Resumo Cap 11

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CAPÍTULO 11 
Transporte de membrana de pequenas moléculas e propriedades 
elétricas das membranas 
 
Devido ao seu interior hidrofóbico, a bicamada lipídica das membranas celulares serve 
como uma barreira à passagem da maioria das moléculas polares. Essa função de barreira 
permite que a célula mantenha concentrações de solutos no citosol que são diferentes daquelas 
no líquido extracelular e em cada um dos compartimentos intracelulares delimitados por 
membranas. No entanto, para fazer uso dessa barreira, as células tiveram que desenvolver 
meios para transferir moléculas hidrossolúveis específicas e íons através das suas membranas 
para ingerir nutrientes essenciais, excretar produtos metabólicos tóxicos e regular 
concentrações intracelulares de íons. As células utilizam proteínas de transporte de membrana 
especializadas para desempenhar tais funções. A importância do transporte de pequenas 
moléculas é evidenciada pelo grande número de genes existente em todos os organismos que 
codificam as proteínas envolvidas no transporte através da membrana, correspondendo a 15 a 
30% das proteínas de membrana em todas as células. Algumas células de mamíferos, como 
neurônios e células renais, empregam até dois terços de seu consumo de energia metabólica 
nesses processos de transporte. 
 
PRINCÍPIOS DO TRANSPORTE DE MEMBRANA 
 
As bicamadas lipídicas livres de proteínas são impermeáveis a íons 
 
Se fornecido tempo suficiente, praticamente qualquer molécula se difundirá através de 
uma bicamada lipídica livre de proteínas a favor de seu gradiente de concentração. A taxa em 
que acontece essa difusão, todavia, varia muito, dependendo em parte do tamanho da 
molécula, mas, sobretudo, da sua hidrofobicidade relativa (solubilidade em lipídeos). Em 
geral, quanto menores e mais hidrofóbicas, ou apolares, mais facilmente as moléculas se 
difundirão através da bicamada lipídica.As pequenas moléculas polares sem carga, como água 
ou ureia, também se difundem através da bicamada, embora muito mais lentamente (​Figura 
11-1​ ). 
 
1 
 
 
 
 
Existem duas classes principais de proteínas de transporte de 
membrana: transportadoras e de canal 
As proteínas transportadoras e as proteínas de canal são as duas principais classes de 
proteínas de transporte de membrana (​Figura 11-3​). 
 
As ​proteínas transportadoras (também chamadas de ​carreadoras, ou permeases​) 
ligam-se ao soluto específico a ser transportado e sofrem uma série de alterações de 
conformação que levam à exposição alternada dos sítios de ligação ao soluto em um dos lados 
da membrana e, a seguir, no outro lado, para transferir o soluto através desta. As ​proteínas de 
canal​, em contraste, interagem muito mais fracamente com o soluto a ser transportado. Elas 
formam poros contínuos e que atravessam a bicamada lipídica. Quando abertos, esses poros 
permitem 
a passagem de solutos específicos (como íons inorgânicos de tamanho e carga 
adequados e, em alguns casos, de pequenas moléculas como água, glicerol e amônia) através 
da membrana. Não é surpreendente que o transporte por meio de proteínas de canal ocorra a 
uma velocidade muito mais rápida do que o transporte mediado por proteínas transportadoras. 
2 
 
Apesar de a água ser capaz de difundir-se lentamente a través de bicamadas lipídicas 
sintéticas, as células usam proteínas de canais específicas (denominadas ​canais de água, ou 
aquaporinas)​que aumentam enormemente a permeabilidade de suas membranas à água, como 
será discutido adiante. 
 
O transporte ativo é mediado por proteínas transportadoras 
acopladas a uma fonte de energia 
Todas as proteínas de canal e muitas proteínas transportadoras somente permitem a 
passagem passiva dos solutos pela membrana (“morro abaixo”), um processo denominado 
transporte passivo.Seu ​gradiente de concentração – que conduz o transporte passivo e 
determina sua direção (Figura 11-4A).Se, no entanto, o soluto porta uma carga líquida, tanto 
seu gradiente de concentração como a diferença de potencial elétrico através da membrana, o 
potencial de membrana, influenciarão seu transporte. O gradiente de concentração e o 
gradiente elétrico podem ser combinados para formar uma força motriz líquida, o gradiente 
eletroquímico, para 
cada soluto carregado (​Figura 11-4B​). 
 
