02 - Transportes celulares

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12/4/2011
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Prof Dr Marcio Eduardo de Barros
Transportes Celulares
Prof. Dr. Marcio Eduardo de Barros
Membranas Biológicas
Funções da membrana celular
? Definir o limite externo da célula.
? Ser seletivamente permeável, deixando passar 
 l á i i somente os elementos necessários e importantes para 
a célula, impedindo a entrada de componentes 
danosos a sua sobrevivência
? Transporte de informações, permitindo à célula que 
qualquer modificação no meio em que ela viva possa 
ser sentida e transmitida ao seu interior para que as 
providências necessárias possam ser tomadas.
Membranas Biológicas
? São estruturas altamente diferenciadas, destinadas a uma 
compartimentação única, na natureza. 
? São capazes de selecionar, por mecanismos de transporte Ativos 
e Passivos os ingredientes que devem passar tanto para dentro e Passivos, os ingredientes que devem passar, tanto para dentro, 
como para fora.
? As membranas biológicas estabelecem um gradiente entrópico 
entre interior (Entropia baixa), e o exterior (Entropia alta), e 
consegue manter o interior em Estado Estacionário.
Membranas Biológicas
? Características principais: 
? Dupla, 
? fluida, 
? flexível, 
? viscosa viscosa, 
? possuidora de permeabilidade seletiva e sensores químicos.
Formação das membranas biológicas
Organizam-se espontaneamente em camadas. “Selam” automaticamente quando rompidas, pois 
têm tendência a adquirir a estrutura energeticamente mais favorável (sem estruturas 
hidrofóbicas em contato com a água).
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Formação das membranas biológicas
Criação das membranas mediada por interações hidrofóbicas
Membranas Biológicas
? Composição química: lipo-glico-protéica
1. Lipídeos:
? ESTRUTURAL. São moléculas anfipáticas (com domínio polar e 
apolar) que se diferenciam pelo grupamento alcoólico e existem em 3 
titipos:
? FOSFOLIPÍDEOS, como fosfoglicerídeos e esfingolipídeos;
? GLICOLIPÍDEOS, como cerebrosídeos (com monossacarídeos) e 
gangliosídeos (com polissacarídeos) 
? COLESTEROL, que se encaixa entre os fosfolipídeos e confere 
rigidez à MP, diminuindo a funcionalidade.
Camadas Bi-lipídicas Membranas Biológicas
? Composição química: lipo-glico-protéica
2. Glicídeos:
? São estruturas polares que formam o glicocálix. Existem em dois tipos:
? Monossacarídeos e oligossacarídeos dos glicolipídeos
? Oligossacarídeos das glicoproteínas de membrana. 
Membranas Biológicas
? Composição química: lipo-glico-protéica
3. Proteínas:
? FUNCIONAL. São moléculas também anfipáticas e existem em 2 
tipos:
Í? INTEGRAIS OU INTRÍNSECAS, são fortemente associadas aos 
lipídeos sendo, portanto, de difícil remoção;
? PERIFÉRICAS OU EXTRÍNSECAS, estão fracamente associadas aos 
lipídeos e podem ser facilmente removidas com expectrina (uma das 
formas de Hb)
Proteínas de membrana
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Membranas Biológicas
Estrutura da Membrana Biológica O MODELO DO MOSAICO FLUIDO:
? A dupla camada de lipídios com 5nm de espessura contendo blocos 
protéicos mergulhados parcial ou totalmente e com mobilidade ao longo 
d l d b é idéi d i d b li d 
Membranas Biológicas
do plano da membrana, essa é a idéia da arquitetura da membrana ligada 
ao modelo do MOSAICO FLUIDO. 
? Esse modelo que foi desenhado por observações indiretas, explica de 
modo satisfatório o comportamento elétrico e os transportes ativos e 
passivos das substâncias que atravessam as células. 
? É aplicável ao movimento de gases, sólidos e líquidos hidro e lipossolúveis.
Membranas Biológicas
? Modelo do Mosaico Fluido 
? Sugerido por Singer e Nicholson, onde as proteínas da membrana estão 
engatadas na camada lipídica, do lado interno, do lado externo, ou 
atravessando completamente a membrana. 
? Existe uma grande variedade de proteínas membranais. 
? A fluidez está condicionada ao tipo de ligações intermoleculares na 
membrana. 
? O termo mosaico se deve ao aspecto da membrana na microscopia 
eletrônica. 
? Atualmente, o modelo do mosaico fluido é o mais aceito, por 
encontrar apoio em várias evidências experimentais. 
? Nenhum modelo de membrana está pronto, e a evolução das pesquisas 
irá melhorar o conhecimento atual.
Propriedades elétricas básicas das 
membranas biológicas
? As membranas são isolantes (os lípidos são isolantes).
? As moléculas de água permeiam a membrana com as suas regiões polares 
perto das cadeias de C.
? Isto cria d.d.p entre exterior e interior.
H2O
H2O
Membrana
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Poros ou Canais
? São passagens que permitem a comunicação entre o lado externo e o interno 
da célula. Os canais podem ser olhados como uma "falha" na continuidade da 
membrana.
? Os canais podem possuir carga positiva, negativa, ou serem destituídos de 
 lét i carga elétrica. 
Poros ou Canais
? A natureza da carga seleciona os íons:
? Canais positivos, repelem cátions (+) deixam passar anions (-).
? Canais negativos, repelem anions (-) deixam passar cátions (+).
? Há canais sofisticados que possuem, além da barreira da carga, um ou dois 
portões que se abrem sob comando. 
? O canal de Na+ é desse tipo. O portão fica fechado durante o potencial de 
repouso e se abre durante o potencial de ação. Apesar do mecanismo do portão 
ser acionado ativamente, o trânsito é ainda passivo nesses canais.
Poros ou Canais
? Nos canais com carga, não passam substâncias sem carga, porque esses canais 
estão sempre ocupados. 
? Há também poros sem carga. Os canais sem carga não devem ser considerados 
como um orifício, ou conduto, permanentemente aberto, e sim como uma 
flutuação mecânica de moléculas vicinais. Essas moléculas se afastam pela 
pressão das substâncias que possuem passe livre através da membrana.
