Transporte através da Membrana

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Profa. Dra. Eliane Comoli
Depto de Fisiologia da FMRP-USP
Transporte através da 
Membrana
ROTEIRO DE AULA TEÓRICA: TRANSPORTE ATRAVÉS DE 
MEMBRANAS E OSMOSE
1. Constituição da Membrana Plasmática
a. proteínas transmembrana: canais iônicos, proteínas transportadoras
e receptores celulares
2. Mecanismos de transporte através das membranas
a. transporte passivo: difusão simples e facilitada, e suas propriedades
(gradiente de concentração);
b. transporte ativo e a bomba de sódio e potássio;
c. transporte transepitelial
3. Osmose e equilíbrio osmótico
4. Tonicidade
5. Distribuição dos solutos nos fluidos corporais
Membrana Celular
A membrana celular é barreira que separa o compartimento 
intracelular dos sinais exteriores da célula (do compartimento extracelular).
Funções gerais: isolamento físico
regulação de trocas com o meio
comunicação entre célula e o meio 
suporte estrutural com o citoesqueleto e junções especializadas 
entre células adjacentes
Modelo de Mosaico Fluido da Membrana
A membrana consiste da bicamada de fosfolipídeos com uma variedade de 
proteínas inseridas parcial ou completamente na bicamada; carboidratos 
encontram-se na superfície externa.
A razão entre proteínas e lipídeos varia amplamente dependendo da origem 
da membrana.
Constituição das Membranas
Proteínas das Membranas
A composição da membrana confere suas características de sua permeabilidade.
Proteínas Transmembrana
Proteínas transmembrana podem mover-se lateralmente direcionadas 
por fibras do citoesqueleto; algumas são imóveis.
Essa restrição confere polaridade à membrana, portanto diferentes 
propriedades.
Transportadores: Proteínas de Canais
Os canais de íons podem ser específicos para um ou mais íons; podem 
permitir que íons de tamanho e carga similares passem.
A seletividade do canal é dada pelo diâmetro e pelos aminoácidos que 
compõem o canal.
Estados dos Canais Proteicos
Os canais podem ser classificados em abertos ou fechados.
Abertos passam a maior parte do tempo aberto permitindo que íons se movam 
sem restrições (poros = passagem contínua).
Fechados permitem regulação do movimento das moléculas entre o fluido 
intracelular e extracelular (estados: fechado, aberto e inativo).
canal aberto canal fechado
estado fechado estado aberto estado inativo
O controle desses canais é feito por:
a) moléculas mensageiras intracelulares ou por ligantes 
extracelulares (quimicamente sensível); 
b) por estado elétrico da célula (eletricamente sensível);
c) por mudança física (ex: mudança de temperatura ou 
tensão.
O que controla a abertura e 
fechamento de canais?
Transportadores: Proteínas 
Carreadoras
Proteínas carreadoras possuem sítios de ligações específicos para 
determinados substratos. “Formam canais com duas portas” (2 portões de 
barreira entre os meios intra e extracelulares = lentificação do transporte).
Não criam passagem contínua como os canais iônicos. 
Membrana Celular divide a parte interna 
do corpo em Compartimentos:
fluido intracelular e fluido extracelular
Comportamento dos Fluidos Corporais através das Membranas
Movimento através das Membranas
Água, oxigênio, dióxido de carbono e lipídeos movem-se facilmente através 
das membrana.
Íons, moléculas polares muito grandes como as proteínas encontram 
dificuldades de atravessar a membrana.
Permeabilidade da Membrana
Se uma molécula cruza a membrana por qualquer via = a membrana é 
permeável à essa molécula.
Se uma molécula não cruza a membrana = a membrana é impermeável à essa 
molécula.
Propriedades da Molécula que influenciam o movimento através 
da membrana
Tamanho da molécula
Solubilidade em lipídeos (polaridade)
Mecanismos de transporte através da Membrana
Transporte Passivo através da Membrana
É um processo passivo não exige gasto de energia de outra origem (como 
ligações de fosfato provenientes do ATP),usa apenas a energia cinética das 
moléculas.