 
Como ilustrado na ​(Figura 11-4A )​, além do transporte passivo, as células precisam 
ser capazes de bombear ativamente determinados solutos através da membrana “morro 
3 
 
acima”, em sentido contrário a seus gradientes eletroquímicos. Este transporte ativo é 
mediado por transportadoras cuja capacidade de bombeamento é direcional por serem 
fortemente acopladas a uma fonte de energia metabólica, como um gradiente iônico ou a 
hidrólise de ATP, conforme será discutido mais adiante. O movimento de pequenas moléculas 
através de membranas mediado por transportadoras pode ser tanto ativo quanto passivo, ao 
passo que o movimento mediado por canais será sempre passivo (ver Figura 11-4A). 
 
PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS E O TRANSPORTE ATIVO DE 
MEMBRANA 
 
Cada tipo de proteína transportadora tem um ou mais sítios de ligação específicos para 
seu soluto (substrato). Elas transportam o soluto através da bicamada lipídica via uma série de 
alterações reversíveis de conformação que, alternadamente, expõem o sítio de ligação ao 
soluto em um lado e em outro da membrana – mas nunca em ambos os lados ao mesmo 
tempo.A transição ocorre via um estado intermediário, no qual o soluto encontra-se 
inacessível, ou ocluído, em relação a ambos os lados da membrana (​Figura11-5​). 
 
 
Quando o transportador está saturado (ou seja, quando todos os sítios de ligação ao 
soluto estão ocupados), a velocidade (ou taxa) de transporte é máxima. 
A Vmáx indica a taxa na qual um carreador pode alternar entre seus estados 
conformacionais. Além disso, cada proteína transportadora tem uma afinidade característica 
por seu soluto, refletida no Km da reação, que é igual à concentração do soluto quando a taxa 
de transporte é metade do seu valor máximo. Como ocorre com as enzimas, a ligação do 
soluto pode ser bloqueada por inibidores competitivos (que competem pelo mesmo sítio de 
ligação, podendo ou não ser transportados) ou por inibidores não competitivos (que se ligam 
em qualquer outra parte do transportador e alteram sua estrutura). 
4 
 
Para ligar uma proteína transportadora a uma fonte de energia visando bombear um 
soluto “morro acima”, contra seu gradiente eletroquímico. As células realizam tal transporte 
ativo de três principais formas (​Figura 11-7​): 
 
 
 
1. Os transportadores acoplados vinculam a energia estocada em gradientes de con- 
centração para acoplar o transporte através da membrana de um soluto na direção 
de seu gradiente ao transporte de outro soluto no sentido contrário ao seu. 
2. As bombas dirigidas por ATP acoplam o transporte contra o gradiente à hidrólise 
de ATP. 
3. As bombas dirigidas por luz ou reações redox, encontradas em bactérias, arqueas, 
mitocôndrias e cloroplastos, acoplam o transporte no sentido do gradiente à ener- 
gia obtida da luz, como no caso da bacteriorrodopsina,ou obtida de uma reaçãoredox, 
como no caso da citocromo c oxidase. 
 
O transporte ativo pode ser dirigido por gradientes de concentração 
de íons 
 
Algumas proteínas transportadoras simples e passivamente transportam um único 
soluto de um lado a outro da membrana sob uma taxa determinada por seus Vmáx e Km; elas 
são denominadas ​uniportes​. Outras atuam como transportadores acoplados, nos quais a 
transferência de um soluto é estritamente dependente do transporte de um segundo. O 
transporte acoplado envolve a transferência simultânea de um segundo soluto na mesma 
direção, realizado pelos ​simportes (também chamados de cotransportadores), ou a 
5 
 
transferência de um segundo soluto na direção oposta, realizado por ​antiportes (também 
chamados de permutadores) (​Figura 11-8​). 
 
