 
Modelo de mecanismo de transporte uniporte pela GLUT1. 
Transporte Através das Membranas 
Celulares 
O transporte de moléculas e íons através da membrana pode ou não 
requerer dispêndio de energia por parte da célula. 
1)  Transporte passivo ou difusão facilitada: onde canais e muitas proteínas 
carreadoras permitem a passagem de soluto sem dispêndio de energia. 
2) Transporte ativo: é feito por proteínas carreadores. Se dá sempre contra o 
gradiente de concentração do soluto a ser transportado e requer gasto 
energético (ATP). 
!  O transporte passivo a favor de um gradiente eletroquímico ocorre 
espontaneamente ou por difusão simples através de canais e carreadores 
passivos. 
!  O transporte ativo requer um aporte de energia metabólica e é sempre 
mediado por carreadores que captam energia metabólica para bombear soluto 
contra seu gradiente eletroquímico. 
1)  Transporte passivo ou difusão facilitada 
Transporte Através das Membranas 
Celulares 
Condições Necessárias: 
 
 
A) Ocorre à favor do gradiente; 
 
B) Não há gasto de energia. 
Diferenças entre a Difusão Simples e a Difusão Facilitada 
A) Velocidade de deslocamento 
Difusão facilitada >>>>>>> Osmose ou Difusão Simples 
B) Saturação pelo soluto 
1)  Transporte passivo ou difusão facilitada 
Cinética da difusão simples e da difusão 
mediada por carreador. 
•  Enquanto a velocidade da difusão simples é sempre 
proporcional à concentração do soluto; 
•  A velocidade da difusão facilitada atinge umvalor 
máximo (Vmáx) quando a proteína está saturada. 
•  A concentração do soluto, quando o transporte está 
na metade do seu valor máximo, aproxima-se à 
constante de ligação (Km) do carreador para o 
soluto e é análoga ao Km de uma enzima para o 
seu substrato 
Transporte Através das Membranas 
Celulares 
C) Seletividade 
Transporte através das Membranas Celulares 
1)  Transporte passivo ou difusão facilitada 
D) Sensibilidade a inibidores competitivos e não-competitivos 
Transporte através das Membranas Celulares 
Algumas particularidades sobre os canais iônicos 
- Funcionam basicamente como poros hidrofílicos 
- A abertura pode ser promovida por dois mecanismos: 
- A) Alteração de voltagem (polaridade) da membrana 
- B) Substâncias químicas específicas. Ex. Neurotransmissores 
Ex.: plantas insetívoras 
Membrana despolarizada 
Transporte através das Membranas Celulares 
Algumas particularidades sobre os canais iônicos 
Controlado 
por voltagem 
Controlado 
por ligante 
(ligante extracelular) 
Controlado 
por ligante 
(ligante inracelular) 
Controlado 
mecanicamente 
Curiosidade 
•  Tecidos excitáveis: 
–  Tecido muscular; 
–  Nervos. 
•  Tecidos que respondem 
rapidamente à estímulos; 
 
•  Abrem canais de que 
passam grande 
quantidade de íons em 
pouco tempo. 
Transporte através das Membranas Celulares 
A maioria dos constituintes celulares é carregada negativamente 
Existe cerca de 20 mM de Mg2+ nas células 
Existe 1-2 mM Ca2+ nas células 
COMPONENT INTRACELLULAR 
CONCENTRATION (mM) 
EXTRACELLULAR 
CONCENTRATION (mM) 
Cations 
  Na+ 5-15 145 
  K+ 140 5 
  Mg2+ 0.5 1-2 
  Ca2+ 10-4 1-2 
  H+ 7 × 10-5 (10-7.2 M or pH 7.2) 4 × 10-5 (10-7.4 M or pH 7.4) 
Anions* 
  Cl- 
 