Transporte de Membrana
Prof. Dr. Marcio Eduardo de Barros
Porção apical
Porção basal
Porção lateral
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Permeabilidade das bi-camadas 
fosfolipídicas Poros ou Canais
Diâmetro dos Canais x Volume dos Transeuntes
? Além da carga, o diâmetro dos canais seleciona os passantes conforme o 
volume dos íons. 
O Cl i f ilid d O í K+ é á l Cl ? O Cl- entra e sai com facilidade. O íon K+ é menos permeável que o Cl-, mas 
cerca de 200 vezes mais permeável que o Na+. Os anions HCO3- e fosfatos 
são muito pouco permeáveis. O Ca2+ tem comportamento especial.
Proteínas de membrana
Canal de Potássio (K+) Canal de Cálcio (Ca++)
Poros ou Canais
Concentração dos íons e Direção do Transporte
? O trânsito, nos canais, é passivo, e se faz de acordo com o gradiente de 
concentração:
"Sempre do lado mais concentrado para o menos concentrado"Sempre do lado mais concentrado, para o menos concentrado .
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Membranas e Transporte
Transporte molecular
? 1. Passagem do solvente: difusão osmótica.
? 2. Passagem do soluto: Transportes ativo e passivo.
? TRANSPORTE PASSIVO: é impulsionado por gradientes iônicos, não 
havendo gasto de energia a partir da hidrólise de ATP. Podem ocorrer de 
2 d2 modos:
? Através da bicamada;
? Por difusão facilitada:
? MEDIADA POR CANAIS IÔNICOS OU PROTÉICOS: 
? MEDIADA POR TRANSLOCADORES: 
? TRANSPORTE ATIVO: há hidrólise de ATP para produção de energia.
? BOMBAS IÔNICAS: Mecanismos que transportam íons de Na+ e K+
ATPase: mantém o potencial negativo no interior celular.
? de H+ : mantém o pH em mitocôndrias e lisossomos.
? de Ca2+ ATPase: membranas do retículo sarcoplasmático e eritrócitos.
? de H+ e K+ ATPase: membranas parietais do estômago.
Transporte de Moléculas Pequenas
Transporte de Moléculas Pequenas
Osmose Através de Membranas Seletivamente Permeáveis —
"Difusão Efetiva" de Água
? A substância mais abundante que se difunde através da membrana celular é 
a água. 
? A água se difunde usualmente nas duas direções, através da membrana dashemácias, a cada segundo, em um volume correspondente a cerca de 100 X 
o volume da própria célula. Nas condições normais, a quantidade que se 
difunde nas duas direções é equilibrada tão precisamente que o movimento 
efetivo da água que ocorre é zero. 
? Conseqüentemente, o volume da célula permanece constante. Entretanto, 
sob certas circunstâncias, pode-se desenvolver diferença da concentração 
da água através de uma membrana, do mesmo modo como as diferenças de 
concentração podem ocorrer para outras substâncias. 
Transporte de Moléculas Pequenas
Fatores Que Afetam a Velocidade Efetiva da Difusão
? Essa velocidade efetiva da difusão da substância em uma determinada direção 
desejada é determinada por diversos fatores.
O Efeito da Diferença de Concentração sobre a Velocidade Efetiva da 
Difusão Através da Membrana Difusão Através da Membrana. 
? Ex: A membrana celular com uma substância com maior
concentração no lado externo e concentração mais baixa no 
lado interno. A velocidade com que a substância vai se
difundir para o lado interno é proporcional à concentração
das moléculas no lado externo, porque essa concentração
determina quantas moléculas atingem a parte externa da
membrana a cada segundo.
O inverso também é verdadeiro.
Transporte de Moléculas Pequenas
Fatores Que Afetam a Velocidade Efetiva da Difusão
Efeito do Potencial Elétrico da Membrana sobre a Difusão dos 
íons — O "Potencial de Nernst." 
? Se um potencial elétrico for aplicado através da membrana, a carga elétrica 
dos íons faz com que eles se movam através da membrana mesmo que não 
exista diferença de concentração para provocar esse movimento. 
? A concentração iônica negativa é a mesma em ambos os lados da membrana, 
mas aplicou-se uma carga positiva ao lado direito da membrana e uma 
carga negativa ao lado esquerdo, criando um gradiente elétrico através da 
membrana. A carga positiva atrai os íons negativos, ao passo que a carga 
negativa os repele. Assim, a difusão efetiva ocorre da esquerda para a 
direita. 
Transporte de Moléculas Pequenas
Fatores Que Afetam a Velocidade Efetiva da Difusão
Efeito do Potencial Elétrico da Membrana sobre a Difusão dos íons —
O "Potencial de Nernst." 
? Na temperatura normal do corpo (37°C), a diferença elétrica que vai calibrar uma 
dada diferença de concentração de íons univalentes — como íons sódio (Na+) — pode 
ser determinada pela fórmula a seguir, chamada de equação de Nernst:p g q ç
? EMF (em millivolts) = ± 61 log C1/C2
? EMF é a força eletromotriz (voltagem) entre o lado 1 e
o lado 2 da membrana, 
? C1 é a concentração no lado 1, 
? C2 é a concentração no lado 2. Essa equação é
extremamente importante para a compreensão da
transmissão dos impulsos nervosos.
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Transporte de Moléculas Pequenas
Fatores Que Afetam a Velocidade Efetiva da Difusão
Efeito da Diferença de Pressão Através da Membrana. 
? Algumas vezes, diferenças consideráveis de pressão se desenvolvem entre 
os dois lados de membrana difusível. 
? Ex: na membrana capilar sanguínea em todos os tecidos do corpo. A 
pressão é cerca de 20 mm Hg, maior dentro do capilar do que fora.
? Pressão, na verdade, significa a soma de todas as forças das diferentes 
moléculas que se chocam com uma determinada área de superfície em um 
certo instante. 