 
Assim como as enzimas, os transportadores podem atuar no sentido reverso se os 
gradientes de íons e solutos forem ajustados experimentalmente de forma adequada. 
Essa simetria química está espelhada em sua estrutura física.Em bactérias, leveduras e 
plantas, assim como em diversas organelas envoltas por membranas de células animais, a 
maioria dos sistemas de transporte acionados por íons depende de gradientes de H+, e não de 
gradientes de Na+, refletindo a predominância de bombas de H+ nessas membranas. Um 
gradiente eletroquímico de H+ através da membrana plasmática bacteriana, por exemplo, 
dirige o transporte ativo de diversos açúcares e aminoácidos para o interior da membrana. 
 
As proteínas transportadoras na membrana plasmática regulam o pH 
citosólico 
 
A maioria das proteínas opera de forma excelente em um pH específico. As enzimas 
lisossômicas, por exemplo, funcionam melhor no pH baixo (cerca de 5) encontrado nos 
lisossomos, enquanto as enzimas citosólicas atuam melhor no pH próximo ao neutro (em 
torno de 7,2) encontrado no citosol. É, portanto, fundamental que as células sejam capazes de 
controlar o pH de seus compartimentos intracelulares.O pH do interior da célula regula ambos 
os permutadores; quando o pH citosólico diminui, ambos os permutadores aumentam suas 
atividades. 
O pH intracelular não é inteiramente regulado por transportadores na membrana 
plasmática: bombas de H+ dirigidas por ATP são usadas para controlar o pH de diversos 
compartimentos intracelulares. Como discutido no Capítulo 13, bombas de H+ mantêm o pH 
6 
 
baixo nos lisossomos, bem como nos endossomos e nas vesículas secretoras. Essas bombas de 
H+ utilizam a energia de hidrólise de ATP para bombear H+do citosol para o interior dessas 
organelas. 
 
Uma distribuição assimétrica de proteínas transportadoras nas 
células epiteliais está por trás do transporte transcelular de solutos 
 
Em células epiteliais, como aquelas envolvidas na absorção de nutrientes no intestino, 
as proteínas transportadoras estão distribuídas de maneira não uniforme na membrana 
plasmática e, portanto, contribuem para o transporte transcelular dos solutos absorvidos. Por 
meio das ações das proteínas transportadoras nessas células, os solutos são transportados pela 
camada de células epiteliais para o líquido extracelular, a partir de onde passarão à corrente 
sanguínea. 
Em muitas dessas células epiteliais, a área de membrana plasmática é extremamente 
aumentada pela formação de milhares de microvilosidades, que se estendem como finas 
projeções em forma de dedo a partir da superfície apical de cada célula. Tais microvilosidades 
podem aumentar a área total de absorção de uma célula em mais de 25 vezes, aumentando, 
portanto, sua capacidade de transporte.Os gradientes de íons desempenham um papel 
fundamental conduzindo vários processos essenciais de transporte nas células. As bombas de 
íons que utilizam a energia de hidrólise de ATP estabelecem e mantêm esses gradientes. 
 
Existem três classes de bombas dirigidas por ATP 
 
As bombas dirigidas por ATP frequentemente são denominadas ATPases 
transportadoras, pois hidrolisam ATP em ADP e fosfato e usam a energia liberada para 
bombear íons ou outros solutos através de uma membrana. Existem três principais classes de 
bombas dirigidas por ATP (​Figura 11-12​), e representantes de cada uma dessas classes são 
encontrados em todas as células de eucariotos e procariotos. 
7 
 
 
 
1. ​Bombas tipo P são estrutural e funcionalmente relacionadas a proteínas 
transmembrana de passagem múltipla. Elas são denominadas “tipo P” pois se autofosforilam 
(do inglês, phosphorylate) durante o ciclo de bombeamento. Essa classe inclui diversas 
bombas de íons que são responsáveis pelo estabelecimento e pela manutenção de gradientes 
de Na+, K+, H+ e Ca2+ através das membranas celulares. 
2. ​Transportadores ABC (ATP-binding cassette transporters) distinguem-se 
estruturalmente das ATPases do tipo P e bombeiam principalmente moléculas pequenas 
através das membranas celulares. 
3. ​Bombas tipo V ​são máquinas proteicas semelhantes a turbinas, construídas a partir 
de múltiplas subunidades diferentes. A bomba de próton tipo V transfere H+ para o interior de 
organelas como os lisossomos, vesículas sinápticas e vacúolos de plantas ou leveduras (V = 
vacuolar), para acidificar o interior dessas organelas. 
 