 HCO3- 
5-15 
 
12 
110 
 
29 
Quase todas as membranas celulares apresentam uma diferença de potencial 
elétrico (gradiente de voltagem) através delas, com o interior geralmente 
negativo em relação ao meio extracelular. 
Chamamos isso de Potencial de Membrana 
Transporte através das Membranas Celulares 
O QUE ISSO TEM A VER COM OS CANAIS IÔNICOS??? 
Gradiente eletroquímico 
sem potencial 
de membrana 
Gradiente eletroquímico 
com potencial 
de membrana 
Interior negativo 
Gradiente eletroquímico 
com potencial 
de membrana 
Interior positivo 
Um gradiente eletroquímico 
combina o potencial de 
membrana 
e o gradiente de concentração, 
os quais podem atuar 
aditivamente 
para aumentar a força motriz 
sobre um íon através da 
membrana 
 ou podem atuar um contra o 
outro 
Potencial de Ação 
Transporte através das Membranas Celulares 
Quando o potencial 
de membrana é 
despolarizado, 
o canal se abre e 
começa a conduzir 
íons. 
Período 
Refratário 
Potencial de Ação 
•  Um estímulo elétrico desencadeia uma explosão de atividade elétrica 
que é rapidamente propagada ao longo da membrana plasmática e é 
mantida por auto-amplificação. 
•  Essa “explosão” nada mais é do que uma onda de excitação 
conhecida como potencial de ação ou impulso nervoso. 
•  É uma consequência direta da ação dos canais de cátions controlados 
por voltagem (voltage-gated ion channels). 
Ocorre em células excitáveis: 
neurônios, células musculares e endócrinas, célula-ovo, eletrócitos... 
Transporte através das Membranas Celulares 
•  A despolarização provocada pela abertura de um canal deve ser 
suficiente 
Potencial 
de Ação 
Transporte através das Membranas Celulares 
O Transporte passivo também pode ser feito através 
de proteínas carreadoras. 
Devem ser à favor do gradiente de concentração do soluto!!!!! 
Transporte ativo. Por quê? 
Pra que? 
Transporte ativo 
•  Uma célula que só faça transporte passivo 
tenderá a igualar a distribuição de íons no 
meio intracelular e extracelular; 
–  Acabaria com o potencial de membrana e o 
potencial de ação. 
•  Ela será hipertônica depois disso. 
Transporte ativo 
•  Contra um gradiente de 
concentração do soluto; 
•  Requer gasto de 
energia; 
•  Apenas proteínas 
carreadoras 
conseguem fazê-lo. 
Transporte ativo 
•  Mantem um desequilíbrio entre 
o meio intra e extracelular: 
expulsão de cátions e ânions; 
•  Mantem o equilíbrio de 
tonicidade entre os meios, 
dificultando a entrada de água; 
•  Gradiente de íons, que permite 
a existência do potêncial de 
membrana. 
A diferença de potencial através da membrana plasmática de uma célula 
animal em repouso (Potencial de repouso), ou seja, na qual não existe fluxo 
líquido de íons, varia entre -20 mV e -200 mV. 
•  Um pequeno fluxo de íons pode causar uma grande mudança no potencial 
de membrana; 
•  A despolarização sinaliza uma alteração no estado funcional da célula; 
Polarização da Membrana 
Plasmática 
Membrana sem transporte ativo Membrana 
Polarizada 
Membrana 
Despolarizada 
Transporte através das Membranas Celulares 
Considerando-se um potencial de membrana médio igual a 70 mV (com o 
interior mais negativo que o exterior) e que a membrana plasmática tem cerca 
de 3,5 nm de espessura, então 
O gradiente de voltagem é igual a 0,07 V x 3,5 x 107 cm... Ou seja: 
200.000 V por centímetro 
Para se ter uma idéia, os fios de alta tensão da energia elétrica 
utilizam gradientes de cerca de 200.000 V por Km! 
Transporte através das Membranas Celulares 
Dizemos que a entrada de Na+ 
nas células de mamíferos tem 
uma ΔG (energia livre) 
negativa, pois as duas forças 
(o gradiente elétrico e o 
gradiente de concentração) 
atuam normalmente na 
mesma direção. 
Na+ 
K+ 
Na+ 
K+ 
O principal movimento iônico através da membrana citoplasmática é o de K+ de 
dentro para fora, deixando um excesso de carga negativa no interior e criando 
um excesso de carga positiva no exterior. 
Transporte através das Membranas Celulares 
Quando um determinado estímulo leva à 
abertura de canais iônicos para Na+ e K+, a 
rápida entrada no citoplasma de uma grande 
quantidade de íons Na+ e a evasão de uma 
quantidade também considerável de íons K+ 
provocam a DESPOLARIZAÇÃO da 
membrana. No balanço final, o interior se torna 
positivo em relação ao meio externo. 
•  papel do transporte ativo será fazer com que a célula retorne ao seu 
estado de repouso, ou seja, refazer a distribuição dos íons, mesmo 
que isso signifique deslocar íons do compartimento onde eles estão 
em menor concentração para onde sua concentração seja maior. 
(REPOLARIZAÇÃO DA MEMBRANA). 
Transporte através das Membranas Celulares 
Importâncias da Bomba de Na+ e K+: 
•  Repolarização da membrana; 
•  Manutenção do volume celular. 
•  Formada por 2 subunidades; 
•  Na maior delas está o sítio 
catalítico do ATP e os locais de 
ligação dos íons; 
•  Para cada 3Na+ que saem da 
célua, 2K+ entram na célula e 
uma molécula de ATP é 
transformada em ADP +Pi. 
Transporte através das Membranas Celulares 
Na+,K+-ATPase 
Meio 
Extracelular 
Meio 
Intracelular 
Funcionamento da Bomba Na+/
K+ ATPase 
A ouabaína (estrofantidina) é um 
cardiotônico que consta de um 
açúcar e um esteróide unidos por 
uma ligação glicosídica. 
Comercialmente, está disponível 
como seus derivados digoxina e 
digitoxina 
Transporte através das Membranas Celulares 
Na+/K+-ATPase 
Transporte através das Membranas Celulares 
Outros tipos de transporte ativo 
Ca2+-ATPase no retículo endoplasmático ou na membrana plasmática. 
No retículo sarcoplasmático (músculos), é chamada SERCA. 
 