Fluid mosaic and Membrane Transport
https://www.youtube.com/watch?v=mnE_hT3eN6g
Membrane Transport
https://www.youtube.com/watch?v=I1MZG6508IM
Difusão de Cristais de Permanganato de Potássio em Água
A difusão é processo de movimentação de moléculas a partir de uma 
área de maior concentração para uma área de menor concentração. 
Espalhamento gradual das moléculas no espaço
Propriedades da Difusão
a) Existência de Gradiente de concentração;
b) É um processo passivo, pois não exige gasto de 
energia de outra origem (como ATP),usa apenas a 
energia cinética das moléculas;
c) Ao se equalizar as concentrações há 
equilíbrio e a difusão para;
d) A difusão é rápida em distâncias curtas e mais 
lenta em distâncias maiores;
e) Está diretamete relacionada com temperatura;
f) A difusão é inversamente proporcional ao 
tamanho da molécula;
g) A difusão pode acontecer em um sistema aberto 
ou através de uma separação entre dois sistemas.
A difusão é interrompida quando as concentração 
dos dois meios se equalizam, atingindo o equilíbrio. 
A difusão pode ocorrer entre dois diferentes sistemas como o compartimento 
intracelular e extracelular, mas somente se a barreira entre os dois 
compartimentos permitir a difusão das moléculas.
Substâncias que conseguem atravessar o centro lipídico da membrana celular 
move-se por difusão. A difusão direta através da bicamada fosfolipídica de 
uma membrana é denominada difusão simples.
Propriedades da Difusão Simples através da 
Membrana Celular
a) A taxa de difusão depende da capacidade da 
molécula de se dissolver na camada lipídica da 
membrana: molécula lipofílica;
b) A taxa de difusão através da membrana é 
diretamente proporcional à área de superficie da 
membrana (quanto maior área de superfície mais 
moléculas podem se difundir por unidade de 
tempo; ex doença enfisema pulmonar reduz a 
área de superfície disponivel.
c) A taxa de difusão através da membrana é 
inversamente proporcional à espessura da 
membrana.
Lei de Difusão de Fick: a taxa de difusão é proporcional à
área de superfície disponível x gradiente de concentração 
resistência da membrana x espessura da membrana
As propriedades podem ser combinadas 
matematicamente pela lei de Fick
Transporte mediado por carreadores pode ser 
passivo ou ativo
O transporte por carreador for passivo as 
moléculas movem-se a favor do seu 
gradiente de concentração e para quando 
o equilíbrio é estabelecido = difusão 
facilitada.
O transporte por carreador precisa de energia 
proveniente do ATP e as moléculas movem-
se contra o seu gradiente de concentração = 
transporte ativo.
Transporte mediato passivo ou ativo apresentam 3 propriedades pois 
dependem da interação do substrato com uma proteína: especificidade, 
competição e saturação.
Transporte de hexoses (glicose, manose, 
galactose e frutose) pelo transportador GLUT. 
Os GLUTs são específicos para 
monossacarídeos de 6 carbonos; não 
transportam dissacarídeos como a maltose.
1) Especificidade por moléculas intimamente relacionadas.
Propriedades do Transporte mediato passivo ou ativo
2) Competição: propriedade intimamente relacionada à especificidade.
Cada um dos tipos de transportadores GLUT 
apresentam preferência por uma das hexoses 
baseada na afinidade da ligação. 
No exemplo a afinidade é maior pela glicose 
que a galactose = redução da taxa de 
transporte de galactose quando a glicose é 
adicionada.
Inibição Competitiva: a molécula 
competidora não é transportada, 
porém bloqueia o transporte. 
Maltose compete pelo sítio de 
ligação, mas é grande demais 
para ser transportada através da 
membrana.
