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13/08/2013 1 BIOMEMBRANAS E TRANSPORTE CELULAR Profª Drª Mércia Tancredo Toledo FCMS/PUC-SP • Revisando... •Biomembranas separam o meio intracelular e extracelular. • Definem limite externo das células e regulam o trânsito molecular através desse limite •Constância do Meio Interno 13/08/2013 2 “ Quanto menores e mais solúveis são as moléculas (hidrofóbicas e não polares), mais rapidamente difundirão através da bicamada lipídica" " A bicamada lipídica é fortemente impermeável a moléculas carregadas (íons)” “ Substâncias Hidrossolúveis, transportadas pela matriz proteica. 13/08/2013 3 CONTROLE DO AMBIENTE INTERNO Claude Bernard: “Ambiente interno do organismo se mantém constante apesar das alterações do meio externo” Compartimentos Orgânicos LIC e LEC • 56% do corpo humano adulto é formado por líquidos. • Maior parte (2/3) situada no espaço intracelular, e 1/3 no espaço extracelular. • Circula constantemente por todo o organismo através do sangue circulante. 13/08/2013 4 LÍQUIDO INTRACELULAR • Somatório dos líquidos contidos em cada uma das células do organismo • Principal cátion celular: K+ – Grande quantidade de íons potássio, magnésio e fosfato. – Mecanismos especiais para o transporte dos íons através das membranas celulares mantêm essas diferenças. LÍQUIDO EXTRACELULAR – Íons e os nutrientes necessários para que as células mantenham vida. – Concentrações adequadas de oxigênio, glicose, aminoácidos, íons e outros. • Cátion Principal: Na+ – Junto ao K+, Ca++ e Mg++ participam da despolarização da membrana, fenômeno excitação celular e transmissão elétrica em tecidos 13/08/2013 5 Compartimentos Orgânicos LEC e LIC TRANSPORTE PELA MEMBRANA ENDOCITOSE E EXOCITOSE - Processos Ativos que depende de energia Metabólica ATP → ADP + PI ATP ADP 13/08/2013 6 ENDOCITOSE - Permite a entrada de material na célula sem passar pela membrana • Partículas Englobadas em vesículas EXOCITOSE - Transporte de dentro para fora da célula com gasto de energia. Ex: liberação de neurotransmissor pelas células nervosas; 13/08/2013 7 TRANSPORTE ATRAVÉS DAS MEMBRANAS • O tráfego de moléculas vital para a maioria dos processos celulares • Algumas moléculas difundem-se ENTRE AS MOLÉCULAS que compõem a membrana • Outras necessitam de proteínas de transporte específicas na membrana TRANSPORTE ATRAVÉS DAS MEMBRANAS PASSIVO Difusão - Simples - Facilitada Osmose ATIVO - Primário - Bombas ativas - Secundário - Co-transporte - Contra transporte 13/08/2013 8 TRANSPORTE PASSIVO • A favor de gradiente de concentração TRANSPORTE ATIVO • Contra gradiente de concentração • Através de proteínas carreadoras • Requer energia: ATP 13/08/2013 9 TRANSPORTE PASSIVO Difusão A) Poros Membrana B) Bicamada Lipídica DIFUSÃO SIMPLES - Transporte quando a concentração do soluto é menor no interior celular do que no meio externo, e sai da célula no caso contrário. - Não há consumo de energia - Ocorre A FAVOR do gradiente de concentração. 13/08/2013 10 Transporte Passivo DIFUSÃO FACILITADA - Substânias de ALTO PESO MOLECULAR e INSOLÚVEIS passam através da matriz (transporte passivo) através de proteínas carregadoras (proteínas transportadoras). - Ex: Glicose, galactose e alguns aminoácidos (alto Peso Molecular), o que impede a sua passagem através dos poros 13/08/2013 11 DIFUSÃO FACILITADA - A favor de gradiente de concentração - Não consegue deslocar substâncias contra gradiente de concentração OSMOSE • Fluxo de água através de uma membrana semipermeável – Permeável a água – Impermeável a solutos • Pressão Osmótica: número de partículas em solução – Isosmóticas (=) – Hiposmóticas (< solutos) – Hiperosmóticas (> solutos) 13/08/2013 12 • Glóbulos Vermelhos Funcionam como osmômetros – Solução Isotônica (154mM NaCl) – Solução Hipertônica (>154mM NaCl) – Solução Hipotônica (<154mM NaCl) Crenação Lise Transporte Passivo 13/08/2013 13 TRANSPORTE ATIVO • Ocorre CONTRA o gradiente de concentração ou potencial eletroquímico Bombas Iônicas: – Proteínas Transportadoras de íons – Acoplada a fonte de energia metabólica (ATP) TRANSPORTE ATIVO • Bombas Eletrogênicas (ATP ases) – Na e K: mantém o potencial negativo no interior celular – de H : mantém o pH em mitocôndrias e lisossomos. – de Ca: membranas do retículo sarcoplasmático e eritrócitos – de H e K: membranas parietais do estômago. 13/08/2013 14 • A concentração de potássio é 10x maior no interior da célula o inverso acontece com o sódio • As diferenças de concentrações são MANTIDAS PELA BOMBA encontrada na membrana de células animais. ATPase SÓDIO POTÁSSIO • Opera como ANTIPORTE, bombeando sódio para fora e potássio para o interior • A bomba hidroliza ATP para esse processo • O gradiente de sódio: – dirige o transporte da maioria dos nutrientes para as células animais – mantém pH citosólico. ATPase SÓDIO POTÁSSIO 13/08/2013 15 TRANSPORTE ATIVO PRIMÁRIO BOMBA DE Na / K + + Mantem K+ Mantem Na+ Transporte Ativo 13/08/2013 16 Transporte Ativo Secundário • O gradiente de Sódio gera ENERGIA para o Transporte de glicose e aminoácidos em epitélio intestinal e renal (contra o gradiente de concentração do soluto) Transporte Ativo secundário • Evita a perda de nutrientes essenciais como glicose e aminoácidos nas fezes e na urina. • Manutenção pH • Proteínas utilizam energia armazenada no gradiente de sódio para bombear para fora o excesso de H+ ou captar HCO3- 13/08/2013 17 TRANSPORTE ATIVO SECUNDÁRIO TRANSPORTE ATIVO SECUNDÁRIO DA GLICOSE GLi TRANSPORTE ATIVO SECUNDÁRIO DO ION HIDROGÊNIO CO-TRANSPORTE CONTRA TRANSPORTE EXCITABILIDADE CELULAR POTENCIAL DE MEMBRANA 13/08/2013 18 PATCH CLUMP • Medida Potencial de Membrana – Registro do fluxo de corrente iônica, através dos canais protéicos – Determinação voltagem entre os 2 lados da membrana • Micropipeta encostada na superfície externa da membrana celular – Sucção membrana que é puxada para dentro da pipeta (vedação) – Registro fluxo corrente elétrica • Fragmento é retirado da célula e introduzido em diferentes soluções, avaliação potencial de membrana. • A diferença de potencial entre o interior e o exterior da fibra é medido usando-se Voltímetro • Para registrar as variações rápidas do potencial de membrana durante a condução dos impulsos nervosos, o microeletrodo é conectado a um osciloscópio – Registro fora membrana: ZERO (potencial LEC) – Membrana (-90mV) – Lado oposto membrana: ZERO (potencial LIC) PRÊMIO NOBEL HODGKIN E HUXLEY Conhecimento quantitativo dos canais Na+ e K+ 13/08/2013 19 PATCH CLUMP
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