Transporte de Moléculas Pequenas
Fatores Que Afetam a Velocidade Efetiva da Difusão
Efeito da Diferença de Pressão Através da Membrana. 
? Então, quando a pressão é maior em um lado da membrana do que no outro lado, isso 
f d d f d lé l h d l significa que a soma de todas as forças das moléculas se chocando contra o canal em 
um lado da membrana é maior que do outro lado. 
? Na maioria das vezes, isso é causado por grande número de moléculas se chocando a 
cada segundo com um dos lados da membrana, do que no outro lado. 
? O resultado é uma quantidade maior de 
energia disponível para causar o movimento 
efetivo das moléculas do lado de alta pressão 
para o lado de menor pressão. 
Transporte de Moléculas Pequenas
Osmose Através de Membranas Seletivamente Permeáveis —
"Difusão Efetiva" de Água
? Quando isso ocorre, passa a existir movimento efetivo de água através da 
b l l f d él l i h lh d d d membrana celular, fazendo com que a célula incha ou encolha, dependendo 
da direção do movimento da água. 
? Esse processo efetivo de movimento da água causado por sua diferença de 
concentração é designado como osmose.
Transporte de Moléculas Pequenas
Osmose Através de Membranas Seletivamente Permeáveis —
"Difusão Efetiva" de Água
Pressão Osmótica
? Em um recipiente com água pura de um lado da membrana semipermeável 
e solução de cloreto de sódio do outro lado, fosse aplicada pressão sobre a 
solução de cloreto de sódio, a osmose da água para essa solução poderia 
diminuir, parar, ou até mesmo se inverter. 
? A quantidade exata de pressão necessária para interromper a osmose é 
conhecida como pressão osmótica da solução de cloreto de sódio.
Transporte de Moléculas Pequenas
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Transporte de Moléculas Pequenas
Osmose Através de Membranas Seletivamente Permeáveis —
"Difusão Efetiva" de Água
? O fator que determina a pressão osmótica de uma solução é a concentração 
da solução em termos de número de partículas (que é o mesmo que a 
concentração molar, no caso de uma molécula não dissociada), e não 
em termos de massa do soluto.
? "Osmolalidade”: Para expressar a concentração de uma solução em 
termos do número de partículas, a unidade, chamada osmol, é usada no 
lugar de gramas.
Transporte de Moléculas Pequenas
Difusão Passiva
? Uma só molécula em solução colide violentamente com outras moléculas, 
primeiro em uma direção, e depois em outra, e assim por diante, sempre 
aleatoriamente, colidindo milhares de vezes a cada segundo., g .
Esse movimento contínuo de moléculas, umas contra as outras, nos líquidos 
ou nos gases, é chamado difusão.
Transporte de Moléculas Pequenas
Difusão Passiva
? A difusão através da membrana celular é dividida em 2 subtipos: chamados 
difusão simples e difusão facilitada. 
? A difusão simples significa que o movimento cinético das moléculas 
ou dos íons ocorre através de uma abertura na membrana ou através dos 
espaços intermoleculares, sem que ocorra qualquer interação com as 
proteínas transpotadoras da membrana. 
? A difusão simples pode ocorrer através da membrana celular por 2 
vias:
? pela bicamada lipídica, no caso de lipossolúveis
? pelos canais aquosos que penetram por toda a espessura da 
membrana, por meio de alguma das proteínas transportadoras.
Transporte de Moléculas Pequenas
Transporte de Moléculas Pequenas
Difusão Passiva
? A difusão facilitada requer a interação com uma proteína 
transportadora. 
? A difusão facilitada permite a passagem de moléculas polares carregadas 
como carboidratos, aminoácidos, nucleosídeos e íons, através da 
membrana plasmática.
? Duas classes de proteínas que participam da difusão facilitada são 
geralmente distinguidas: 
? proteínas carreadoras 
? canais proteicos
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Transporte de Moléculas Pequenas
? Efeito da concentração de uma substância sobre a velocidade de difusão através da membrana, por 
difusão simples e por difusão facilitada. A difusão facilitada tende para uma Vmax.
Transporte de Moléculas Pequenas
As Comportas das Proteínas Canais. 
? As comportas das proteínas canais fornecem um meio para controlar a 
permeabilidade iônica dos canais. 
? Acredita-se que algumas dessas comportas sejam extensões da molécula 
semelhantes às das proteínas transportadoras que podem ocluir a abertura 
de um canal ou podem ser retiradas dessa abertura por alteração da 
conformação da própria molécula de proteína.
? A abertura e o fechamento desses canais podem ser controlados por doismodos:
Transporte de Moléculas Pequenas
As Comportas das Proteínas Canais. 
1. Por variações da voltagem. 
? Nesse caso, a conformação molecular do canal ou das suas ligações 
químicas reage ao potencial elétrico através da membrana celular. químicas reage ao potencial elétrico através da membrana celular. 
? Por exemplo, se existir forte carga negativa no lado interno da membrana 
celular, presumivelmente as aberturas externas do canal do sódio 
permanecerão fechadas; de modo inverso, se o lado interno da membrana 
perdesse sua carga negativa, essas aberturas poderiam, de modo abrupto, 
se abrir, permitindo que grande quantidade de sódio entrasse na célula, 
passando pelos poros de sódio. 
? Esse é o mecanismo básico para a geração de potenciais de ação nas fibras 
nervosas responsáveis pelos sinais nervosos. 
Transporte de Moléculas Pequenas
As Comportas das Proteínas Canais. 
2. Por controle químico (por ligantes). 
? Algumas comportas das proteínas canais dependem da ligação de 
substâncias químicas (ou ligante) com a proteína; isso causa alteração substâncias químicas (ou ligante) com a proteína; isso causa alteração 
conformacional da proteína ou de suas ligações químicas na molécula da 
proteína que abre ou fecha sua comporta. 
? Um dos mais importantes exemplos de controle químico é o efeito da 
acetilcolina no chamado canal de acetilcolina. A acetilcolina abre esse canal, 
formando um poro negativamente carregado, que permite a passagem de 
moléculas sem carga ou de íons positivos menores que seu diâmetro. Esse 
tipo de comporta é extremamente importante para a transmissão dos sinais 
nervosos de uma célula nervosa para outra e das células nervosas para as 
células musculares, para a contração muscular.