Propriedades do Transporte mediato passivo ou ativo
3) Saturação
Ocorre quando os carreadoresestão transportando o substrato 
em sua taxa máxima. A saturação depende da concentração do 
substrato e do número de moléculas carreadoras disponíveis.
Propriedades do Transporte mediato passivo ou ativo
Como as células podem impedir que o transporte 
chegue à saturação?
Em algumas circunstâncias as células podem inserir 
carreadores adicionais nas membranas.
Em outras as células podem retirar para diminuir o 
movimento de uma molécula para dentro ou fora da célula.
O transporte da glicose tende ao Equilíbrio, 
mas as células podem impedir que a difusão 
chegue ao equilíbrio pela diminuição da 
concentração do substrato na célula.
Difusão Facilitada tem as mesmas propriedades 
da difusão simples
Transporte Ativo através da Membrana
Usa energia que vem direta ou indiretamente da ligação fosfato de alta 
energia do ATP
O transporte ativo é um processo que transporta moléculas contra um gradiente de 
concentração; a partir de áreas de baixa concentração para áreas de alta concentração.
O transporte ativo cria um estado de desequilíbrio porque torna as diferenças de 
concentração mais pronunciadas.
Muitos dos carreadores ativos são conhecidos como ATPases. 
Algumas ATPases são denominadas bombas.
Transporte Ativo através da Membrana
Usa energia que vem direta ou indiretamente da ligação 
fosfato de alta energia do ATP
Uniporte
Transporte Ativo através da Membrana
Usa energia que vem direta ou indiretamente da ligação 
fosfato de alta energia do ATP
Simporte
Transporte Ativo através da Membrana
Usa energia que vem direta ou indiretamente da ligação 
fosfato de alta energia do ATP
Antiporte
Bomba de Sódio-Potássio ou Na+-K+-ATPase
A bomba de sódio-potássio é o transportador proteico mais importante 
das células animais porque ela mantém o gradiente de concentração de 
Na+ e K+ através da membrana celular.
Em algumas células essa bomba usa cerca de 30% de todo o ATP 
produzido pela célula para exportar 3Na+ e importar 2K+.
Co-transporte de sódio e glicose (simporte) Bomba de sódio-potássio (antiporte)
Todos os processos descritos movem moléculas através de uma 
única membrana = membrana plasmática. 
Moléculas que entram e saem do corpo cruzando o epitélio devem 
atravessar duas membranas celulares.
As moléculas cruzam a primeira membrana (membrana apical) quando elas 
se movem para dentro da célula epitelial, proveniente do ambiente 
externo; e a segunda quando elas deixam as células epiteliais (membrana 
basolateral) para entrar no fluido extracelular
Transporte transepitelial
As moléculas movem-se através do epitélio usando transporte ativo e passivo
Células polarizadas do epitélio de 
transporte = membranas apical e 
basolateral com diferentes 
propriedades.
Transporte Transepitelial da Glicose
A polarização de transportadores 
resulta numa única via de movimento 
de certas moléculas através do epitélio.
As células do epitélio renal e intestinal 
podem alterar sua permeabilidade por 
seletivamente inserir ou retirar 
proteínas da membrana.
O transporte da glicose pelo epitélio 
intestinal ou renal envolve
transporte ativo com o sódio e 
difusão facilitada.
A distribuição de água e solutos do corpo
Difusão acontece até gerar um estado de equilíbrio.
Poucas substâncias no corpo são mantidas em estado de equilíbrio 
porque a membrana celular e o epitélio capilar atuam como uma barreira 
seletiva que impede a difusão de solutos livremente pelo corpo.
E o transporte ativo ajuda a criar ou manter as diferenças na 
concentração dos solutos.
Distribuição dos solutos nos compartimentos de 
fluidos corporais
A permeabilidade seletiva das membranas celulares cria um corpo em que os 
compartimentos intracelular e extracelular são quimicamente e eletricamente 
diferenciados, porém com igual concentração total de solutos.
A água movimenta-se livremente entre os compartimentos. O corpo pode manter 
seu equilíbrio osmótico.
