Transporte membrana

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Estrutura	das	membranas	
	
Transporte	através	das	
membranas	
Roteiro	de	aula:	
•  Parte	1:	Estrutura	da	membrana	
– A	membrana	plasmá4ca;	
– Histórico;	
– Modelo	sanduiche;	
– Modelo	do	mosaico	fluído;	
– Composição	lipídica;	
– Composição	proteica.	
Um dos conceitos mais importantes da Biologia Celular: 
•  Todos os seres vivos 
são formados por 
células; 
•  Todas as células são 
limitadas por uma 
membrana; 
•  Então, vamos 
começar pela 
MEMBRANA. 
A membrana plasmática 
O que sabemos sobre ela? 
•  A membrana plasmática é formada por uma 
bicamada de lipídeos e proteínas nela inseridos; 
•  A membrana plasmática é fluida; 
•  A membrana plasmática possui permeabilidade 
seletiva; 
•  A membrana plasmática define e separa o meio 
intra e extracelular; 
•  A membrana é um mosaico fluido. 
O Modelo do Mosaico Fluido 
Como se chegou até ele? 
Evolução do modelo de membrana: 
•  A história da membrana começa com a química; 
•  Observações sobre o corpo em contato com a água (Plínio, o 
Velho); 
•  O óleo sobre a água – Benjamin Franklin (1774), Lord Raleigh 
(1890) e Agnes Pockels (1891). Filme fino e brilhante; 
•  Charles Overton – natureza lipídica da membrana e permeabilidade 
seletiva; 
•  Irving Langmuir (1917): bandeja de langmuir, monocamada de 
ácidos graxo; 
•  Gorter e Grendel (1925): membrana de hemácias, bicamada. 
A bandeja de Langmuir 
e seus experimentos 
foram cruciais 
Os lipídeos formam monocamadas quando em contato com a água e o óleo. 
Proposta inicial de Langmuir (1917) 
Água 
Óleo 
Proposta de Gorter e Grendel (1925) 
“As hemácias são cobertas 
por uma camada espessa 
de substâncias gordurosas” 
O Modelo de Danielli e Davson (1935) 
MODELO DO SANDUICHE 
- As proteínas podem ser adsorvidas em gotículas de lipídeo; 
- Modelo biologicamente inviável, porque seria impermeável e muito rígido. 
Neste modelo, a membrana é formada por uma 
bicamada de fosfolipídeos e as proteínas estão 
inseridas nesta bicamada, podendo atravessá-
la totalmente (proteínas integrais), levando a 
abertura de verdadeiros poros que permitem a 
passagem de moléculas ou ligadas a esta 
bicamada através de outras proteínas 
(proteínas periféricas). 
Mas como se chegou a este modelo? 
Edidin. Nat Rev Mol Cell Biol v.4, 2003. 
•  Histórias	e	técnicas	a	parte…	
•  O	que	compõe	a	membrana	mesmo?	
•  LÍPIDEOS	E	PROTEÍNAS	
•  Ah	ta….	E	como	eles	se	organizam?	
A evolução do modelo do mosaico fluido 
Figure 10-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Singer & Nicolson, 1972 
Os lipídeos não são todos iguais 
Colesterol	 Glicolipídeos	
Mas	nem	todos	os	fosfolipídeos	são	iguais…	
Fosfolipídeos	
Os fosfolipídeos 
Figure 10-2 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Existem diferentes tipos de fosfolipídeos 
Figure 10-3 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Table 10-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Alguns fatos importantes: 
•  O fosfatidilinositol é o fosfolipídeo minoritário, mas tem 
função importante; 
•  A fosfatidilserina é carregada negativamente e em 
situações normais está voltada para o meio 
citoplasmático; 
•  Os fosfolipídeos não se distribuem igualmente pelos 
dois folhetos da membrana plasmática; 
•  Em eritrócitos, por exemplo, PC e esfingomielina se 
distribuem apenas no folheto externo, enquanto PS e PE 
apenas no folheto interno; 
•  Os glicolipídeos estão sempre voltados para o meio 
extracelular. Por que será? 