Transporte de Moléculas Pequenas
? Difusão facilitada
? O transportador de glicose alterna-se entre duas conformações nas quais o sítio de ligação da 
glicose é alternativamente exposto do lado de fora e do lado de dentro da célula. Na primeira 
conformação (A), a glicose liga-se ao sítio exposto no lado de fora da membrana plasmática. 
? O transportador então passa por uma mudança conformativa de maneira que o sítio de ligação 
para a glicose passe a ficar voltado para o lado de dentro da célula e a glicose é liberada no 
citosol (B). O transportador então retorna à sua conformação original (C).
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Transporte de Moléculas Pequenas
Canais lônicos
? Ao contrário das proteínas carreadoras, os canais proteicos simplesmente 
formam poros abertos na membrana, permitindo que pequenas moléculas 
com tamanho e carga apropriada passem livremente através da bicamada 
lipídica. 
? Um grupo de canais proteicos, são as porinas, que permitem a passagem 
livre de íons e pequenas moléculas polares através da membrana externa de 
bactérias.
? Os canais proteicos também permitem a passagem de moléculas entre 
células conectadas por junções tipo fenda. 
? A membrana plasmática de várias células também contém canais protéicos 
aquosos (aquaporinas), através dos quais moléculas de água são capazes de 
atravessar a membrana muito mais rapidamente do que difundirem-se 
através bicamada lipídica. 
Transporte de Moléculas Pequenas
Canais lônicos
? Os canais proteicos mais bem conhecidos, contudo, são os canais iônicos, 
que intermedeiam a passagem de íons através da membrana plasmática.
? Embora os canais iônicos estejam presentes nas membranas de todas as 
células, eles têm sido bem estudados especificamente nos tecidos nervoso 
e muscular, onde a regulação da abertura e do fechamento destes é 
responsável pela transmissão de sinais elétricos.
? 3 propriedades dos canais iônicos são fundamentais para o desempenho de 
suas funções:
Transporte de Moléculas Pequenas
? 1ª: o transporte através de canais é extremamente rápido. 
? Mais de um milhão de íons atravessam canais abertos em cada segundo 
— uma taxa de fluxo aproximadamente 1000 X maior do que a taxa 
transportada por proteínas carreadoras. 
? 2ª: os canais iônicos são altamente seletivos pois seus poros estreitos ? 2 : os canais iônicos são altamente seletivos pois seus poros estreitos 
restringem a passagem somente a íons com tamanho e carga apropriados. 
? Assim, os canais proteicos específicos permitem a passagem de Na+, 
K+, Ca+2 e Cl- através da membrana. 
? 3ª: a maioria dos canais não está permanentemente aberta. 
? Ao invés disso, a abertura dos canais iônicos é regulada por "portas" 
que de forma transiente são abertas em resposta a estímulos específicos. 
Alguns canais abrem-se em resposta à ligação de neurotransmissores ou 
outras moléculas sinalizadoras; outros canais abrem-se em resposta 
alterações do potencial elétrico na membrana plasmática.
Transporte de Moléculas Pequenas
? Na conformação fechada, o fluxo de íons é bloqueado 
por um portão. 
? A abertura do portão possibilita que os íons fluam 
rapidamente através do canal. p
? O canal contém um poro estreito que restringe a 
passagem a íons que tenham tamanho e carga 
apropriados.
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Transporte de Moléculas Pequenas
Canais lônicos
? Em 1952, Alan Hodgkin e Andrew Huxley em 1952, utilizando células 
nervosas gigantes de lulas como modelo (1 mm), no qual foi possível a 
inserção de eletrodos e a avaliação das mudanças no potencial de ação de 
i l d t lt õ t i l d impulsos nervosos, demonstraram que essas alterações no potencial de 
membrana resultam da regulação da abertura e do fechamento dos sinais 
de Na+ e K+ na membrana plasmática. 
? Assim, tornou-se possível o estudo da atividade de um canal iônico 
individual, utilizando-se a técnica de patch clamp desenvolvida por 
Erwin Neher e Bert Sakmann em 1976, isolando com uma micropipeta 
(1μm) um único canal de membrana, permitindo a análise do fluxo de 
íons através de um único canal, aumentando muito a precisão com a qual 
as atividades dos canais iônicos podem ser estudadas.
Transporte de Moléculas Pequenas
? A técnica de patch clamp: Uma pequena porção de 
membrana é isolada na ponta da micropipeta. 
? Um estímulo pode então ser aplicado a partir da 
i i d bi d l i l d pipeta, criando um ambiente onde o canal isolado 
possa ser mensurado. 
Transporte de Moléculas Pequenas
? O fluxo de íons através de canais de membrana é dependente do 
estabelecimento de gradiente de íons através da membrana plasmática. 
? Todas as células, incluindo células nervosas e musculares, contêm bombas 
d í ili i d i d d hid óli d ATP de íons que utilizam energia derivada da hidrólise do ATP para transportar 
ativamente íons através da membrana plasmática. 
? Conseqüentemente, a composição iônica do citoplasma é substancialmente 
diferente daquela dos fluidos extracelulares.
? Ex: Na+ é ativamente bombeado para fora da célula, enquanto o K+ é 
bombeado para dentro. 
Transporte de Moléculas Pequenas
Concentração (mM)
Íon Intracelular Extracelular
Axônio de lula
K+ 400 20
Na+ 50 450
Cl- 40-150 560
Ca2+ 0,0001 10
Célula de Mamífero
K+ 140 5
Na+ 50 440
Cl- 4 110
Ca2+ 0,0001 2,5-5
Transporte de Moléculas Pequenas
? O fluxo de íons através da membrana é dirigido tanto pela concentração 
como:
? Ex: o fato de a concentração de K+ ser 20 X superior no interior de 
ô i d l l d d fl id l l i axônios de lulas, quando comparada com os fluidos extracelulares, orienta 
o fluxo de K+ para fora da célula. Porém, como o K+ é positivamente 
carregada, este efluxo de K+ a partir da célula gera um potencial elétrico 
através da membrana, fazendo com que o interior da célula fique 
negativamente carregado. Esse potencial da membrana é contrário ao 
fluxo contínuo de K+ para o lado de fora da célula, sistema é encaminhado 
para um estado de equilíbrio, no qual o potencial de membrana equilibra o 
gradiente de concentração do K+.
