Membranas celulares

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Membranas celulares – estrutura e 
transporte 
Disciplina de Biologia Celular 
 
 
Profa. Dra. Adriana Fiorini 
 
 
Aula 3 
 Modelo do mosaico fluido para a estrutura da 
membrana. 
Glicerofosfolipídios, esfingolipídios e esteróis – praticamente insolúveis em água. 
Constituintes moleculares das membranas 
 
Fosfolipídeos e glicolipídeos, proteínas, esteróis e 
carboidratos (glicocoproteínas e glicolipídios). 
As proporções variam conforme a membrana: 
Ex.: neurônios – bainha de mielina (uma extensão da 
membrana que se enrola e atua como isolante elétrico – 
composta na maior parte por lipídios). 
Membranas plasmáticas de bactérias, mitocôndrias e 
cloroplastos – possuem mais proteínas que lipídios. 
 
 
 A arquitetura supramolecular das membranas 
Propriedades fundamentais: 
•Impermeáveis à maioria dos solutos polares ou carregados e 
polares aos compostos não polares. 
•Modelo do mosaico fluido (as ligações não são covalentes): 
Fosfolipídios e esteróis formam uma bicamada de lipídios na 
qual a região não polar está no centro e os grupos polares 
para o exterior. 
•Proteínas globulares: incrustadas em intervalos regulares – 
mantidadas por interações hidrofóbicas entre lipídios e 
domínios hidrofóbicos das proteínas. 
•Domínios protéicos diferentes entre os lados (externo e 
interno) da membrana. 
LIPÍDEOS DE MEMBRANAS 
Moléculas anfipáticas 
Correspondem a 50% da massa total da membrana 
Mais abundantes: fosfolipídeos. Eles têm um grupo polar numa extremidade (cabeça polar) e 
duas caudas de hidrocarboneto de características hidrofóbica. As caudas são normalmente 
ácidos graxos que podem apresentar diferentes comprimentos (14 a 24 C). Uma cauda possui, 
de modo geral, uma ou mais duplas ligações cis duplas (insaturações) e a outra cauda não 
possui. 
Diferentes composições e saturações: afetam a 
fluidez da membrana. 
 
A forma e a natureza anfipática dos lipídeos são responsáveis pela formação 
espontânea da bicamada lipídica num ambiente aquoso – se agregam 
direcionando suas caudas hidrofóbicas para o interior e a cabeça polar para o 
lado extra e intracelular (aquoso). 
 
Portanto, em um ambiente aquoso, formam a bicamada devido a sua natureza 
anfipática. 
 
 
 
 
Sendo cilíndricas, as moléculas de fosfolipideos formam duplas camadas 
Se fossem em forma de cunha, formariam micelas esféricas. 
 
 Os lipídeos de membrana podes se 
difundir na bicamada. 
 
- Mecanismo de flip-flop: ocorre 
raramente. Menos que 1x ao mês 
(movimento entre camadas). 
- Forma mais predominante de 
movimento: dentro da mesma camada 
(107 por segundo). 
- Rodam rapidamente em torno de seu 
eixo. 
- São sintetizados apenas em uma 
monocamada da membrana, 
principalmente na monocamada 
citossólica do RE. Dai as translocases 
de fosfolipídeos (ligadas à 
membrana): trocam os lipídeos para 
outra camada (rápido flip-flop). 
a) 
b) 
c) 
Estado paracristalino (sólido) 
Estado 
fluido 
A composição da membrana influi na fluidez 
 
Fluidez – depende tanto da composição quanto da tpt. 
 
Além dos fosfolipídeos, as membranas também apresentam colesterol. 
 
Presença de duplas ligações - também deixa a membrana mais fluida. 
 
Na molécula de colesterol, a hidroxila fica agrupada próximo a cabeça polar dos fosfolipídeos, 
assim, o seu anel esteroide rígido parcialmente imobiliza os hidrocarbonetos rígidos, 
diminuindo a permeabilidade da bicamada a pequenas moléculas hidrossolúveis. Têm a 
tendência de tornar a bicamada menos fluida, mas quando em alta concentração impedem de 
os hidrocarbonetos se cristalizarem. 
LIPÍDEOS DE MEMBRANA 
 
A composição lipídica da membrana é variável conforme o tecido e o 
organismo. 
Em bactérias – não contém colesterol e só contém fosfatidiletanolamina. 
Eucariotos – quatro tipos predominam: 
 
 fosfatidiletanolamina fosfatidilserina fosfatidilcolina esfingomielina 
 glicerol esfingosina 
colina colina serina 
etanolamina 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
fosfato 
 
 Glicerofosfolipídeos Esfingolipídeos 
Natureza lipídica da membrana – restringe os 
tipos de moléculas que passam pelas 
membranas, principalmente as moléculas 
polares. 
 