Esteróis de membrana: o colesterol 
Figure 10-4 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
O colesterol se intercala entre os fosfolipídeos 
Região 
mais 
fluida 
 
Anéis 
esteróides 
rígidos 
 
Cabeça polar 
(hidrofílica) 
 
 
Figure 10-5 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Aumenta a interação da região 
hidrofóbica da bicamada! 
Não se esqueça: 
•  O colesterol diminui a fluidez da membrana, no 
entanto ele protege a membrana da cristalização 
em baixas temperaturas atuando como um 
“anticongelante”; 
•  Para haver a formação de um cristal é preciso que 
os fosfolipídeos se aproximem muito, o que é 
dificultado pela presença do colesterol; 
•  Alguns microorganismos variam a composição de 
lipídeos de suas membranas de acordo com a 
temperatura do ambiente. 
 
Não se esqueça: 
•  A fluidez está relacionada diretamente com a 
movimentação dos fosfolipídeos; 
•  Cada fosfolipídeo passa do estado líquido (fluido) para o 
cristalizado (gel) a uma determinada temperatura, 
chamada fase de transição; 
•  As membranas não se cristalisam em temperaturas 
próximas as da fase de transição, porque são formadas 
por uma mistura de fosfolipídeos; 
•  A mistura de fosfolipídeos é essencial, principalmente em 
ambientes de temperatura muito variável; 
•  Quanto mais longas as cadeias de ácidos graxos, menos 
fluida é a membrana; 
•  Quanto mais saturados forem os ácidos graxos, menos 
fluida será a membrana. 
Lipídeos diferentes se agregam 
formando domínios lipídicos 
Figure 10-13 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Plataformas (rafts) em uma membrana artificial 
Figure 10-14a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Fosfatidilcolina, esfingomielina e colesterol 
Resumidamente: 
•  Lipídeos com ácidos graxos de comprimento 
semelhante tendem a se agrupar formando 
“ilhas” chamadas de balsas lipídicas ou lipid 
rafts (jangada). Nestas regiões a espessura 
da membrana também é diferenciada. 
Mas nas membranas também temos os 
GLICOLIPÍDEOS: 
Figure 10-18 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
 Lipídeos e proteínas contendo cadeias polissacarídicas 
ligadas a sua estrutura estão sempre voltados para fora 
da célula formando o glicocálix e atuando no 
reconhecimento entre células. 
Figure 10-28b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Formam o glicocálix: 
Figure 10-28a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Proteínas de membrana 
- Transmembrana; 
-  Periféricas; 
-  α-hélice; 
-  β-barril; 
-  Ancorada. 
As proteínas 7 e 8 são 
periféricas e não se associam 
covalentemente à membrana 
Proteínas integrais = 1-6 
As proteínas conferem função a membrana: transporte, sinalização, 
endocitose, ligação a outras moléculas. Permeabilidade seletiva. 
Proteínas ancoradas 
São proteínas estruturais? Sim 
Estes tipos de âncora só são encontrados no 
folheto voltado para o citossol 
E também voltado para o meio extracelular 
Proteína α-hélice 
Como uma proteína 
atravessa a bicamada 
lipídeica na sua 
porção hidrofóbica? 
Os aminoácidos 
hidrofóbicos ficam 
voltados para fora da 
hélice, fazendo o 
contato com as 
cadeias hidrofóbicas 
da bicamada (ácidos 
graxos). 
Proteína β-barril 
Existem principalmente em microrganismos, mitocôndrias e cloroplastos; 
Formam canais hidrofílicos ou receptores 
Proteínas unipasso 
Atravessam a 
bicamada lipídica 
apenas uma vez na 
sua conformação de 
α-hélice; 
 
Presença de pontes 
dissulfeto entre 
aminoácidos 
sulfatadas e 
interações com 
resíduos de açúcares 
Proteínas multipasso 
atravessam a bicamada lipídica mais de uma vez 
Figure 10-25 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
As proteínas podem ser solubilizadas e purificadas 
usando detergentes 
•  Detergentes são moléculas anfifílicas (ou anfipáticas); 
•  São muito mais solúveis em água do que em lipídeos; 
•  Detergentes iônicos (SDS – sodium dodecyl sulfate) e 
não-iônicos(Triton X-100 e NP-40); 
•  Formam micelas. 
