Aula 02 - fisiologia celular

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Membrana Celular 
É a estrutura celular que estabelece 
o limite entre os meios intra e extra-
celulares. Sua função é a manuten-
ção da constância do meio intracelu-
lar, cuja composição é diferente do 
líquido extracelular. 
A membrana celular (também cha-
mada membrana plasmática) envolve 
a célula e é uma estrutura fina, flexí-
vel e elástica, de 7,5 a 10 nanômetros 
de espessura. É composta quase to-
talmente de proteínas e lipídios. A 
composição aproximada é a se-
guinte: proteínas, 55%; fosfolipídios, 
25%; colesterol, 13%; outros lipídios, 
4%; e carboidratos, 3%. 
Sua estrutura básica é a bicamada li-
pídica, um fino filme, formado por du-
pla camada de lipídios — cada ca-
mada com espessura de apenas uma 
molécula — contínua por toda a su-
perfície da célula. Dispersas nesse 
filme lipídico existem grandes proteí-
nas globulares. A dupla camada lipí-
dica básica é composta de três tipos 
principais de lipídios: fosfolipídios, es-
fingolipídios e colesterol. Os 
fosfolipídios são os lipídios mais abun-
dantes da membrana celular. Uma ex-
tremidade da molécula de fosfolipídio 
é solúvel em água; ou seja, é hidro-
fílica. A outra extremidade é solúvel 
apenas em lipídios; ou seja, é hidro-
fóbica. A extremidade do fosfolipídio 
com fosfato é hidrofílica, e a extre-
midade com ácido graxo é hidrofó-
bica. 
↳São anfipáticos (hidrofílico + hidro-
fóbico); 
↳Permeabilidade seletiva; 
Receptores de membrana 
A superfície celular contém inúmeras 
proteínas e glicoproteínas denomina-
das receptores. São proteínas que 
reconhecem especificamente molé-
culas de diversos tipos apresentados 
na superfície exterior da célula. 
 
O Transporte de Substâncias 
através das Membranas Celu-
lares 
Transporte passivo 
↳É o movimento de moléculas que 
seguem o fluxo do meio mais con-
centrado de soluto, para o menos 
concentrado, sem gasto de energia. 
↳Também conhecido como difusão 
e são divididos em três: São eles: 
Difusão simples, difusão facilitada e 
osmose. 
Difusão simples 
Significa que o movimento cinético 
das moléculas ou dos íons ocorre 
através de abertura na membrana ou 
através dos espaços intermolecula-
res, sem que ocorra qualquer intera-
ção com as proteínas carreadoras da 
membrana. 
A difusão simples pode ocorrer atra-
vés da membrana celular por duas 
vias: (1) pelos interstícios da bicamada 
lipídica, no caso da substância que se 
difunde ser lipossolúvel; e (2) pelos 
canais aquosos que penetram por 
toda a espessura da membrana, por 
meio de alguma das grandes proteí-
nas transportadoras. 
Um fator importante que determina 
quão rapidamente a substância se 
difunde pela bicamada lipídica é a li-
possolubilidade dessa substância. As li-
possolubilidades do oxigênio, do nitro-
gênio, do dióxido de carbono e do 
álcool, por exemplo, são altas; assim, 
todas elas podem se dissolver direta-
mente na bicamada lipídica e se di-
fundir através da membrana celular, 
do mesmo modo como ocorre a di-
fusão para solutos hidrossolúveis nas 
soluções aquosas. 
Ainda que a água seja extrema-
mente insolúvel nos lipídios da mem-
brana, ela passa com facilidade pelos 
canais das moléculas de proteínas 
que penetram por toda a espessura 
das membranas. Muitas das membra-
nas celulares do corpo contêm “po-
ros” proteicos chamados aquaporinas 
que permitem, seletivamente, a pas-
sagem rápida de água através da 
membrana celular. 
 