- Moléculas que não se difundem a uma taxa 
significativa: íons inorgânicos e moléculas 
orgânicas carregadas. 
 
- Moléculas que são excluídas devido ao seu 
tamanho e carga: proteínas e ácidos 
nucléicos. 
 
 
 
Taxa de difusão para a passagem de nutrientes e 
íons inorgânicos é lenta. Então a célula possui 
canais e transportadores especializados. 
 
Proteínas canais: estreito poro hidrofílico que 
permite o movimento passivo de pequenos íons 
inorgânicos. 
 
Proteínas carreadoras (transportadoras): 
apresentam partes móveis para carregar moléculas 
específicas através das membranas. Podem estar 
acopladas a uma fonte de energia, para catalisar o 
transporte ativo. 
 
O enfoque será dado apenas a membranas plasmáticas, mas 
mecanismos similares ocorrem em demais tipos de membranas. 
PRINCÍPIOS DE TRANSPORTE DE MEMBRANA 
 
DIFUSÃO DE SUBSTÂNCIAS PELA MEMBRANA 
 
Em uma membrana livre de proteínas, virtualmente qualquer 
molécula se difundirá, dado o tempo necessário, passivamente 
através da membrana. Em geral, quanto menores e mais 
solúveis em lipídeos mais rapidamente se difundirão. 
 
 
 
Para que um soluto se difunda por uma 
membrana ele: 
 
1) tem que deixar o ambiente aquoso 
de um lado e entrar na membrana 
 
2) atravessar a membrana 
 
3) deixar a membrana e penetrar em 
um novo ambiente, no lado oposto. 
Cada etapa envolve equilíbrio entre os dois estados. 
 
- Difusão de gases, como o CO2, O2, N2, NO, CO e H2S, 
ocorre rapidamente e a velocidade depende somente do 
gradiente de concentração. 
 
- Água difunde-se por forças osmóticas, mas para atender as 
necessidades de rápido equilíbrio de água através das 
membranas plasmáticas, existem as aquaporinas. 
 
Aquaporinas 
Existem dois principais tipos de deslocamento 
mediado por proteínas: Proteínas Carreadoras 
e Canais 
Além das moléculas apolares, as membranas devem permitir a 
passagem de várias moléculas polares, como íons, açúcares, 
aminoácidos, nucleotídeos e muitos metabólitos celulares, o 
que se dá por canais ou transportadores. 
 
 Canais ou poros: Formam poros aquosos. Substâncias 
movem-se apenas na direção da menor concentração. 
 
 Transportadores: Catalisam o movimento de uma 
molécula ou íon ligando e fisicamente movendo-o através. 
Ligam ao soluto e sofrem mudanças na conformação. 
TRANSPORTE VIA CANAIS DE MEMBRANA 
Canais iônicos – existem muitas famílias diferentes e 
todos são seletivos para a molécula que é translocada. 
 
Podem estar em estado aberto ou fechado. 
 
Estão normalmente fechados, mas podem ser abertos por 
uma variedade de mecanismos incluindo estímulos físicos 
(mecânicos ou calor). 
 
Um dos mais estudados são os que respondem a 
mudanças no potencial de membrana, chamados canais 
voltagem-dependente e os que respondem a ligação de 
um ligante, chamados canais regulados por ligante. 
A ligação de um ligante químico extracelular ou intracelular 
muito específico é um mecanismo comum para abertura de 
um canal iônico, por ex. a acetilcolina liga ao seu receptor 
nicotínico e o canal abre e permite fluxo de Na+, o que é 
importante para a transmissão do sinal elétrico neuronal. 
 
Outros são controlados por AMPc.Muitos destes canais estão envolvidos com a contração 
muscular e transmissão nervosa, portanto, o controle de 
abertura é muito rápido. 
 
A superfície de um terminal nervoso pode conter vários tipos 
de canais, como voltagem-dependentes para Ca2+, K+, 
canais de K+ Ca2+, canais de Cl- etc. 
Canais iônicos de Na+, Ca2+, K+ e Cl- controlados por 
voltagem 
 
Os canais Na+, Ca2+, K+ são encontrados em bactérias, 
archae, vírus e eucariotos. 
 
