Aula 1 Estrutura, função e transporte das membranas biológicas

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MEMBRANA PLASMÁTICA
Estrutura e transporte
Profa. Karla Danielle A. Soares
E-mail: karlla.vet@hotmail.com
Contato: (82) 99620-1072
Maceió-AL, 2018.
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A Membrana Plasmática
As membranas possuem de 6 a 9 nm de espessura. 
São flexíveis e fluídas.  
É formada de lipídios, glicídios e proteínas (que podem ser esféricos ou integrais). 
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A Membrana Plasmática
São permeáveis à água  
Impermeáveis a íons (Na, K, H,...) e à moléculas polares não carregadas (glicídios).  
São permeáveis à substâncias lipossolúveis.
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A Membrana Plasmática
Davison-Danielli: dupla camada lipídica com extremidades hidrofóbicas voltadas para dentro e extremidades hidrofílicas voltadas para proteínas globulares. 
Unitária de Robertson: idêntico ao anterior, com diferença que as proteínas estariam estendidas sobre a membrana e que haviam proteínas que ocupavam espaços vazios entre lipídios. 
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Estrutura molecular das membranas
O modelo de Singer ou modelo do mosaico fluido tenta explicar a estrutura química das membranas
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Modelo do Mosaico Fluido
O Modelo do Mosaico fluido diz que as membranas biológicas são formadas por uma bicamada de lipídios, na qual estão inseridas diversas proteínas.
Por isso dizemos que a membrana é LIPOPROTÉICA
LIPO : diz respeito aos lipídeos presentes nas membranas
PROTÉICA : diz respeito às proteínas presentes nas membranas
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Bicamada Fosfolipídica
Regiões hidrófobicas das proteínas
Regiões hidrófílicas das proteínas
O modelo de mosaico de fluido indica que uma membrana é uma estrutura fluida como um "mosaico" com várias proteínas embutidas na bicamada fosfolipídica
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Membrana plasmática: célula animal
Fonte: http://profelisamasantos.blogspot.com/2009/11/celula-animal-e-celula-vegetal.html
Membrana celular
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Membranas celulares e permeabilidade
Complexos lipoprotéicos
Delimitam o protoplasma
Separam os espaços intracelulares
Controlam o movimento de solutos para dentro ou para fora do compartimento
Fonte: http://profelisamasantos.blogspot.com/2009/11/celula-animal-e-celula-vegetal.html
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Modelo do Mosaico Fluido
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Delimitação do Volume Celular 
e Permeabilidade Seletiva
A Membrana Plasmática é a organela que delimita o limite externo das células eucariontes animais.
Além disso é ela quem determina quais substâncias irão entrar ou sair das células, e em quais quantidade e velocidades isso vai acontecer.
A essa função de seleção denominamos PERMEABILIDADE SELETIVA.
Os mecanismos que determinam a permeabilidade seletiva são denominados mecanismos de transporte através da membrana.
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A Membrana Plasmática
Propriedades: A membrana apresenta, devido à sua constituição, baixa tensão superficial, resistência elétrica, capacidade de regeneração, elasticidade e semi-permeabilidade seletiva.
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Baixa tensão superficial: 
decorre das fracas forças de coesão entre as moléculas de proteínas;
Membrana Plasmática: Propriedades
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Membrana Plasmática: Propriedades
Resistência elétrica:
 apresenta dificuldade para a entrada e ou saída de certos íons;
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Membrana Plasmática: Propriedades
As membranas celulares são elásticas e resistentes graças às fortes interações hidrofóbicas entre os grupos apolares dos fosfolipídios. 
Elasticidade: 
capacidade de distender-se e retrair
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Membrana Plasmática: Propriedades
Regeneração:
até certo limite, sendo lesada, pode se reestruturar;
Semi-permeabilidade seletiva: 
capacidade da membrana dificultar a entrada e ou saída de certas substância e possibilitar a de outras. Em geral, permite a entrada de substâncias líquidas e dificulta a entrada das substâncias sólidas.
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(a) Movimento dos fosfolípidos
Movimento lateral
(107 vezes por segundo)
“Flip-flop”
( uma vez por mês)
Os fosfolípidos na membrana plasmática podem movimentar-se dentro da bicamada.
A maioria dos lípidos e algumas proteínas, movimenta-se lateralmente. Raramente há um movimento de “flip-flop” transversal entre moléculas da membrana.
A fluidez das membranas
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(b) Fluidez da membrana
Fluido
Caudas de hidrocarbonetos insaturados
Viscoso
Caudas de hidrocarbonetos saturados
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O colesterol, é um esteróide que tem efeitos diferentes sobre a fluidez da membrana quando sujeita a diferentes temperaturas.