Uma bomba ATPase tipo P bombeia Ca2+ para o interior do retículo 
sarcoplasmático em células musculares 
 
As células eucarióticas mantêm concentrações muito baixas de Ca2+ livre no seu 
citosol (cerca de 10-7 M) em comparação com as concentrações extracelulares de Ca2+, 
muito mais altas (em torno de 10-3 M).A bomba de Ca2+, ou Ca2+ATPase, na membrana do 
retículo sarcoplasmático (RS) de células da musculatura esquelética, é uma ATPase de 
transporte tipo T bastante conhecida. 
A hidrólise de uma ligação fraca aspartato-fosforil faz a bomba retornar à sua 
conformação inicial, e o ciclo pode ser reiniciado. A autofosforilação transitória da bomba 
durante seu ciclo é uma característica essencial de todas as bombas do tipo P. 
8 
 
 
A bomba de Na+-K+ da membrana plasmática estabelece gradientes 
de Na+ e K+ através da membrana plasmática 
 
A concentração de K+ costuma ser 10 a 30 vezes maior no interior celular do que no 
exterior, enquanto o contrário é verdadeiro para o Na+. Uma bomba de Na+-K+, ou ATPase 
Na+-K+,encontrada na membrana plasmática de praticamente todas as células animais 
mantém essas diferenças de concentração. Assim como a bomba de Ca2+, a bomba de 
Na+-K+ pertence à família das ATPases do tipo P e opera como um antiporte dirigida por 
ATP, bombeando ativamente Na+ para fora da célula, em sentido contrário a seu gradiente 
eletroquímico, e bombeando o K+ para o interior da célula (Figura 11-15). 
 
 
 
 
Os transportadores ABC constituem a maior família de proteínas de 
transporte de membrana 
 
Os transportadores ABC, assim denominada pelo fato de cada um de seus membros 
conter dois domínios ATPase altamente conservados, ou “cassetes”de ligação ao ATP 
(ATP-binding cassettes), na face citosólica da membrana. A ligação de ATP aproxima os dois 
domínios ATPase, e a hidrólise de ATP leva à sua dissociação ​(Figura 11-16). 
9 
 
 
​Esses movimentos dos domínios citosólicos são transmitidospara os segmentos 
transmembrana, dando origem a ciclos de alterações na conformação que expõem 
alternadamente os sítios de ligação a soluto em uma face da membrana e, a seguir, na face 
oposta, da mesma forma que vimos para as outras transportadoras. Assim, os transportadores 
ABC recolhem a energia liberada pela ligação e hidrólise de ATP para coordenar o transporte 
de solutos através da bicamada. O transporte é direcionado, rumo ao interior ou ao exterior, 
dependendo da ocorrência de uma alteração de conformação específica no sítio de ligação ao 
soluto, que está associada à hidrólise de ATP 
A superfamília de transportadores ABC é a maior família de proteínas de trans- 
porte de membrana e apresenta grande importância clínica. Nessa família estão 
incluídas as proteínas responsáveis pela fibrose cística, pela resistência a fármacos em células 
cancerosas e em parasitas que causam a malária, e pelo bombeamento de peptídeos derivados 
de patógenos no RE para que os linfócitos citotóxicos reconheçam a superfície de células 
infectadas. 
 
 
 
10 
 
PROTEÍNAS DE CANAL E AS PROPRIEDADES ELÉTRICAS 
DAS MEMBRANAS 
 
Diferentemente das proteínas transportadoras, os canais formam poros que atravessam 
a membrana. Uma classe de proteínas de canal encontrada em quase todos os animais forma 
junções do tipo fenda (gap junctions) entre células adjacentes; cada membrana plasmática 
contribui igualmente para a formação do canal, que conecta o citoplasma das duas células. 
Os canais não podem ser acoplados a uma fonte de energia para realizar transporte 
ativo, logo o transporte que é mediado por eles é sempre passivo (“morro abaixo”). Assim, a 
função dos canais iônicos é permitir a difusão rápida de íons inorgânicos específicos – 
sobretudo Na+, K+, Ca2+ ou C – a favor dos seus gradientes eletroquímicos através da 
bicamada lipídica. 
 
