Transporte através de membranas

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Continuação AULA 1 (17/08/20) – Célia Ambiel 
 
TRANSPORTE DE ÍONS E MOLÉCULAS ATRAVÉS DE MEMBRANAS CELULARES 
 
 
 
 
 ESTRUTURA DA MEMBRANA 
 Bicamada lipídica, contendo grande número de moléculas incrustadas nos lipídeos 
 
AS 3 PRINCIPAIS CLASSES DE LIPÍDEOS ENCONTRADOS EM MEMBRANAS 
 Glicerofosfolipídeos – (ex.: fosfatidilcolina) 40 a 60% do conteúdo total de lipídeos 
 Esfingofosfolipídeos – (ex.: esfingomielina) 10 a 20% 
 Colesterol – 30 a 40% 
 
 A distribuição de lipídeos na membrana celular é assimétrica entre as monocamadas interna e externa. 
 Mobilidade dos lipídeos na membrana: 
o Difusão lateral 
o Rotação ao longo do próprio eixo 
o Flip-flop (de uma monocamada para outra) 
 
LEC: 
 ↑ sódio 
 ↓ potássio 
 ↑ cloreto 
 
LIC: 
 ↓ sódio 
 ↑ potássio 
 ↓ cloreto 
 ↑ fosfatos e proteínas 
Carol Seixas 
Por que é importante manter a assimetria de membrana? 
 Questão de logística estrutural: mantém enzimas, receptores, moléculas de adesão, sistemas de 
sinalização e outras moléculas nos folhetos da bicamada corretos, facilitando a atividade celular. 
 “Quebra” da assimetria é geralmente associada com a ativação celular (adesão celular, agregação, 
apoptose, reconhecimento por células fagocíticas, etc) além, de estar associada a condições patológicas. 
 
Rafts (“barcas”) lipídicos 
 Domínios submicrômicos ou nanomicrômicos (<300 nm), dinâmicos (tempo de meia vida de 10-20 ms), 
ricos em colesterol, esfingolipídeos e proteínas ligadas a GPI (glicosilfosfatidilinusitol); 
 Proteínas integrais e periféricas podem ser “sequestradas” pelos rafts formando plataformas sinalizadoras 
importantes na transdução de sinal e em outras funções celulares; 
 Facilmente visualizados em modelos de membrana; caracterização e visualização em membranas 
biológicas é ainda incompleta. 
 
 
 
 
 
Permeabilidade seletiva da bicamada 
lipídica a diferentes classes de moléculas: 
Quanto menor for a molécula e quanto 
menos pontes de hidrogênio fizer com a 
água, mais rapidamente essa molécula se 
difundirá através da bicamada. 
MODELO DO MOSAICO FLUIDO 
 As moléculas de fosfolipídeos orientam-se para que suas extremidades polares de glicerol-fosfato fiquem em 
contato com a face intracelular aquosa e o fluido extracelular, e as caudas lipídicas apolares fiquem entre as 
duas camadas; 
 Moléculas de colesterol inserem-se no meio da camada lipídica; 
 Proteínas integrais ficam estreitamente ligadas de maneira mais frouxa à superfície; 
 Carboidratos ligam-se tanto com as proteínas da membrana quanto com os lipídeos. 
 
 
PROTEÍNAS DE MEMBRANA 
 Uma membrana típica contém 50% da sua massa em proteínas, porém essa quantidade em membranas 
mielinizadas é < que 25% e na membrana mitocondrial interna e cloroplastos é em torno de 75%; 
 50 moléculas lipídicas para 1 molécula de proteínas; 
 Realizam muitas das funções específicas das membranas. 
 
Funções das proteínas de membrana 
 Transporte 
 Atividade enzimática 
 Transdução de sinal 
 Reconhecimento celular 
 Junção celular 
 Ancoragem (citoesqueleto, matriz extracelular) 
 
Tipos de proteínas de membrana 
 Proteínas integrais 
 Proteínas ancoradas à membrana 
 Proteínas periféricas 
 
1. Proteínas periféricas 
 Associadas fracamente à cabeça polar dos lipídeos ou a proteínas integrais via interações eletrostáticas 
(ligações iônicas e ou pontes de hidrogênio). 
 Importantes na sinalização, endocitose, na interação com lipid rafts e com o citoesqueleto. 
 Canais proteicos: consistem de proteínas que se estendem através da membrana formando um poro. 
o Canais iônicos: transportam íons ou água. 
P. ex.: bomba de sódio e potássio, canais de cálcio, aquaporina. 
 Proteínas transportadoras de íons ou moléculas 
P. ex.: transportadores de glicose (GLUTs) 
 