Colesterol
(c) Colesterol incorporado na Membrana Celular
A temperaturas quentes (ex. 37 ° C), o colesterol restringe circulação de fosfolípidos.
Em temperaturas frias, mantém a fluidez.
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Polaridade das membranas
Lipídios
Estruturas polares têm afinidade por estruturas também polares.
Estruturas apolares têm afinidade por estruturas também apolares.
Componente lipídico (bicamada de lipídeos)
Principalmente Fosfolipídeos (que são lipídeos ligados ao fosfato)
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Composição Química das Membranas
A água é um solvente universal, sendo a substância encontrada em maior abundância nos seres vivos. Há água dentro e fora das células.
Acontece que a água é polar, e possui afinidade por estruturas também polares.
Isso implica que toda substância polar terá afinidade pela água. Por este motivo estas substâncias são denominadas hidrofílicas.
Já as substâncias apolares tendem a não gostar da água, sendo por este motivo denominadas hidrofóbicas.
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Disposição dos lipídeos em meio aquoso
- Já que a molécula de lipídeo tem uma porção polar e outra apolar, imagine
o dilema de uma molécula de lipídeo colocada em água...
- A cabeça da molécula vai querer ficar em contato com a água...
... enquanto a cauda vai querer se esconder da água.
Bicamada de Lipídeos
Lembre-se que há água dentro e fora da célula.
Observe as caudas dos lipídeos se escondendo da água, 
dentro da bicamada, e as cabeças, em contato com a água,
voltadas para os meios intra e extra celular.
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Polaridade das membranas
As bicamadas de lipídios são praticamente apolares, já que a maior parte dessas bicamadas é constituída por caudas apolares desses lipídios
A glicose precisa entrar nas células para fornecer energia, mas, por ser polar, não pode atravessar a bicamada que é praticamente apolar
Por onde a glicose passa para entrar nas células?
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Composição Química das Membranas
Componente protéico (proteínas inseridas na bicamada)
Proteínas Periféricas ou Extrínsecas
Interagem de forma fraca com a bicamada de lipídeos, podendo ser facilmente extraídas das membranas
Proteínas Integrais, Intrínsecas, ou Transmembrana
Interagem de forma bastante forte com a membrana, sendo de difícil extração
Podem atravessar a bicamada mais de uma vez, chegando a formar canais de passagem através dela
Proteínas determinam a maioria das funções específicas da membrana.
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Proteínas na Membrana
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Fibras da matriz extracelular
Glicopro-teínas
Microfilamentos do Citoesqueleto
Colesterol
Proteína INTRINSECA
MEMBRANA CITOPLASMÁTICA
Glicolípido
Glícidos
Proteínas PERIFÉRICAS
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Funções das Proteínas na Membrana
Nas membranas as proteínas podem realizar diversas funções, como:
				
receptores de substâncias do meio extracelular, desencadeando uma resposta intracelular (sinalização intracelular)
 enzimas para diferentes reações químicas
	
 transportadores de substâncias que não conseguiriam atravessar a bicamada
 estruturas de ligação entre a célula e o meio extracelular, ou ainda entre a célula e estruturas do citoplasma
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Glyco-
protein
Reconhecimento célula-céluls
Junção intercelular
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Composição Química das Membranas
 Componente glicídico (carboidratos)
Porção de carboidratos dos glicolipídeos e glicoproteínas, constituindo o glicocálix
Nas membranas existem glicoproteínas e glicolipídeos. Estes são formados respectivamente por proteínas e lipídeos ligados a uma molécula de carboidrato.
As glicoproteínas e glicolipídeos estão distribuídos nas membranas conforme pode ser observado na imagem a seguir.
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Glicídeos 
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Glicídeos 
Observe que a parte carboidrato dessas moléculas fica sempre
Voltada para o meio extracelular, constituindo uma verdadeira 
camada de carboidratos denominada GLICOCÁLICE.
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Importância do Glicocálice
Proteção química e mecânica das superfícies celulares
Reconhecimento e adesão celular
Topo Inibição
Especificidade celular
Função enzimática
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Membrana Plasmática
MODIFICAÇÕES E ADAPTAÇÕES
Microvilosidades: 
São expansões semelhantes a dedos de luvas, que aumentam a superfície de absorção das células que as possuem. São encontradas nas células que revestem o intestino, nas tubas de falópio e nas células dos túbulos renais. 
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Membrana Plasmática
Desmossomos: 
Regiões de espessamento entre membranas que atuam como presilhas, aumentando a aderência entre células vizinhas – são comuns nos tecidos de revestimento.