As proteínas integrais só podem ser solubilizadas por 
moléculas capazes de quebrar as associações 
hidrofóbicas 
Figure 10-30 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Roteiro	de	aula:	
•  Parte	2:	Transporte	através	das	membranas	
– Permeabilidade	sele4va;	
– Concentração	de	íons;	
– Proteínas	carreadoras	e	canais;	
– Difusão	simples	e	osmose;	
– Transporte	passivo	x	transporte	a4vo;	
– Transporte	transcelular;	
– Bomba	de	Na+/K+;	
– Aquaporinas;	
– Canais	iônicos.	
A	membrana	plasmá8ca	e	a	
permeabilidade	sele8va:	
•  É	uma	barreira	para	a	passagem	de	moléculas	e	trocas	entre	os	
meios	extracelular	e	intracelular;	
•  Essa	barreira	faz	com	que	a	célula	mantenha	uma	concentração	
de	solutos	no	citosol	diferente	do	meio	extracelular;	
•  As	células	desenvolveram	diferentes	maneiras	de	transferir	
moléculas	específicas	e	íons	através	da	membrana	plasmá4ca;	
•  As	células	u4lizam	proteínas	transmembrana	para	transportar	
íons	inorgânicos	e	pequenas	moléculas	solúveis	em	água	através	
da	bicamada	lipídica;	
•  15	a	30%	das	proteínas	transmembrana	estão	envolvidas	no	
transporte	através	da	membrana	plasmá4ca.	
Alguns	conceitos	importantes:	
•  Transportadores:	proteínas	envolvidas	no	
transporte	de	moléculas	específicas;	
•  Canais:	formam	poros	hidroflicos	através	da	
membrana;	
•  Alguns	processos	estão	acoplados	a	uma	fonte	
de	energia;	
•  As	membranas	celulares	podem	estocar	
energia	através	da	formação	de	um	gradiente	
eletroquímico.	
Comparando	a	concentração	de	íons	do	meio	
extracelular	com	o	meio	intracelular	
FICA	CLARO	QUE	A	MEMBRANA	PLASMÁTICA	É	UMA	BARREIRA	SELETIVA!	
Table 11-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
A	permeabilidade	sele8va	está	vinculada	à	natureza	
lipídica	da	membrana	plasmá8ca	e	as	caracterís8cas	
Ssico-químicas	das	moléculas.	
•  Tamanho:		quanto	menor	molécula,	mais	facilmente	
ela	atravessará	a	bicamada	lipídica;	
•  Polaridade:	as	moléculas	apolares	tem	mais	
facilidade	de	atravessar	a	bicamada	lipídica;	
•  Carga:	moléculas	dotadas	de	carga,	como	os	íons,	
não	atravessam	a	bicamada	lipídica;	
•  Concentração:	a	diferença	de	concentração	entre	os	
os	dois	lados	da	membrana	também	é	importante.	
A	permeabilidade	
sele8va	da	MP:	
Figure 11-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Existem	duas	classes	de	proteínas	envolvidas	
com	transporte	através	da	membrana:	
TODAS	ESTUDADAS	ATÉ	AGORA	SÃO	PROTEÍNAS	MULTIPASSO	
Também	denominadas	de	PROTEÍNAS	CARREADORAS	ou	permeases.	
TRANSPORTADOR 
Formam	verdadeiros	poros	hidroSlicos	(aquoso)	que	permitem	
a	passagem	rapidamente	de	um	grande	número	de	moléculas,	
geralmente	íons.	
 PROTEÍNA CANAL 
Difusão	simples	e	Osmose:	
•  É	justamente	a	passagem	de	substâncias	
através	da	membrana	plasmá4ca.	