As aquaporinas são permeáveis à água, mas impermeáveis a íons 
 
Além da difusão direta da água através da bicamada lipídica, algumas células 
procarióticas e eucarióticas possuem canais de água, ou aquaporinas, inseridos em suas 
membranas plasmáticas para permitir um movimento mais rápido da água. As aquaporinas 
são particularmente abundantes em células de animais que devem transportar água em taxas 
elevadas, como células epiteliais do rim ou células exócrinas que devem transportar ou 
secretar, respectivamente, grandes volumes de fluidos.As aquaporinas devem resolver um 
problema que é o oposto daquele enfrentado 
Pelos canais iônicos. Para evitar a disrupção de gradientes iônicos através das 
membranas, elas devem permitir a rápida passagem de moléculas de água ao mesmo tempo 
em que devem impedir completamente a passagem de íons. A estrutura tridimensional da 
aquaporina revela como ela atinge essa incrível seletividade. Os canais possuem um poro 
estreito que permite que as moléculas de água atravessem em fila única, seguindo o caminho 
de oxigênios carbonila que revestem um dos lados do poro. 
 
Os canais iônicos são íon-seletivos e alternam entre os estados 
aberto e fechado 
 
11 
 
Os canais iônicos distingue,-se de simples poros aquosos basicamente por duas 
propriedades importantes.O primeiro eles mostram seletividade a íons,permitindo a passagem 
de alguns íons inorgânicos, mas outros não.Os poros são de tal forma que somente íons de 
tamanho e carga apropriados podem passar.Os íons ao passar pelo canal perdem todas ou a 
maioria das moléculas de água associadas a eles(​ figura 11-21​). 
 
 
A segunda distinção entre os canais iônicos e poros aquosos simples é que os canais 
nao estao abertos continualmente.Na maioria dos casos,o canal se abre em resposta a um 
estímulo específico que pode ser uma variação na voltagem da membrana,estresse mecânico 
ou ligação de um ligante (​figura 11-22​). 
 
 
12 
 
 
 
O potencial de membrana em células animais depende principalmente 
dos canais de escape de K+ e do gradiente de K+ através da membrana 
plasmática 
 
Um potencial de membrana origina-se quando existe uma diferença na carga elétrica 
entre os dois lados de uma membrana, devido a um leve excesso de íons positivos sobre os 
negativos em um lado e a um leve déficit no outro. Tais diferenças de carga podem resultar 
tanto de bombeamento eletrogênico ativo, quanto de difusão passiva de íons. 
A manutenção do equilíbrio é realizada predominantemente pelo K+, que é bombeado 
ativamente para dentro da célula pela bomba de Na+ -K+ e que pode, também, mover-se 
livremente para o interior ou para o exterior pelos canais de escape de K+ na membrana 
plasmática. Por causa da presença desses canais, o K+ quase alcança o equilíbrio, onde uma 
força elétrica exercida por um excesso de cargas negativas que atraem K+ para a célula 
contrabalança a tendência de escape do K+ para fora a favor do seu gradiente de 
concentração. O potencial de membrana (da membrana plasmática) é a manifestação dessa 
força elétrica, e seu valor de equilíbrio pode ser calculado a partir da magnitude do gradiente 
de concentração de K+. 
 
O potencial de repouso decai lentamente quando a bomba de Na+ -K+ 
é interrompida 
 
O movimento de apenas um número muito pequeno de íons através da membrana 
plasmática por canais iônicos é suficiente para estabelecer o potencial de membrana. Assim, 
pode-se pensar no potencial de membrana como formado de movimentos de carga que 
praticamente não afetam as concentrações de íons e que resulta em uma pequena diferença no 
número de íons positivos e negativos nos dois lados da membrana ​(Figura 11-23​). Além 
disso, esses movimentos de carga em geral são rápidos, ocorrendo em poucos milissegundos 
ou menos. 
13 
 
 
 
A estrutura tridimensional de um canal de K+ bacteriano mostra 
como um canal iônico pode funcionar 
 