São controlados por potencial elétrico transmembrana e em 
células de mamíferos, são responsáveis pela geração de 
sinais elétricos conduzidos em neurônios e outras células 
excitáveis. 
 
A grande subunidade alfa tem o poro condutor do íon. 
Subunidades acessórias como proteínas periféricas estão 
envolvidas geralmente com a regulação do canal. 
Canais nicotínicos de Acetilcolina 
Também chamado de receptor da acetilcolina – exemplo de 
canal regulado por ligante. Acetilcolina se liga e abre o canal. 
A acetilcolina difunde-se em direção a membrana no músculo 
esquelético, interage com seu receptor, abre o canal, e 
permite que íons carregados positivamente e pequenos 
eletrólitos flutuem através do canal. Isto despolariza a 
membrana do miócito, desencadeando a contração. 
 
 
 
 
O receptor da acetilcolina 
permite a passagem dos íons 
Ca+, Na+ e K+, impedindo a 
passagem de todos os ânions e 
outros cátions. 
Transporte ativo e transporte passivo via 
transportadores 
 
 
Alguns transportadores movem seus substratos a favor de um 
gradiente de concentração (referido como transporte 
passivo, difusão facilitada ou difusão mediada por 
proteína). 
 
 
 
Outros podem mover o substrato contra o seu gradiente de 
concentração (transporte ativo ou bomba) e requer entrada 
de energia. 
Três classes gerais de sistemas de transporte 
(independentes de serem transportadores passivos 
ou ativos) 
Transporte único 
Co-transporte 
(simporte) 
Contra-transporte 
(antiporte) 
Transporte duplo 
Transporte ativo 
 
Transportadores ativos catalisam a translocação de 
um soluto contra o seu gradiente de concentração, 
levando a criação de um gradiente químico ou 
eletroquímico. 
Depende de energia (endergônico) e então o 
movimento dos solutos é acoplado a um processo 
exergônico como: quebra do ATP, oxidação, fluxo 
de uma substância química a favor do gradiente 
eletroquímico. 
 
 
Transporte ativo primário e secundário 
primário secundário 
Transportadores ativos primários 
 
Encontrados em todos os organismos vivos. Células de 
mamíferos requerem ATP ou outro nucleosídeo trifosfato como 
fonte de energia. 
 
Transportadores que utilizam ATP são também chamados de 
ATPases (ATP é hidrolisado durante a translocação). 
 
Três famílias que catalisam a translocação de cátions 
inorgânicos: (transportadores tipo P, V e F) 
Há pelo menos 3 tipos gerais de ATPases de 
transporte. 
ATPases do tipo P – transportadores de cátion direcionados por 
ATP. 
ATPases do tipo V 
Responsável pela acidificação nos lisossomos, vacúolos de plantas, 
nos endossomos, no complexo de Golgi e nas vesículas secretoras 
nas células animais. 
ATPases do tipo F 
Papel nas reações conservadoras de energia nas bactérias, 
mitocôndrias e cloroplastos. 
Catalisam a passagem ascendente de prótons transmembrana, 
direcionada pela hidrólise do ATP e também a reação reversa, na 
qual o fluxo descendente de prótons direciona a síntese de ATP. 
 
 
 
 
 
Translocação ligada de Na+ e K+ é por transporte 
ativo primário. 
 Membrana externa plasmática de 
todas as formas de vida: contém 
um antiporter tipo P (de Na+ e K+) 
que utiliza ATP. 
 
Nome: ATPase trocadora de 
Na+/K+ ou bomba de sódio. 
 
Apresenta uma subunidade 
grande que catalisa atividade de 
ATPase e translocação de ions. 
O transportador é responsável por 
manter as concentrações altas de 
K+ e baixas de Na+ no 
citoplasma. 
TRANSPORTE ATIVO SECUNDÁRIO 
 
Utilizam uma fonte secundária de energia como gradiente 
eletroquímico transmembrânico de sódio (força sódio motriz) 
ou H+ (força próton motriz) para conduzir translocação. 
 
A força sódio motriz é gerada à custa de uma fonte primária 
de energia, como hidrólise de ATP, e a força próton motriz, 
por reações de oxidação-redução. 
 
Estes transportadores ativos secundários translocam muitas 
moléculas orgânicas pequenas, como aminoácidos, 
açúcares e uma variedade de moléculas orgânicas. 
Transportadores ativos secundários Na2+ dependentes 
 
Nas células do epitélio intestinal, a glicose e alguns 
aminoácidos são transportados pelo co-transporte com o Na+, 
usando o gradiente de Na+ estabelecido pela ATPase Na+ 
K+. 
 