A água é essencialmente a única molécula que movimenta-se 
livremente entre os compartimentos e alcança um estado de equilíbrio.
A distribuição uniforme da água através dos compartimentos corporais 
é conhecida como Equilíbrio Osmótico. 
A água move-se através de uma membrana semipermeável em resposta 
a um gradiente de concentração = processo denominado Osmose
Água: a molécula mais importante do organismo.
Idade Homem Mulher
Bebê 65% 65%
1-9 62% 62%
10-16 59% 57%
17-39 61% 51%
40-59 55% 47%
60+ 52% 46%
Percentagem do Peso Corporal Total de Água por Idade e Sexo
A água move-se para diluir a região mais concentrado do soluto até 
que ambos compartimentos entre em equilíbrio de concentrações = 
equilíbrio osmótico
conhecendo as concentrações (Molar = número de moles/litro)
1 mol de glicose = 6,02 x 1023 partículas
1 mol de glicose = 180g
1 mol de NaCl = 2 x 6,02 x 1023 partículas
NaCl em água dissocia-se em 
1 mol de Na+
1 mol de Cl-
Concentrações fisiológicas são expressas como osmolaridade = número de partículas 
/litro de solução. 
A osmolaridade é expressa em osmoles /litro (Osmol /litro ou OsM).
Para soluções fisiológicas muito diluídas miliosmoles /litro (mOsM).
A osmolaridade normal no corpo humano varia de 280 a 296 osmoles /litro 
(mOsM).
A osmolalidade é a concentração expressa como miliosmoles de soluto por 
quilograma de água. Muito usado em clínica pela facilidade de se estipular 
volume de água corporal de um a pessoa.
As duas soluções são isosmóticas.
Se A fosse 2.0 OsM e B fosse 3.0 OsM.
A seria hiposmótica em relação a B
B seria hiperosmótica em relação a A
A) B)
O que acontece com uma 
célula quando ela é colocada 
numa solução?
Tonicidade é um termo fisiológico que se refere a soluções e descreve o 
que acontece com o volume celular se uma célula é colocada na 
solução.
A tonicidade não possui unidade.
Se a célula não muda o seu tamanho no equilíbrio = solução isotônica
Se a célula ganha água e incha = solução hipotônica
Se a célula perde água e murcha = solução hipertônica
Tonicidade
Os solutos das soluções são não-penetrantes.
O que causou a Osmose?
A célula e a solução têm concentrações 
iguais; são isosmóticas.
Distribuição dos solutos nos compartimentos de 
fluidos corporais
Os compartimentos do corpo estão em equilíbrio osmótico, mas em desequilíbrio 
químico. 
Os solutos carregam cargas positivas ou negativas = há um pouco de excesso de 
carga negativa no fluido intracelular; enquanto a célula é rodeada por íons 
positivos do fluido extracelular.
A membrana celular permite a separação das cargas
Sistema encontra-se 
osmoticamente, quimicamente e 
eletricamente em equilíbrio
Inserção de uma proteína de transporte 
na membrana celular
Equilíbrio elétrico é 
interrompido; cria-se um 
gradiente elétrico e um 
gradiente químico = gradiente 
eletroquímico.
O equilíbrio osmótico é mantido 
porque a água pode passar 
livremente em resposta ao 
movimento do soluto.
O gradiente elétrico entre o fluido extracelular e o fluido intracelular é conhecido 
como diferença de potencial de membrana em repouso ou potencial de membrana
Potencial porque o gradiente elétrico criado é uma fonte de 
energia armazenada ou potencial.
Repouso porque o gradiente elétrico é observado em todas as células vivas, 
mesma aquelas que aparentam não ter atividade elétrica. 
Potencial de Membrana
O eletrodo de referência é colocadono meio extracelular e tem uma carga de 0mV.
Quando o eletrodo de registro é colocado do lado de dentro da célula viva, o 
voltímetro mede o potencial de membrana (Vm), que é a diferença elétrica entre o 
fluido extracelular e o intracelular.