A incrível habilidade dos canais iônicos de combinar seletividade iônica fina e uma 
alta condutância tem intrigado os cientistas. Os canais de escape de K+, por exemplo, 
conduzem K+ 10 mil vezes mais rápido do que Na+, embora os dois íons sejam esferas sem 
características distintivas, com diâmetros similares (0,133 nm e 0,095 nm,respectivamente). 
Uma substituição de um único aminoácido no poro de um canal de K+ de uma célula animal 
pode resultar em uma perda de seletividade iônica e morte celular. A seletividade normal pelo 
K+ não pode ser explicada pelo tamanho do poro, pois o Na+ é menor do que o K+. Além 
disso, a alta velocidade de condutância é incompatível com a possibilidade de o canal ter 
sítios seletivos de ligação a K+, com alta afinidade, uma vez que a ligação de íons K+ em tais 
sítios tornaria muito lenta sua passagem. 
A estrutura de um canal de K+ bacteriano foi determinada por cristalografia de raios 
X. O canal é constituído por quatro subunidades transmembrana idênticas, que, em conjunto, 
compõem um poro central através da membrana. Cada subunidade contribui com duas 
a-hélices transmembrana que são inclinadas para o exterior na membrana e, juntas, formam 
um cone, cuja extremidade mais larga está voltada para o exteriorda célula, onde íons K+ 
deixam o canal (​Figura 11-24​). 
14 
 
 
 
 
A cadeia polipeptídica que conecta as duas hélices transmembrana forma uma curta 
a-hélice (hélice do poro) e uma alça essencial que forma uma projeção na seção larga do cone 
para formar o filtro de seletividade. As alças de seletividade das quatro subunidades formam 
um poro curto, estreito e rígido, revestido pelos átomos de oxigênio carbonila da sua cadeia 
principal de polipeptídeos. Visto que as alças de seletividade de todos os canais de K+ 
conhecidos apresentam sequências semelhantes de aminoácidos, é provável que elas formem 
estruturas bastante similares. 
 
Canais mecanossensíveis protegem as células de bactérias contra 
pressões osmóticas extremas 
 
​Todos os organismos, de bactérias unicelulares a animais e plantas multicelulares, 
devem ser capazes de perceber e responder a forças mecânicas provenientes do ambiente 
externo (como som, toque, pressão, forças de estiramento e gravidade) e a forças provenientes 
de seu ambiente interno (como pressão osmótica e dobramento da membrana). Sabe-se que 
diversas proteínas são capazes de responder a tais forças mecânicas, e um amplo subconjunto 
dessas proteínas foi identificado como possíveis ​canais mecanossensíveis​, apesar de poucas 
delas terem sido de fato associadas diretamente a canais de íons mecanicamente ativados. 
15 
 
 
A função de uma célula nervosa depende de sua estrutura alongada 
 
Um neurônio, ou célula nervosa, é receber, conduzir e transmitir sinais. Para 
desempenhar essas funções, os neurônios costumam ser extremamente longos. Em humanos, 
por exemplo, um único neurônio, estendendo-se desde a medula espinal até um músculo no 
pé, pode alcançar até 1 metro de comprimento. 
Cada neurônio consiste em um corpo celular (contendo o núcleo) e uma série de 
pequenos processos, protuberâncias finas, irradiando-se a partir do corpo. Em geral, um longo 
axônio conduz sinais do corpo celular para alvos distantes, e vários dendritos curtos e 
ramificados estendem-se do corpo celular como antenas, fornecendo uma grande área de 
superfície para a recepção de sinais dos axônios de outros neurônios apesar de o próprio corpo 
celular também receber tais sinais. 
 
Os canais de cátion controlados por voltagem geram potenciais de 
ação em células eletricamente excitáveis 
 
A membrana plasmática de todas as células eletricamente excitáveis – não apenas dos 
neurônios, mas também das células musculares, endócrinas e dos óvulos – contêm canais de 
cátion controlados por voltagem​, responsáveis pela geração de potenciais de ação. Um 
potencial de ação é desencadeado por uma despolarização da membrana plasmática – ou 
seja, por uma alteração no potencial de membrana para um valor menos negativo em seu 
interior. 
 