? Gradientes de íonse potencial de membrana em repouso de axônios gigantes de lulas. O Na+ é 
bombeado para fora enquanto o K+ é bombeado para dentro. A membrana em repouso é mais 
permeável ao K+ do que ao Na+ ou outros íons, porque esta contém canais de K+ abertos. O 
fluxo do K+ através dos canais é um dos responsáveis pela manutenção do potencial de 
membrana em repouso de -60mV, que é próximo do potencial de equilíbrio do K+.
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? Inativação dos canais de K+ e Na+ Após a abertura controlada por voltagem, os 
canais de K+ e Na+ são rapidamente inativados pela ligação de porções 
citoplasmáticas de cadeias polipeptídicas ao poro. Para o canal de K+, a 
inativação é mediada por um mecanismo de bola e cadeia (do inglês, ball-and-
chain), no qual a bola corresponde à porção amino terminal da cadeia polipeptí-
dica. Para o canal de Na+, a inativação é mediada por alças intracelulares que 
conectam os domínios III e IV.
Transporte de Moléculas Pequenas
? Quantitativamente, a relação entre a concentração de íons e o potencial de membrana é 
dada pela equação de Nernst:
V= RT 1n Co
ZF CiZF Ci
? Onde:
? V é o potencial de equilíbrio em volts, 
? R é a constante do gás, 
? T é a temperatura absoluta, 
? Z é a carga do íon, 
? F é a constante de Faraday, e 
? Co e Ci são as concentrações de íons fora e dentro da célula, respectivamente. 
Transporte de Moléculas Pequenas
? O potencial de equilíbrio existe separadamente para cada íon, e o 
potencial de membrana é determinado pelo fluxo de todos os íons que 
atravessam a membrana plasmática. 
? O maior índice de seletividade de íons é conferido aos canais de Na+ e K+
controlados por voltagem. p g .
? Os canais de Na+ são mais de 10X mais permeáveis ao Na+ do que ao K+, 
enquanto os canais de K+ são mais de 1000X mais permeáveis ao K+ do 
que ao Na+. 
? A Seletividade do canal de Na+ pode ser explicada, pelo menos em parte, 
pelo fato de o poro ser estreito e com isto funcionar como um filtro por 
tamanho. O raio do íon de Na+ (0,95Å) é menor do que o do K+ (1,33 
Å), e parece que o poro do canal de Na+ é estreito o suficiente para 
interferir na passagem de K+ ou íons maiores.
Transporte Ativo Dirigido por Hidrólise 
de ATP
? A rede de fluxo de moléculas por difusão facilitada, seja através de 
proteínas carreadoras ou de canais proteicos, é sempre energeticamente 
descendente na direção determinada por gradientes eletroquímicos 
através da membrana. 
? Em vários casos porém, a célula necessita transportar moléculas contra 
seu gradiente de concentração. 
? No transporte ativo, a energia fornecida por outra reação completa 
(como a hidrólise do ATP) é utilizada para possibilitar que ocorra o 
transporte de uma molécula em uma direção energeticamente 
desfavorável.
Transporte Ativo Dirigido por Hidrólise 
de ATP
? As bombas de íons que são responsáveis pela manutenção dos gradientes 
de íons através da membrana plasmática. 
? A concentração de Na+ é aproximadamente 10X mais alta do lado de 
f d él l d d l d d d fora da célula, quando comparada ao lado de dentro, ao passo que a 
concentração de K+ é maior dentro.
? Esses gradientes de íons são mantidos pela bomba de Na+/K+/ATPase, 
que utiliza energia da hidrólise do ATP para transportar Na+ e K+ no 
sentido contrário ao de seu gradiente eletroquímico. 
? Este processo é resultante de alterações conformativas na bomba dirigida 
por ATP. 
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Transporte Ativo Dirigido por Hidrólise 
de ATP
Transporte Ativo Primário e Transporte Ativo Secundário. 
? O transporte ativo é dividido em 2 tipos, de acordo com a fonte de 
energia usada para causar o transporte:
T t ti i á i i é d i d di d ? Transporte ativo primário: a energia é derivada diretamente da 
degradação de ATP ou de qualquer outro composto de fosfato com alta 
energia. 
? Transporte ativo secundário: a energia é derivada secundariamente 
da energia armazenada na forma de diferentes concentrações iônicas de 
substâncias moleculares secundárias ou iônicas, entre os dois lados da 
membrana da célula, gerada originariamente por transporte ativo 
primário. 
Transporte Ativo Dirigido por Hidrólise 
de ATP
A Importância da Bomba de Na+-K+ no Controle do Volume Celular
? Uma das mais importantes funções da bomba de Na+-K+ é controlar o 
volume de cada célula. 
? Sem a função dessa bomba, a maioria das células de corpo incharia até 
estourar. 
? O mecanismo para controlar o volume celular é o seguinte: dentro da célula, 
existe grande número de proteínas e de outras moléculas orgânicas que não 
podem sair das células. 
? A maioria delas tem carga negativa, atraindo grande número de potássio, 
sódio e outros íons positivos. 
Transporte Ativo Dirigido por Hidrólise 
de ATP
A Importância da Bomba de Na+-K+ no Controle do Volume Celular
? Todas essas moléculas e íons vão provocar a osmose de água para o interior da 
célula. 
? A menos que essa osmose seja interrompida, a célula irá inchar até estourar. 
? O mecanismo normal para impedir que isso ocorra é o da bomba de 
Na+/K+/ATPase .