2. Proteínas ancoradas à membrana 
 Proteínas ancoradas a lipídeos 
o "Âncoras": cadeias de ácido graxo (miristil, palmitoil), grupo pernil (farnesil) 
 Proteínas ancoradas a GPI 
o O aminoácido C terminal da proteína está ligado a uma etanolamina, a qual está ligada a um 
oligossacarídeo associado ao grupamento polar do fosfatidilinositol. As cadeias de ácido graxo do 
fosfatidilinositol se encontram inseridas na bicamada lipídica. 
 
 
AULA 2 (18/08/20) – Célia Ambiel 
Proteínas de membrana funcionam como: 
 Proteínas estruturais (p. ex., distrofina) 
 Enzimas – p. ex., adenilato ciclase (ATP  AMPc) 
 Receptores – p. ex., receptor nicotínico (canal seletivo a Na+ e K+ que se abre mediante a ligação de 2 
moléculas de acetilcolina a um domínio extracelular) 
 Canais de passagem de água e íons 
o Canais de vazamento – sempre abertos  Transportam íons ou água de forma altamente seletiva. 
P. ex., canais de vazamento de Na+, K+ ou Ca++, aquaporinas 
Permeabilidade seletiva resulta das características do canal propriamento dito, como seu 
diâmetro, sua forma, e a natureza das características elétricas e das ligações químicas ao longo de 
suas superfícies internas. 
Proteínas ancoradas à lipídeos Proteína ancorada à GPI 
o Canais com comporta (aberto ou fechado)  Transportam apenas íons de forma altamente 
seletiva. Sua) comportas abrem ou fecham mediante um estímulo: 
 Químico – canais dependentes de ligantes 
 Elétrico – canais dependentes de voltagem 
 Mecânico – canais mecanodependentes 
 Transportadoras de íons e moléculas – proteína carreadora ou transportadora  fazem o transporte de 
íons e moléculas de forma altamente seletiva. 
o Um carreador que transporta um substrato é denominado uniporte. 
o Quando um carreador co-transporta duas ou mais moléculas na mesma direção através da 
membrana da célula, o processo é denominado simporte. 
o No antiporte, moléculas são trocadas em direções opostas, com uma movendo-se para dentro da 
célula e outra para fora. 
 
 
MAPA DAS PROTEÍNAS DE MEMBRANA 
 
 
TIPOS DE TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR 
1. TRANSPORTE PASSIVO OU DIFUSÃO 
 A favor do gradiente de concentração) 
 NÃO há consumo de energia metabólica. As moléculas ou íons se movem espontaneamente de uma área 
de alta concentração para uma área de baixa concentração. 
 Simples (sem mediadores) ocorre através da BICAMADA LIPÍDICA ou de CANAIS PROTEICOS. 
 Facilitado (com mediadores) via PROTEÍNAS CARREADORAS ou TRANSPORTADORAS. 
 
Random walk (caminhada aleatória) ou movimento browniano 
 O movimento de uma molécula é aleatório, sendo o resultado de uma sequência de corridas e choques 
com mudança de direção. Apesar do movimento ser aleatório, a molécula vai sempre se afastar de um 
ponto arbitrário de origem. 
 
Difusão 
 Resulta da agitação térmica (energia cinética) das moléculas e partículas. Cessa apenas na temperatura de 
zero absoluto (-273,15 °C). 
 É movimento espontâneo e irreversível e sempre ocorre do local onde a concentração do soluto é maior 
para o local onde a sua concentração é menor. 
 A difusão é um processo espontâneo, pois a variação total da entropia é maior que zero (ΔStotal> 0). 
 O sistema evolui para uma entropia maior do que a entropia inicial (antes do início da difusão). 
 A velocidade de uma molécula é diretamente proporcional à temperatura (energia cinética) e 
inversamente proporcional à massa da molécula. 
V = √𝟑𝐤𝐓/𝐦 
T = temperatura; 
k = constante de Boltzmann: constante física que relaciona temperatura e energia das moléculas (1.381 x 
10-23 J K-1); 
m= massa. 
↑Temperatura ↑Velocidade ↑Energia cinética 
 O tempo de difusão aumenta com o quadrado da distância: 
Ex.: uma molécula de glicose percorre 10 μm em alguns segundos; enquanto que, para uma distância de 
10 cm, levaria 11 anos! 
 