O uso de canal-rodopsinas revolucionou o estudo dos circuitos neurais 
 
As ​canal-rodopsinas ​são canais de íon fotossensíveis que se abrem em resposta à luz. 
Eles evoluíram como receptores sensoriais em algas verdes fotossintéticas para permitir que 
as algas migrarem em direção à luz. A estrutura da canal-rodopsina é bastante semelhante à da 
bacteriorrodopsina. Ela contém um grupo retinal ligado covalentemente que absorve luz e 
sofre uma reação de isomerização, que induz uma alteração na conformação da proteína, 
abrindo um canal iônico na membrana plasmática. Em contraste com a bacteriorrodopsina, 
16 
 
que é uma bomba de prótons dirigida por luz, a canal-rodopsina é um canal catiônico dirigido 
por luz. 
 
A mielinização aumenta a velocidade e a eficácia da propagação do 
potencial de ação em células nervosas 
 
Os axônios de muitos neurônios de vertebrados são envolvidos por uma bainha de 
mielina, que aumenta muito a velocidade na qual um axônio pode conduzir um potencial de 
ação. A importância da mielinização é demonstrada dramaticamente pela doença 
desmielinizante esclerose múltipla, na qual o sistema imunológico destrói as bainhas de 
mielina em algumas regiões do sistema nervoso central; nas regiões afetadas, a propagação do 
impulso nervoso consideravelmente retarda, falha ou é ausente, muitas vezes com 
consequências neurológicas devastadoras.A mielina é formada por células de suporte 
especializadas não neuronais, chamadas de ​células da glia​. As células de Schwann são as 
células da glia que mielinizam axônios em nervos periféricos, e os oligodendrócitos 
mielinizam axônios no sistema nervoso central. 
 
O registro de patch-clamp indica que os canais iônicos individuais 
abrem de maneira “tudo ou nada” 
 
Os registros de ​patch-clamp indicaram que os canais iônicos individuais abrem de 
modo “tudo ou nada”. Por exemplo, um canal de Na+ controlado por voltagem abre e fecha 
aleatoriamente, mas, quando aberto, o canal tem sempre a mesma condutância grande, 
permitindo a passagem de mais de mil íons por milissegundo.Portanto, o agregado de 
correntes que passa pela membrana de uma célula não indica o grau de abertura de um canal 
individual típico, mas sim o número total de canais na membrana que estão abertos em um 
dado momento. 
 
Os canais de cátion controlados por voltagem são evolutiva e 
estruturalmente relacionados 
 
A membrana plasmática de todas as células eletricamente excitáveis – não apenas dos 
neurônios, mas também das células musculares, endócrinas e dos óvulos – contêm ​canais de 
17 
 
cátion controlados por voltagem​, responsáveis pela geração de potenciais de ação. Um 
potencial de ação é desencadeado por uma ​despolarização da membrana plasmática – ou 
seja, por uma alteração no potencial de membrana para um valor menos negativo em seu 
interior. 
 
 
Os canais de cátion controlados por voltagem são evolutiva e 
estruturalmente relacionados 
 
Os canais de Na+ não são o único tipo de canal catiônico controlado por voltagem que 
pode gerar um potencial de ação. Os potenciais de ação em algumas células musculares, 
óvulos e células endócrinas, por exemplo, dependem de canais de Ca2+ controlados por 
voltagem em vez de canais de Na+. 
 
 
Diferentes tipos de neurônios apresentam propriedades de disparo 
características e estáveis 
 
Os neurônios podem ser classificados funcionalmente em diferentes tipos, em parte 
com base na sua propensão em disparar potenciais de ação e em seu padrão de pulso. Por 
exemplo, alguns neurônios disparam potenciais de ação frequentemente, enquanto outros 
pulsam raramente. As propriedades de pulso de cada tipo de neurônio são determinadas em 
grande parte pelos canais de íon que a célula expressa. O número de canais iônicos na 
membrana de um neurônio não é fixo: conforme as condições mudam, um neurônio pode 
modificar o número de canais despolarizantes (Na+ e Ca2+) e hiperpolarizantes (K+) e 
manter suas proporções ajustadas a fim de manter seu comportamento de pulso característico 
em um exemplo impressionante de controle homeostático. Os mecanismos moleculares 
envolvidos nesse controle permanecem um grande mistério. 
 