? Note, que esse mecanismo bombeia três íons Na+ para fora da célula a cada 
dois íons de K+ que são bombeados para o interior da célula. 
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Transporte Ativo Dirigido por Hidrólise 
de ATP
A Importância da Bomba de Na+-K+ no Controle do Volume Celular
? Isso representa uma perda real de íons para fora da célula, o que inicia a 
osmose da água para fora da célula.
? Caso uma célula comece a inchar por alguma razão, isso automaticamente 
ativa a bomba de Na+/K+/ATPase, transferindo ainda mais íons para fora da 
célula e conseqüentemente carregando mais água com eles. 
? Por essa razão, a bomba de Na+/K+/ATPase exerce um papel de vigilância 
contínua para manter o volume normal da célula.
Bomba de Ca2+
Transporte de Ca2+ na membrana do RE
Energética do Transporte Ativo
Transporte Ativo Secundário - Co-transporte e Contratransporte: 
? Quando o sódio é transportado para fora da célula por transporte ativo 
primário, em geral forma-se grande gradiente de concentração dos íons 
sódio através da membrana celular — alta concentração fora da célula e ç
concentração interna muito baixa. 
? Esse gradiente representa um reservatório de energia, porque o excesso 
de sódio, do lado de fora da membrana celular, está sempre tentando se 
difundir para o interior. 
? Sob condições apropriadas, essa energia de difusão do sódio pode 
empurrar outras substâncias, junto com o sódio, através da membrana 
celular. Esse fenômeno é referido como co-transporte; é uma forma de 
transporte ativo secundário.
? O transporte ativo de glicose O transporte ativo orientado pelo gradiente 
de Na+ é responsável pela internalização de glicose pelo lúmen do intestino. 
O transportador coordena a ligação e o transporte de urna glicose e dois Na+
dentro da célula. O transportador de Na+ na direção energeticamente 
favorável orienta a internalização da glicose contra seu gradiente de 
concentração.
? Transporte de glicose por células do epitélio 
intestinal. Um transportador no domínio 
apical da membrana plasmática é responsável 
pelo processo ativo de internalização de 
glicose (pelo cotransportador de Na+) do 
lúmen intestinal. Conseqüentemente, a glicose 
é absorvida e concentrada dentro das células 
epíteliais intestinais. 
? A glicose é então transferida destas células 
para o tecido conjuntivo adjacente e depois 
para a corrente sanguínea por difusão 
facilitada mediada pelo transportador no facilitada, mediada pelo transportador no 
domínio basolateral da membrana plasmática. 
? O sistema é orientado pela bomba de Na+ -
K+, que é também encontrada no domínio 
basolateral. Vale destacar que a internalização 
de glicose do trato intestinal e sua 
transferência para a circulação é dependente 
da localizaçãorestrita dos transportadores de 
glicose, que medeiam o transporte ativo e a 
difusão facilitada dos domínios apical e 
basolateral da membrana plasmática, 
respectivamente.
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Transporte Ativo Dirigido por 
Gradiente Iônico
? A internalização coordenada de glicose e Na+ é um exemplo de 
"simporte", o transporte de duas moléculas na mesma direção.
? Diferentemente, a difusão facilitada de glicose exemplo de "uniporte", 
 d lé l o transporte de somente uma molécula. 
? O transporte ativo também pode ser do tipo "trocador“ (antiporte), 
no qual duas moléculas são transportadas em direções opostas.
Transporte Ativo Dirigido por 
Gradiente Iônico
? Exemplos de trocador: Ca2+ e o 
H+ são exportados das células por 
estruturas trocadoras, que combinam 
a exportação destes com a p ç
importação de Na2+ no sentido 
energeticamente favorável.
Transporte Ativo Através das Camadas 
Celulares
? Em vários locais do corpo, as substâncias devem ser transportadas através 
de toda a espessura das camadas de células, em vez de, simplesmente, 
através da membrana celular. 
E i d é d i éli? Esse tipo de transporte ocorre através dos epitélios:
? intestinal, 
? tubular renal, 
? de todas as glândulas exócrinas, 
? da vesícula biliar e 
? da membrana do plexo coróide do cérebro e outras membranas.
Transporte Ativo Dirigido por Hidrólise 
de ATP
? Em dois locais no corpo, o transporte ativo primário dos íons H+ é 
muito importante: 
? Nas glândulas gástricas, as células parietais das camadas mais profundas 
apresentam o mecanismo ativo primário mais potente para transportar os 
íons H+ de qualquer parte do corpo. Ele é a base para a secreção de ácido 
clorídrico das secreções digestivas do estômago Nas extremidades secretoras clorídrico das secreções digestivas do estômago. Nas extremidades secretoras 
das células parietais da glândula gástrica, a concentração de íons H+ aumenta 
por até um milhão de vezes, sendo, então, liberada no estômago, junto com 
íons cloreto, para formar o ácido clorídrico.
? Nos túbulos renais, existem células intercaladas especiais, nos túbulos distais 
finais e nos ductos coletores corticais, que também transportam íons H+ por 
transporte ativo primário. Nesse caso, grandes quantidades de íons H+ são 
secretadas do sangue para a urina, para promover a eliminação do excesso de 
íons H+ dos líquidos corporais. Os íons H+ podem ser secretados na urina 
contra um gradiente de concentração de cerca de 900 X.
Regulação do pH do estômago
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Membranas e Transporte
Antibióticos
? Alguns antibióticos alteram o fluxo transmembrana de íons. 
? A valinomicina aumenta a permeabilidade ao K+, e a gramicidina A, 
aumenta a permeabilidade aos íons K+, ou Na+. 
O d d dif ã f ili d ? O mecanismo de transporte pode ser difusão facilitada, como na 
valinomicina, ou a formação de canais, como na gramicidina A. 
? Muitas outras substâncias que interferem no transporte de íons já foram 
sintetizadas, e foram denominadas de ionóforos (íon, caminhante; 
phorein, carregar, conduzir), ou seja carreadores de íons.
Receptores de Membrana
? São sítios capazes de receber moléculas específicas. 