FLUXO UNIDIRECIONAL E FLUXO RESULTANTE 
 
No equilíbrio, os fluxos unidirecionais são iguais e, portanto, o fluxo resultante é zero. No caso de uma 
molécula neutra (sem carga), no equilíbrio asconcentrações 1 e 2 se igualarão. 
NOTA: Nos líquidos orgânicos, Equilíbrio  difusão efetiva = 0, o que, muitas vezes, é diferente de uniforme. 
Ex.: difusão de íons através da membrana celular. 
 
Fatores que afetam a taxa de difusão através de uma membrana celular: 
 Solubilidade lipídica 
 Tamanho molecular 
 Espessura da membrana 
 Gradiente de concentração 
 Área de superfície da membrana 
 Composição da camada lipídica 
 
Propriedades da difusão 
 Moléculas movem-se de uma área de maior concentração para uma área de menor concentração, 
ou seja, a favor do gradiente de concentração; 
 A difusão é um processo passivo (sem gasto de energia); 
 Existirá movimento efetivo entre as moléculas até que as concentrações sejam equivalentes (para 
moléculas sem cargas); 
 A difusão é rápida em distância curta e muito lenta em distância maior; 
 A difusão está diretamente relacionada com a temperatura; 
 A difusão é inversamente proporcional ao tamanho da molécula; 
 A difusão pode acontecer em um sistema aberto ou através de uma separação entre dois sistemas. 
 
DIFUSÃO SIMPLES 
a) Substâncias lipossolúveis; 
b) Substâncias pequenas hidrossolúveis (íons). 
 Substâncias lipossolúveis 
 Atravessam passivamente a bicamada lipídica (difusão simples). 
 Hormônios esteroides, colesterol, vitaminas A, D, E e K 
 O sentido do transporte é a favor do gradiente de concentração da partícula. 
 A facilidade de transporte (permeabilidade) depende do coeficiente de partição óleo/água. 
 Substâncias hidrossolúveis 
ÍONS - Partículas eletricamente carregadas necessitam de um corredor aquoso (canal iônico) para 
atravessarem a membrana. 
 
DIFUSÃO FACILITADA 
Moléculas orgânicas eletricamente neutras - (aminoácidos, glicose, etc.) necessitam de transportadores 
para atravessarem a membrana 
 A favor do gradiente de concentração 
 Apresenta saturação: o número de proteínas carreadoras é limitado. A quantidade máxima transportada 
terá um limite (Vmáx). 
 
2. TRANSPORTE ATIVO 
 Contra o gradiente de concentração. 
 HÁ consumo de energia metabólica. 
 As moléculas ou íons se movem de uma área de baixa concentração para uma área de alta concentração. 
 Somente ocorre com a participação de PROTEÍNAS CARREADORAS ou TRANSPORTADORAS. 
 Primário: energia metabólica (hidrólise de ATP) 
 Secundário: energia de outras fontes que não a metabólica 
 
Transporte ativo primário 
 Ocorre contra o gradiente de concentração. 
 A proteína carreadora (bomba) deve ter atividade ATPásica. 
 Ocorre gasto direto de energia. 
 A hidrólise de ATP fornece energia para o transporte. 
 Ex.: bomba de Na+/K+, bomba de Ca++, bomba de H+ 
 Apresenta saturação: o número de proteínas carreadoras (bombas) é limitado, a quantidade máxima 
transportada terá um limite (Vmáx). 
 
Transporte ativo secundário 
 É aquele no qual está acoplado o transporte de dois ou mais solutos, onde um soluto (geralmente o sódio) 
se move de acordo com seu gradiente eletroquímico e o outro soluto se move contra seu gradiente 
eletroquímico. 
 Assim não ocorre gasto direto de ATP, mas a energia é fornecida de modo indireto pelo transporte ativo 
(bomba de Na+/K+) que propiciou o gradiente de concentração do sódio. 
 O transporte ativo primário cria gradientes de concentração para o transporte ativo secundário. 
 Ex.: Cotransporte Na+/Glicose, Na+/aminoácidos nos enterócitos.