 
Difusão pelos canais proteicos 
e as “comportas” desses canais 
Os poros são compostos de proteí-
nas integrais da membrana celular 
que formam tubos abertos através 
da membrana e que ficam sempre 
abertos. No entanto, o diâmetro do 
poro e sua carga elétrica fornecem 
seletividade que permite a passagem 
de somente algumas moléculas. 
As proteínas canais são distinguidas 
por duas características importantes: 
(1) elas, em geral, são seletivamente 
permeáveis a certas substâncias; e 
(2) muitos dos canais podem ser 
abertos ou fechados por comportas 
que são reguladas por sinais elétricos 
(canais dependentes de voltagem) 
ou químicos que se ligam a proteínas 
do canal (canais dependentes de li-
gantes). 
 
 
 
 
Algumas comportas das proteínas 
canais dependem da ligação de subs-
tâncias químicas (ou ligante) com a 
proteína, que causa alteração confor-
macional da proteína ou de suas liga-
ções químicas na molécula da prote-
ína que abre ou fecha sua comporta. 
Um dos mais importantes exemplos 
de controle químico é o efeito da 
acetilcolina no chamado canal de ace-
tilcolina. 
Difusão Facilitada 
Ocorre com auxílio de proteína car-
readora, que se liga à substância e a 
transporta para dentro ou fora da cé-
lula. 
 
A difusão facilitada difere, de modo 
importante, da difusão simples pelo 
seguinte modo: apesar de a veloci-
dade da difusão simples, através de 
um canal aberto, aumentar em pro-
porção direta à concentração da 
substância difusora, na difusão facili-
tada a velocidade da difusão tende a 
um máximo, designado como Vmáx, 
à medida que a concentração da 
substância difusora aumenta. 
 
Essa figura mostra que, enquanto a 
concentração da substância difusora 
aumenta, a intensidade da difusão 
simples continua a aumentar propor-
cionalmente, mas na difusão facilitada 
a velocidade da difusão não pode au-
mentar acima do nível do Vmáx. 
Osmose 
Passagem do solvente (geralmente 
água) do meio hipotônico para o 
meio hipertônico. 
 
 
Pressão Osmótica 
É a pressão que deve ser exercida 
sobre um sistema para impedir que 
a osmose ocorra de maneira espon-
tânea. 
 
No exemplo acima, temos o lado A 
(que possui apenas água) e o B (que 
possui uma solução bem concen-
trada) separados por uma membrana 
semipermeável. Com o passar do 
tempo, o volume do lado B aumen-
tará, porque ocorrerá osmose, pas-
sando moléculas de água para esse 
lado. Porém, se continuarmos obser-
vando o processo, veremos que em 
determinado momento a solução do 
lado B atingirá uma altura que cau-
sará uma pressão sobre o solvente 
no lado A, o que impedirá que mais 
moléculas de água passem pela 
membrana, ou seja, a osmose irá pa-
rar. 
Isso nos mostra que se for aplicada 
uma pressão sobre o lado mais con-
centrado, podemos evitar que a os-
mose ocorra desde o início. 
Transporte ativo 
↳É o movimento de moléculas que 
seguem o fluxo do meio menos con-
centrado de soluto, para o mais con-
centrado, com gasto de energia. 
↳O transporte ativo é dividido em 
dois tipos, de acordo com a fonte de 
energia usada para facilitar o trans-
porte: o transporte ativo primário e 
o transporte ativo secundário. 
 
Transporte ativo primário 
A energia é derivada diretamente da 
degradação do trifosfato de adeno-
sina (ATP) ou de qualquer outro 
composto de fosfato com alta ener-
gia. 
Entre as substâncias que são trans-
portadas por transporte ativo primá-
rio estão o sódio, o potássio, o cálcio, 
o hidrogênio, o cloreto e alguns ou-
tros íons. O mecanismo de trans-
porte ativo mais estudado em seus 
detalhes é a bomba de sódio-potás-
sio (Na+ - K+), processo de transporte 
que bombeia íons sódio para fora, 
através da membrana celular de to-
das as células, e ao mesmo tempo 
bombeia íons potássio de fora para 
dentro. Essa bomba é a responsável 
pela manutenção das diferenças de 
concentração entre o sódio e o po-
tássio através da membrana celular, 
bem como pelo estabelecimento da 
voltagem elétrica negativa dentro das 
células. 
 