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Membrana Plasmática
Interdigitações: 
São conjuntos de saliências e reentrâncias das membranas de células vizinhas, que se encaixam e facilitam as trocas de substâncias entre elas. São observadas nas células dos túbulos renais. 
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Membrana Plasmática
Glicocálix: 
Camada de carboidratos ligada às proteínas e ou lipídios do folheto externo da membrana celular formando glicoproteínas ou lipoproteínas, respectivamente. Sua composição varia de uma célula para outra, fato que confere às células individualidades químicas. Formam os antígenos celulares, confere aderência e promove o reconhecimento de mensagens químicas.
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Membrana Plasmática
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Transporte e distribuição de solutos
Manutenção da concentração de certos nutrientes no interior da célula em diferentes meios
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Mecanismos de transporte de solutos e de solvente através das membranas
Nos transportes através da membrana solutos e solvente entram ou saem da célula atravessando a bicamada de lipídeos, ou através de um transportador proteico
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Mecanismos de transporte de solutos através das membranas
TRANSPORTE PASSIVO (sem gasto de energia)
Quando o transporte se dá do meio mais concentrado para o menos concentrado, à favor de um gradiente de concentrações. 
TRANSPORTE ATIVO (com gasto de energia)
se dá do meio menos concentrado para o mais concentrado, contra um gradiente de concentrações. 
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Transporte passivo (difusão)
A difusão pode ser:
a) simples;
b) facilitada; 
c) através de canais iônicos
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Características dos transportes através da bicamada
Para que uma substância possa atravessar a bicamada de lipídeos deve necessariamente ser apolar.
Nesse caso a substância será transportada à favor do gradiente o que implica dizer que será do meio de maior concentração para o de menor concentração. 
Os transportes através da bicamada são portanto transportes passivos.
O único tipo de transporte através da bicamada é a DIFUSÃO SIMPLES. 
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Transporte passivo
Difusão
Movimento espontâneo de partículas de determinado soluto de uma região de maior potencial eletroquímico para outra próxima, de menor potencial, isto é, a favor do gradiente eletroquímico 
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Características dos transportes mediados por transportador
Obs.: o transporte de íons utiliza canais iônicos que são proteínas de membrana.
A dinâmica do transporte através de canais iônicos é igual a da difusão simples. 
Substâncias polares não conseguem atravessar a bicamada. 
Devem portanto utilizar um transportador protéico para sair ou entrar na célula.
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Tipos de transportes mediados por transportador
Existem dois tipos de transportes mediados por transportadores:
 Difusão facilitada - quando a passagem do soluto é facilitada pela intermediação de um transportador
Através de canais iônicos, formados por proteínas transmembranas
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Movimento da agua entre meios com concentrações diferentes de solutos separados por uma membrana semipermeável
Transporte passivo (osmose)
A água movimenta-se sempre de um meio hipotônico (menos concentrado em soluto) para um meio hipertônico (mais concentrado em soluto) com o objetivo de se atingir a mesma concentração em ambos os meios (isotônicos) através de uma membrana semipermeável
Ajuda a controlar o gradiente de concentração de sais em todas as células vivas.
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Osmose
Tipos de osmose:
Exosmose: do meio exterior para o interior
Endosmose: do meio interior para o exterior
Fonte: http://www.drikabio.com/2009/05/02/membrana-plasmatica-e-sua-funcao-de-transporte-osmose.html
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A célula abaixo é uma hemácia (glóbulo vermelho do sangue).
Observe que ela foi colocada em meios com diferentes concentrações de NaCl.
Quando a concentração de NaCl é 0,9% a célula apresenta-se na sua forma
característica de disco bicôncavo.
Em concentrações maiores que 0,9% a célula murcha.
Em concentrações menores que 0,9% a célula incha gradativamente até estourar
Você conseguiria explicar o que está acontecendo ? 
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Nas células animais, por vezes, a entrada de água supera a elasticidade da membrana plasmática e a célula sofre ruptura (lise celular).
Tal situação não ocorre em células vegetais devido a existência de parede celular constituída por celulose, que lhe confere rigidez.
Transporte passivo (osmose)
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Características do 
Transporte Ativo
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Depende da energia metabólica
A penetração ativa de um soluto através de uma membrana celular, dá-se com a utilização de energia metabólica, possivelmente fornecida pela hidrólise de ATP.
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ATP – Adenosina trifosfato
Moléculas que armazenam, temporariamente, a energia liberada da quebra da glicose.