O co-transportador de Sódio/glicose (SGLT) transporta glicose 
junto com sódio: 2 sódios movem-se para dentro da célula a 
favor de seu gradiente eletroquímico (transporte passivo 
facilitado) e a glicose é levada junto, contra seu gradiente de 
concentração. O gradiente de Na2+ se dissipa no processo, 
mas a bomba Na2+/K+ o reestabelece continuamente. 
A glicose entra nas células intestinais junto com o Na+. Passa 
depois para o sangue através do GluT2, um transportador 
passivo. A ATPase Na+K+ continua a bombear Na+ para fora, 
para manter o gradiente. 
TRANSPORTE PASSIVO 
 
Sem gasto de energia – diversos transportadores foram 
descritos, a maioria em bactérias com especificidade para 
íons inorgânicos, açucares, aminoácidos e intermediários do 
ciclo dos ácidos tricarboxílicos e glicolíticos. 
 
Transporte passivo mediado demonstra cinética de 
saturação, especificidade para a classe de substrato 
movendo-se através da membrana e especificidade para 
inibidores. 
 
Transportador de glicose nos 
eritrócitos: GluT1. 
Proteína integral com 12 
cadeias polipeptídicas 
hidrofóbicas, com resíduos 
hidrofílicos no interior do 
canal, os quais fazem 
ligações de hidrogênio com a 
glicose. 
GLUT1 – importante para suprir eritrócitos e células do cérebro 
com glicose. 
GLUT2 – em células do fígado catalisa o efluxo de glicose. Em 
células beta-pancreáticas GLUT2 está envolvido em sentir os 
níveis de glicose no sangue. 
GLUT4 – transportador que responde a insulina em tecido 
adiposo, músculo cardíaco e músculo esquelético. 
GLUT5 –no sarcolema do músculo esquelético transporta 
frutose preferencialmente. 
Glicose é translocada por transporte passivo 
GLUT – família de transportadores de glicose – mecanismo 
uniporte – células de mamíferos. 
 
GLUT1, GLUT2, etc – Geralmente o movimento de glicose é 
de fora para dentro. 
 
Quando a insulina liga ao seu receptor, vesículas se 
movem para a superfície e se fundem com a 
membrana aumentando o número de 
transportadores de glicose Quando o nível de insulina 
cai, os transportadores 
são removidos da 
membrana pela 
endocitose. 
A vesícula menor se funde 
com o endossomo maior 
Pedaços do endossomo com 
transportadores da glicose formam 
pequenas vesículas e voltam à 
superfície quando os níveis de 
insulina retornarem ao normal. 
Transportadores de 
glicose “armazenados” 
dentro da célula nas 
membranas das vesículas 
Transportador da 
glicose 
Transporte 
de glicose 
nos miócitos 
e adipóctios 
pelo GluT4 
CL- e HCO3
- TRANSPORTADORES QUE ATUAM EM UM 
MECANISMO ANTIPORTE. 
 
Transportador de anions em eritrócitos e rins. 
 
Mecanismo antiporte de Cl- e HCO3- (bicarbonato). 
 
Chamado de trocador de Cl- e HCO3- independentede Na+. 
 
Em eritrócitos é chamado de banda 3 (posição no SDS-
Page). 
 
A direção do fluxo dos íons depende do gradiente de 
concentração. 
 
IMPORTANTE NO AJUSTE DE HCO3- do eritrócito no 
sangue arterial e venoso. 
1. O dióxido de carbono 
produzido pelo catabolismo 
entra no eritrócito. 
 
2. O bicarbonato dissolve-se 
no plasma sanguíneo 
 
3. O dióxido de carbono deixa 
o eritrócito e é exalado 
 
4. O bicarbonato entra no 
eritrócito vindo do plasma 
sanguíneo. 
O trocador cloreto-bicarbonato aumenta a permeabilidade da membrana 
do eritrócito ao bicarbonato. Na ausência de cloreto, o transporte de 
bicarbonato é interrompido. 
 
1 
2 
3 4 
IONÓFOROS 
Substâncias produzidas e secretadas por bactérias que 
facilitam o transporte de alguns íons. 
 
Ex.: Valinomicina: grande afinidade por K+. Os ionóforos 
quelam o íon, sua capa de água é removida e o complexo 
ionóforo-íon, que é carregado positivamente, se difunde 
livremente pela membrana, levando a criação de uma 
separação de cargas através das membranas. Portanto, tem 
atividade de antibióticos, porque rompem o equilíbrio iônico 
intracelular.