A Figura mostra os componentes fí-
sicos básicos da bomba de Na + −K+. 
A proteína carreadora é complexo 
de duas proteínas globulares distintas: 
a maior é chamada subunidade α, 
com peso molecular em torno de 
100.000, e a menor é chamada subu-
nidade β, com peso molecular em 
torno de 55.000. Apesar de a função 
da proteína menor não ser conhe-
cida (a não ser que talvez fixe esse 
complexo proteico à membrana lipí-
dica), a maior proteína (subunidade α) 
apresenta três características espe-cíficas, importantes para o funciona-
mento da bomba: 
 1. Ela contém três locais receptores 
para a ligação de íons sódio na por-
ção da proteína que se projeta para 
dentro da célula. 
2. Ela contém dois locais receptores 
para os íons potássio na sua porção 
externa. 
3. A porção interna dessa proteína, 
perto do local de ligação do sódio, 
tem atividade adenosina trifosfatase 
(ATPase). 
Quando dois íons potássio se ligam à 
parte externa da proteína carreadora 
e três íons sódio se ligam à parte in-
terna, a função de ATPase da prote-
ína é ativada. A ativação da função 
ATPase leva à clivagem de uma mo-
lécula de ATP, que se divide em 
difosfato de adenosina (ADP) e libera 
uma ligação fosfato de alta energia. 
Acredita-se que essa energia liberada 
cause alteração química e conforma-
cional da molécula da proteína carre-
adora, expulsando os três íons sódio 
para fora e os dois íons potássio para 
dentro. 
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 do 
corpo incharia até estourar. O meca-
nismo 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. Em sua maio-
ria, essas proteínas e outras molécu-
las orgânicas têm carga negativa, 
atraindo grande número de potássio, 
sódio e outros íons positivos. Todas 
essas moléculas e íons vão provocar 
a osmose de água para o interior da 
célula. A menos que esse processo 
seja interrompido, a célula vai inchar 
até estourar. O mecanismo normal 
para impedir esse resultado é o da 
bomba de Na +−K+. Note de novo 
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. A membrana 
também é bem menos permeável 
aos íons e sódio do que aos íons 
potássio; desse modo, uma vez que 
os íons sódio estão do lado de fora, 
eles apresentam forte tendência a 
permanecerem ali. Portanto, esse 
processo representa 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, a bomba de Na +−K+ 
é automaticamente ativada, transfe-
rindo ainda mais íons para fora da cé-
lula e, consequentemente, carre-
gando mais água com eles. Por essa 
razão, a bomba de Na +−K+ exerce 
o papel de vigilância contínua para 
manter o volume normal da célula. 
Transporte ativo secundário 
No 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 origina-
riamente por transporte ativo primá-
rio. 
Importante: 
Nos dois casos, o transporte de-
pende de proteínas carreadoras que 
penetram por toda a membrana ce-
lular, como ocorre na difusão facili-
tada. Entretanto, no transporte ativo, 
as proteínas carreadoras funcionam 
de modo distinto das da difusão faci-
litada, pois são capazes de transferir 
energia para a substância transpor-
tada para movê-la contra o gradiente 
eletroquímico. 
Transporte ativo secundário 
co-transporte 
O co-transporte é um mecanismo 
de transporte ativo através de qual 
uma substância é transportada con-
tra um gradiente eletroquímico, 
aproveitando a “carona energética” 
de uma outra substância que é trans-
portada a favor de seu gradiente ele-
troquímico, ambas sendo transpor-
tada no mesmo sentido. 
 
Transporte ativo secundário 
contratransporte 
O contratransporte é um meca-
nismo de transporte ativo através 
de qual 
uma substância é transportada con-
tra um gradiente eletroquímico, 
aproveitando a “carona energética” 
de uma outra substância que é trans-
portada a favor de seu gradiente 
eletroquímico, ambas sendo trans-
portada em sentidos opostos 
 
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