? Com a ligação dessas moléculas, uma mensagem é transmitida, e a célula 
aciona mecanismos de abertura ou fechamento de poros, entrada ou saída 
d b â i de substâncias, etc. 
? São sítios que possuem estrutura adequada à ligação de certas moléculas 
que, ao se ligarem deslancham uma série de processos celulares. 
? As mensagens podem ser dirigidas a poros (canais) ou a operadores, e a 
ordem é executada. 
? O receptor da insulina, ao receber essa molécula, inicia o processo de 
absorção da glicose pela célula, além de outros processos fisiológicos.
Receptores de Membrana
? Existem receptores na membrana e no citosol:
? Os da membrana são para insulina, glucagon, hormônios proteicos, 
adrenalina, acetilcolina, etc. 
? Os do citosol, em geral, reconhecem hormônios lipídicos (esteróides) 
que atravessam facilmente a membrana, como os andrógenos, 
estrógenos e corticosteróides. A Calmodulina, que é um receptor de 
Ca2+, localizado no citosol, é uma proteína de baixo peso molecular.
Receptores de Membrana
Funcionamento do Receptor
? A molécula mensageira M se acopla ao receptor, que muda sua conformação. 
A adenilciclase, recebe energia da hidrólise de um ATP, e sintetiza o cAMP, 
que é o segundo mensageiro, já no citosol.
? Além dessa execução de tarefas, cabe aos receptores parte importante na 
regulação da atividade celular. Essa atividade reguladora, se deve ao jogo dos 
nucleosídeos cíclicos, cAMP e cGMP, que geralmente são antagônicos:
? onde um estimula, o outro inibe. 
É a teoria do Ying-Yang: 
Não há bom, nem mau agente. 
Ora um é "bom", ora é "mau".
Receptores de Membrana
Funcionamento do Receptor
? Pode-se imaginar muitos tipos de modo de funcionar para receptores. Na 
figura está representado um receptor que controlaria a passagem através do 
canal de sódio. 
? O mensageiro, tendo carga elétrica (+), atrairia as cargas negativas do canal, 
obstruindo o trânsito. 
? Não é necessário imaginar que esse mecanismo ocorra somente através de 
cargas. Mudanças conformacionais das moléculas teriam efeitos semelhantes.
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Funcionamento do Receptor
? O receptor da insulina já está bem purificado. Sabe-se que sua massa é 
cerca de 3 x105 dáltons, possui carbohidratos e grupos SH (sulfidrila).
? Há substâncias que ocupam os receptores, impedindo o acesso do 
i 
Receptores de Membrana
mensageiro. 
? Exemplo clássico é o da atropina (Belladonna) , que se liga aos 
receptores muscarínicos da acetilcolina, e bloqueia o efeito da 
acetilcolina. 
? A tetradotoxina (baiacu) é capaz de obstruir mecanicamente, por 
impedimento estéreo, o canal de sódio, bloqueando o potencial de ação. 
? Nas sinapses, não há necessidade do 2º mensageiro.
Endocitose
? As células eucarióticas são são capazes de englobar macromoléculas e 
partículas do meio que as circunda. 
? Na endocitose, o material a ser internalizado é circundado por uma área de 
b l á i b l d d f f í l membrana plasmática, que brota para o lado de fora para formar a vesícula 
que conterá o material a ser internalizado. 
? O termo Endocitose (Christian deDuve em 1963) foi criadodo para incluir 
tanto as grandes partículas (como as bactérias) – fagocitose - como a 
captação de fluidos ou macromoléculas em pequenas vesículas –
pinocitose.
←Partículas sólidas Partículas líquidas￫
Fagocitose
? Durante a fagocitose, as células internalizam grandes partículas como 
bactérias e restos celulares ou até células intactas. 
? A ligação de uma receptores de superfície de uma célula fagocítica leva à 
emissão de pseudópodos - movimento de superfície celular mediado por 
actina.
O dó d fi l i d í l b ? Os pseudópodos finalmente circundam as partículas e suas membranas 
fusionam-se formar uma grande vesícula intracelular (> 0,25 µm de 
diâmetro), denominado fagossomo. 
? Os fagossomos fusionam-se com os lisossomos, produzindo os 
fagolisossomos, nos quais o material ingerido é digerido por ação de 
hidrolases ácidas dos lisossomos. 
? Durante a maturação do fagolisossomo, algumas das proteínas de 
membrana internalizadas são recicladas para a membrana plasmática.
Fagocitose
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Fagocitose
? Em animais multicelulares o principal papel da fagocitose é fornecer 
defesa contra microrganismos invasores e eliminar células velhas ou 
danificadas do corpo. 
? Nos mamíferos, a fagocitose é uma função de dois tipos celulares de 
glóbulos brancos, macrófagos e neutrófilos, que são freqüentemente 
d "f ó f " mencionados como "fagócitos profissionais". 
? Desempenham funções cruciais no sistema de defesa do organismo, 
eliminandomicroorganismos de tecidos infectados, células exaustas ou 
mortas de tecidos através do corpo. 
? Ex: macrófagos do baço e do fígado humano são responsáveis pela eliminação 
de mais de 1.000.000.000.000 células sanguíneas velhas por dia.
NEUTRÓFILO FAGOCITANDO UMA HEMÁCEA
MACRÓFAGO 
FAGOCITANDO 
HEMÁCEAS
Fagocitose - Exocitose
Endocitose Mediada por Receptor
? Ao contrário da fagocitose, que desempenha somente funções 
especializadas, a pinocitose é comum nas células eucarióticas. 
? O melhor exemplo deste processo é a endocitose mediada por receptor, 
que possibilita o mecanismo de captação seletiva de macromoléculas 
específicas. 
? As macromoléculas que serão internalizadas ligam-se inicialmente a 
receptores específicos de superfície celular. 
? Esses receptores estão concentrados em regiões especializadas da 
membrana plasmática, denominadas de regiões recobertas por clatrina. 
? Estas fossas iniciais na membrana dão origem a pequenas vesículas 
cobertas por clatrina contendo os receptores e suas respectivas 
macromoléculas ligadas (os ligantes).