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substância altamente energética cuja quebra libera a energia armazenada nas ligações químicas e produz gás carbônico e água
Principal combustível dos seres vivos
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Ex.: Transporte de K+ em eritrócitos – depende do ATP produzido na glicólise. 
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Depende da concentração externa da substância que está sendo transportada
No transporte ativo, a taxa de transporte de determinada substância apresenta inicialmente relação linear com a concentração externa dessa mesma substância
Porém, a medida que a concentração externa vai aumentando, o aumento na taxa de transporte vai deixando de ser proporcional, até a saturação do sistema de transporte
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Todas as proteínas transmembrana já estão sendo utilizadas
Saturação do transportador
Taxa de transporte
Concentração externa 
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É unidirecional
O transporte ativo de determinada substância ocorre sempre na mesma direção
Ex.: K+, glucose e aa → dentro da célula
	 Na+ → fora da célula
	
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Mantém a concentração intracelular do soluto constante
A concentração intracelular de substâncias pode ativar ou desativar determinados sistemas de transporte
Finalidade: manutenção das concentrações intracelulares dos solutos elevadas e relativamente constantes, mesmo havendo flutuações na disponibilidade externa
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Transportadores
Proteínas inseridas nas membranas celulares, capazes de prender e transportar o soluto do meio externo para o interior das células 
Possuem sítios específicos (sítios de absorção)
Hidrolisam ATP e utilizam a energia liberada
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TRANSPORTES ATRAVÉS DA MEMBRANA
TRANSPORTE EM BLOCO OU POR ENGLOBAMENTO
Fagocitose: 
Processo de englobamento de partículas sólidas. Ocorre em células do sistema imunológico (macrófagos) e em amebas. Durante a fagocitose, a membrana celular projeta-se emitindo “tentáculos” que circundam e capturam as partículas. Esses tentáculos recebem a denominação de pseudópodos (falsos pés).
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TRANSPORTES ATRAVÉS DA MEMBRANA
Fagocitose:
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TRANSPORTES ATRAVÉS DA MEMBRANA
Pinocitose:
 Processo de englobamento de partículas líquidas. Uma invaginação da membrana celular cria um canal parar onde partículas líquidas se dirigem e são, posteriormente, englobadas. Depois de englobadas por fagocitose ou por pinocitose, as substâncias permanecem no interior de vesículas, fagossomos ou pinossomos. Nelas, são acrescidas das enzimas presentes nos lisossomos, formando o vacúolo digestivo. 
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TRANSPORTES ATRAVÉS DA MEMBRANA
Pinocitose:
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Parede celular
É constituída pela celulose (ausente em células animais)
Reduz a perda de água e promove a rigidez das células.
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Citoplasma
Fica entre a membrana e o núcleo;
É preenchido pelo hialoplasma;
É onde encontram-se dispersos os organóides (organelas citoplasmáticas) que garantem o bom funcionamento da célula;
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Organelas Citoplasmáticas
Complexo de Golgi:
É formado por pequenas bolsas. Serve para armazenar e descartar substâncias.
Mitocôndria:
Responsável pela respiração celular e produção de energia.
Células que utilizam bastante energia tem muitas mitocôndrias, por exemplo, as células musculares.
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Lisossomos:
São estruturas responsáveis pela digestão da célula.
Retículo Endoplasmático:
É responsável pelo transporte, distribuição e
armazenamento de substâncias.
Forma uma rede de canais que ocupam grande parte do
Citoplasma.
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Centríolos:
Participam do processo de formação de cílios e flagelos e da divisão celular (multiplicação das células).
Cloroplastos: 
São responsáveis pela fotossíntese. 
É nestas estruturas que encontramos a CLOROFILA (pigmento verde).
São encontrados apenas nas células vegetais!
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Núcleo
	O Núcleo atua na reprodução celular. Também é portador das características hereditárias e coordena as atividades celulares.
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Carioteca: membrana dupla e porosa que envolve o Núcleo, permitindo a comunicação com o Citoplasma;
Nucleoplasma: massa fluída limitada pela Carioteca que ocupa o interior do núcleo;
Cromatina: material constituído por DNA (material genético). Responsável pelas CARACTERÍSTICAS HEREDITÁRIAS.
Nucléolo: estrutura que produz proteínas.
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Atividade 
Responda:
1-  Descreva a estrutura básica da membrana celular. 
2-    Qual a função membrana plasmática? 
3-    O que é Difusão? 
4-    Diferencie difusão simples de difusão facilitada. 
5-    O que é o transporte ativo? 
6-    Diferencie difusão facilitada de transporte ativo. 
7-    O que é Osmose?
8- Cite as três proteínas responsáveis pelo transporte ativo através da membrana. 
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