•  A	troca	de	gases	entre	os	seres	vivos	é	um	
exemplo	de	difusão	simples;	
•  Se	a	molécula	a	ser	transportada	é	a	H2O,	ela	
recebe	o	nome	de	OSMOSE;	
•  Conceitos	importantes:	soluções	hipertônica,	
isotônica	e	hipotônica.	
Na	osmose,	a	H2O	se	move	para	dentro	ou	para	fora	
de	acordo	com	o	gradiente	de	concentração		
+ conc. - conc. 
Transporte	passivo	x	Transporte	a8vo	
•  O	transporte	passivo	ou	difusão	facilitada	ocorre	
a	favor	do	gradiente	de	concentração,	tanto	por	
proteínas	do	4po	canal	quanto	por	proteínas	
carreadoras;	
•  Este	transporte	pode	ser	de	moléculas	
carregadas,	neste	caso	formará	um	GRADIENTE	
ELETROQUÍMICO	através	da	membrana;	
•  Mas	ainda	existe	o	transporte	a8vo,	que	é	contra	
o	gradiente	de	concentração	e	requer	energia	
para	acontecer.	
A	DIFUSÃO	SIMPLES	não	depende	de	uma	proteína	
transportadora	ou	canal.	
TRANSPORTE PASSIVO TRANSPORTE ATIVO 
Proteínas	carreadoras	
O	transporte	a4vo	através	de	proteínas	carreadoras	
pode	estar	associado	a	três	fontes	dis4ntas	de	energia:	
Figure 11-7 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
TRANSPORTE 
ACOPLADO 
TRANSPORTE 
DIRECIONADO 
POR ATP 
TRANSPORTE 
DIRECIONADO 
POR LUZ 
As	proteínas	carreadoras	podem	mediar	movimentos	
em	ambas	as	direções:	uniporte,	simporte	e	an8porte.	
Figure 11-8 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
UNIPORTE SIMPORTE ANTIPORTE 
Transporte	de	glicose	acoplado	ao	transporte	de	Na+	
-	TRANSPORTE	ATIVO	SECUNDÁRIO	–	co-transporte	de	Glicose	e	Na+,	
que	depende	diretamente	da	concentração	de	Na+	no	meio	
extracelular;	
-	TRANSPORTE	ATIVO	PRIMÁRIO	–	bomba	de	Na+/K+,	dependente	de	
ATP	e	que	mantém	a	concentração	de	Na+	extracelular	alta.	
Existem	três	classes	de	bombas	dependentes	de	ATP,	
também	conhecidas	por	ATPases	transportadoras	
F-type	=	ATP	sintases	
V-type	(vacuolar)		=	bombeam	H+	às	custas	da	hidrólise	de	ATP	em	organelas	
como	lisossomos,	vesículas	sináp4cas	e	alguns	vacúolos	de	diferentes	naturezas.	
P-type	=	se	auto-fosforilam	
A	bomba	de	Na+/K+	
•  A	concentração	de	K+	é	10	a	30	vezes	maior	
dentro	da	célula,	enquanto	que	a	de	Na+	é	o	
oposto;	
•  A	bomba	de	Na+/K+,	que	é	um	an4porte,	mantém	
estas	concentrações;	
•  Tudo	isso	com	hidrólise	de	ATP,	sendo	assim	
pertencente	a	família	das	ATPases	do	4po	P;	
•  É	esta	bomba	que	mantém	o	gradiente	de	Na+	
essencial	para	dirigir	o	transporte	de	glicose	nas	
células	animais	e	também	para	regular	o	pH	
citosólico.	
Figure 11-14 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Modo	de	funcionamento	da	Bomba	de	Na+/K+	
Figure 11-15 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
AQUAPORINAS	
•  São	canais	proteicos	especializados	para	transportar	
água;	
•  Estão	presentes	especialmente	em	células	que	
precisam	rapidamente	transportar	água,	como	é	o	
caso	das	células	epiteliais	do	rim;	
•  Transportam	109	moléculas	de	água	por	segundo;	
•  As	aquaporinas	impedem	o	colapso	de	gradientes	
iônicos	formados	através	da	membrana;	
•  Peter	Agre	e	Roderick	MacKinnon	–	Prêmio	Nobel	de	
Medicina	de	2003.	