' 
' 
Estruturas cristalizadas da Ca2+-ATPase de retículo sarcoplasmático (a) no 
estado E1 (ligada a Ca2+; Toyoshima et al., 2000) e (b) no estado E2 (inibidaespecificamente por thapsigargina; Toyoshima et al., 2002). 
SERCA 
H+-ATPase em fungos e bactérias 
Transporte através das Membranas Celulares 
Outros tipos de transporte ativo 
Transporte através das Membranas Celulares 
Outros tipos de transporte ativo 
Proteínas de multirresistência a drogas (MDR), 
•  família dos transportadores ABC (ATP Binding Cassete). 
•  transporte tanto de íons quanto de pequenas moléculas, 
participando de processos de detoxificação de várias drogas de 
natureza lipídica. 
•  Ex. Plasmodium 
Grupamento das Proteínas 
Carreadoras 
Transporte através das Membranas Celulares 
1)  Uniporte: quando carreiam apenas uma espécie química. 
 
Ex.: GLUT1, a concentração de glicose intracelular é geralmente menor que a 
extracelular. 
- Proteínas carreadoras podem atuar de 3 formas: 
Transporte através das Membranas Celulares 
2) Simporte: quando duas espécies químicas são simultaneamente 
transportadas e no mesmo sentido. 
Ex.: Simporte de Na+ e Glicose em células epiteliais do intestino e do rim. 
Modelo proposto para o transportador de 2Na+/Glicose 
Transporte através das Membranas Celulares 
3) Antiporte: quando 2 moléculas diferentes são transportadas em sentidos 
opostos. 
Ex.: antiporte Cl-/HCO3- , Na+/H+ e a Na+/K+-ATPase. 
Transporte através das Membranas Celulares 
3) Antiporte: sem gasto de energia 
A manutenção do pH ótimo depende de mecanismos de aniporte que são à favor do 
gradiente. 
E e F Transporte por meio de ATPases transportadoras: íons transportados 
através das membranas, impulsionados pela energia proveniente da hidrólise do ATP 
(bombas iônicas). Moléculas maiores (fármacos), também podem ser transportadas 
por proteínas integrais. 
G, H e I. Transporte ativo Secundário: 
movimento de solutos contra um gradiente de concentração ou de potencial elétrico, 
não está acoplado a energia metabólica. A energiaé derivada do acoplamento ao 
movimento de outro soluto. 
•  A ação da Bomba de Na+/K+ faz com que o gradiente de Na+ seja 
sempre favorável à sua entrada na célula, juntamente com a glicose. 
•  Assim as células intestinais nõa perdem glicose para a luz intestinal nos 
períodos de jejum. 
•  Para não ter acúmulo de glicose na célula, há dois tipos de 
transportadores de glicose. 
Transporte ativo secundário. 
Transporte ativo secundário. 
Transporte através 
da membrana 
Transporte celular: As 
substâncias podem ser 
levadas para dentro ou 
expelidas da célula, por meio 
de vesículas revestidas por 
membranas: 
exocitose e endocitose 
(A e B). 
C.Transcitose (transporte 
trancelular): células dos 
capilares e do intestino, 
movem material através de um 
processo integrado endocitose 
e exocitose. 
D.Osmose 
VÍDEOS