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Endocitose Mediada por Receptor
? As vesículas cobertas por clatrina fusionam-se com os endossemos 
jovens, nos quais os seus conteúdos são classificados para serem 
transportados para o lisossomo ou para serem reciclados na membrana 
plasmática.
? A internalização de colesterol por células de mamíferos representa um 
modelo-chave, em nível molecular, da endocitose mediada por receptor. 
? O colesterol é transportado através da corrente sanguínea na forma de as 
lipoprotéicas, mais comumente denominadas de lipoproteínas de baixa 
densidade ou LDL.
? Uma série de estudos indica que as células também possuem vias de 
endocitose independente de clatrina. 
? Formação de vesículas cobertas por clatrina (A) Macromoléculas extracelulares 
(ligantes) ligam-se a receptores de superfície celular que estão concentrados 
nas regiões recobertas por clatrinas. Estas invaginações de membrana formam 
as vesículas intracelulares cobertas por clatrina. (B) Micrografias eletrônicas 
demonstrando quatro estádios de formação de vesículas cobertas por clatrina a 
partir das regiões recobertas por clatrinas.
Endocitose Mediada por Receptor
? Descobertas importantes deste processo surgiram dos estudos de pacientes 
com uma doença hereditária conhecida como hipercolesterolemia familiar. 
? Pacientes com essa doença apresentam níveis muito elevados de colesterol 
sérico e sofrem de ataques cardíacos precocemente. 
? As células desses pacientes são incapazes de internalizar LDL a partir dos 
fluidos extracelulares, resultando na acumulação de altos níveis de 
colesterol na circulação. 
? A endocitose mediada por receptor é a principal atividade mediada pela 
membrana de células eucarióticas. 
? Mais de 20 receptores diferentes mostraram ser esta uma via seletiva de 
internalização. 
Fibrose cística
? O canal de Cl- CFTR nas células epiteliais, é incomum, pois necessita 
tanto da hidrólise do ATP como de fosforilação dependente do AMPc para 
abrir-se. 
? A base estrutural para o funcionamento do CFTR como regulador de 
canal iônico ainda precisa ser esclarecido por pesquisas futurascanal iônico ainda precisa ser esclarecido por pesquisas futuras.
? Um transportador deficitário de Cl- é o que caracteriza a doença fibrose 
cística. 
Fibrose cística
A Doença
? A fibrose cística é uma doença genética recessiva que afeta crianças e 
adultos jovens. 
? É a doença hereditária letal mais comum em brancos, com 
aproximadamente um afetado em cada 2.500 recém-nascidos, embora seja 
rara em outras raças. 
? A disfunção característica da fibrose cística é a produção de um fino muco 
por vários tipos de células epiteliais, incluindo as células que envolvem os 
tratos respiratório e gastrintestinal. 
? A primeira manifestação clínica é uma doença respiratória resultante da 
obstrução das vias aéreas superiores por pequenas concentrações de muco, 
seguida por infecções bacterianas recorrentes. 
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Fibrose cística
A Doença
? Na maioria dos pacientes, o pâncreas também fica comprometido, uma 
vez que os ductos pancreáticos ficam obstruídos por muco. 
? As glândulas sudoríparas também apresentam um funcionamento anormal, g p p
e a presença excessiva de sal no suor é um indicativo para o diagnóstico de 
fibrose cística. 
? Os procedimentos-padrões para essa doença incluem terapia física para 
promover drenagem bronquial, administração de antibióticos e reposição 
de enzimas pancreáticas. 
? Apesar deste tratamento promover uma sobrevida até cerca de 30 anos de 
idade em média, a fibrose cística é definitivamente letal, com as doenças 
pulmonares sendo responsáveis por cerca de 95% da mortalidade.
Fibrose cística
Bases Moleculares e Celulares
? A característica marcante da fibrose cística é um defeito no transporte de 
Cl- nos epitélios afetados, incluindo os ductos de glândulas sudoríparas e 
as células envolvendo o trato respiratório. 
? Em 1984, foi demonstrado que os canais de Cl- não funcionam 
adequadamente nas células epiteliais dos pacientes com fibrose cística. 
? A base molecular da doença foi elucidada em 1989, com o isolamento do 
gene da fibrose cística através de clonagem molecular. 
? A sequência do gene revelou que este codifica uma proteína (denominada 
CFTR), que pertence à família dos transportadores ABC. 
Fibrose cística
Prevenção e Tratamento
? Assim como outras doenças hereditárias, o isolamento do gene da fibrose 
cística possibilita um mapeamento genético para a identificação dos 
indivíduos portadores do alelo mutado. 
? A compreensão do funcionamento da CFTR como canal de Cl- tem 
sugerido novas abordagens para o tratamento. 
? Uma possibilidade é a utilização de drogas que estimulem a abertura dos 
canais de Cl- nos epitélios afetados. 
? Alternativamente, a terapia gênica possibilita a reposição dos genes da 
CFTR normal no epitélio respiratório dos pacientes com fibrose cística.
Fibrose cística
Prevenção e Tratamento
? A aplicação em potencial da terapia gênica para fibrose cística é aumentada 
pela facilidade de acesso às células epiteliais, que envolvem as vias aéreas 
superiores, por meio da utilização do sistema de aspersão de aerossóis. 
? Estudos com animais experimentais têm demonstrado que vetores virais 
podem transmitir o cDNA da CFTR para o epitélio respiratório e o podem transmitir o cDNA da CFTR para o epitélio respiratório, e o 
primeiro protocolo experimental de tratamento em humanos para fibrose 
cística foi iniciado em 1993. 
? Os protocolos experimentais de tratamento têm demonstrado que a 
CFTR pode ser seguramente liberada e expressada pelas células epiteliais 
dos brônquios de paciente. 
? A base para o sucesso da transferência gênica tem sido estabelecida, mas 
obstáculos significativo precisam ainda ser transpostos para a obtenção de 
um protocolo de terapia gênica eficiente.
? Modelo do regulador da 
condutância da fibrose cística 
(CFTR)