A	estrutura	das	aquaporinas	
monômero	
Na	membrana,	as	aquaporinas	formam	tetrâmeros;	
Aminoácidos	hidroflicos,	fazem	pontes	de	
hidrogênio	com	a	água.	
Canais	iônicos		
•  São	poros	hidroflicos	altamente	sele4vos	que	
podem	se	abrir	e	fechar	rapidamente;	
•  100	milhões	de	íons	por	segundo	podem	passar	
através	de	um	canal	aberto;	
•  O	transporte	através	dos	canais	iônicos	será	
sempre	do	?po	passivo;	
•  Em	geral	são	específicos	para	determinados	íons	
inorgânicos	tais	como	Na+,	K+,	Ca2+e	Cl-,	sempre	a	
favor	do	gradiente	de	concentração.	
Ora	aberto,	ora	fechado…	
Figure 11-20 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Poro hidrofílico que atravessa a bicamada lipídica! 
Diferentes	estmulos	podem	abrir	os	canais	iônicos:	
Figure 11-21 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) 
Mais	de	100	4pos	de	canais	iônicos	já	foram	descritos!	
neurotransmissor 
nucleotídeo 
O	potencial	de	membrana	e	os	canais	vazantes	de	K+	
•  A	passagem	de	íons	através	de	transporte	passivo	é	
o	principal	fator	que	contribui	para	o	potencial	
elétrico	da	membrana	plasmá4ca;	
•  A	membrana	plasmá4ca	das	células	animais	é	
levemente	mais	nega4va	do	lado	de	dentro	e	
posi4va	do	lado	de	fora;	
•  Isso	é	man4do	pelo	bombeamento	de	2K+	para	
dentro	da	célula,	mas	também	porque	o	K+	pode	
entrar	ou	sair	da	célula	através	de	canais	vazantes;	
Numa	membrana	em	repouso	
Membrana polarizada – ação de canais vazantes de K+ e 
também da bomba de Na+/K+ 
-	Neurônios	e	músculos	são	células	excitáveis,	que	
necessitam	responder	rapidamente	a	estmulos;	
	
-	Em	resposta	a	um	estmulo,	abrem	rapidamente	
canais	que	permitem	a	passagem	de	grandes	
quan4dadesde	íons	em	um	espaço	de	tempo	curto.	
ALTERAÇÃO	DE	POTENCIAL	DE	MEMBRANA	
Potencial	de	ação	(ou	impulso	nervoso)	é	uma	onda	de	excitação	
elétrica	que	se	propaga	de	uma	ponta	de	um	neurônio	até	outro	sem	
interrupção	a	velocidades	de	100	m/seg	ou	mais	
Canais	iônicos	dependentes	de	voltagem	
FICAM	UM	TEMPO	
FECHADO	-	REFRATÁRIO	
A	propagação	do	potencial	de	ação	(estmulo	
nervoso)	ao	longo	do	axônio	de	um	neurônio	
Canais	de	K+		
dependentes	de	
voltagem	atuam	para	
repolarizar	a	membrana	
após	a	passagem	do	
estmulo	nervoso	
-	São	muito	importantes	nas	sinapses	químicas:	
impulso	
nervoso	terminal	nervoso	
ace4lcolina	
CANAL	IÔNICO	
DEPENDENTE	DE	
ACETILCOLINA	
CANAL	DE	Na+	
DEPENDENTE	DE	
VOLTAGEM	
CANAL	DE	Ca2+	
DEPENDENTE	DE	
VOLTAGEM	
CANAL	DE	Ca2+	-
DEPENDENTE	DE	Ca2+			membrana	
plasmá4ca			
retculo	
sarcoplasmá4co			
																						REPOUSO																						 																				ATIVADO																									
Figure	11-39		Molecular	Biology	of	the	Cell	(©	Garland	Science	2008)