Os canais iônicos controlados por transmissor convertem sinais 
químicos em sinaiselétricos nas sinapses químicas 
 
18 
 
Os sinais neuronais são transmitidos de uma célula a outra em sítios especializados de 
contato conhecidos como sinapses. O mecanismo normal de transmissão é indireto. As células 
são isoladas eletricamente uma da outra, sendo a célula pré-sináptica separada da célula 
pós-sináptica por uma estreita fenda sináptica. 
Os canais de íon controlados por transmissores, também denominados receptores 
ionotrópicos​, são construídos de forma a rapidamente converter sinais químicos 
extracelulares em sinais elétricos nas sinapses químicas. 
 
As sinapses químicas podem ser excitatórias ou inibitórias 
 
Os canais iônicos controlados por transmissor diferem entre si de várias formas 
importantes. Primeiro, como receptores, eles apresentam sítios de ligação altamente seletivos 
para o neurotransmissor liberado a partir do terminal nervoso pré-sináptico. Segundo, como 
canais, eles são seletivos ao tipo de íon que cruzará a membrana plasmática; isso determina a 
natureza da resposta pós-sináptica. Os neurotransmissores excitatórios abrem canais de cátion 
provocando um influxo de Na+ e, em muitos casos de Ca2+, que despolariza a membrana 
pós-sináptica em direção ao potencial limiar para disparar um potencial de ação. Os 
neurotransmissores inibitórios, ao contrário, abrem canais de Cl– ou canais de K+, e isso 
suprime o pulso, pois dificulta que os neurotransmissores excitatórios despolarizarem a 
membrana pós-sináptica. Muitos transmissores podem ser excitatórios ou inibitórios, 
dependendo de onde são liberados, com quais receptores eles se ligam e das condições iônicas 
que encontram. A acetilcolina, por exemplo, pode excitar ou inibir, dependendo do tipo de 
receptores de acetilcolina aos quais se liga. Geralmente, entretanto, a acetilcolina, o glutamato 
e a serotonina são usados como transmissores excitatórios, e o ácido-aminobutírico (GABA) e 
a glicina são usados como transmissores inibitórios. O glutamato, por exemplo, medeia a 
maior parte da sinalização excitatória no cérebro dos vertebrados. 
No entanto, nem toda sinalização química no sistema nervoso opera por meio desses 
canais iônicos controlados por ligantes ionotrópicos. Na verdade, a maioria das moléculas de 
neurotransmissores secretadas por terminais nervosos, incluindo uma grande variedade de 
neuropeptídeos, liga-se a receptores metabotrópicos, que regulam canais iônicos apenas 
indiretamente pela ação de pequenas moléculas de sinal intracelulares . Todos os receptores 
de neurotransmissores caem em uma ou outra dessas duas classes principais – ionotrópicos ou 
metabotrópicos – dependendo dos seus mecanismos de sinalização: 
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1. Receptores ionotrópicos são canais iônicos e atuam em sinapses químicas rápidas. 
Tanto a acetilcolina quanto a glicina, o glutamato e o GABA atuam em canais de íons 
controlados por transmissores, mediando sinalização excitatória ou inibitória que costuma ser 
imediata, simples e breve. 
2. Receptores metabotrópicos são receptores acoplados à proteína G (discutidos no 
que se ligam a todos os outros neurotransmissores (e, confusamente, também à acetilcolina, 
ao glutamato e ao GABA). A sinalização mediada por ligação de ligantes a receptores 
metabotrópicos tende a ser muito mais lenta e mais complexa do que a mediada pelos 
receptores ionotrópicos e mais duradoura em suas consequências. 
 
Os receptores de acetilcolina na junção neuromuscular são canais de 
cátion controlados por transmissores excitatórios 
 
Um exemplo bem estudado de um canal iônico controlado por transmissor é o receptor 
de acetilcolina das células musculoesqueléticas. Esse canal é transitoriamente aberto pela 
liberação de acetilcolina pelo terminal nervoso na junção neuromuscular – a sinapse química 
especializada entre um neurônio motor e uma célula musculoesquelética. Essa sinapse foi 
bastante investigada por ser facilmente acessível a estudos eletrofisiológicos, ao contrário da 
maioria das sinapses do sistema nervoso central, ou seja, do cérebro e da medula espinal em 
vertebrados. Além disso, em uma junção neuromuscular os receptores de acetilcolina estão 
densamente empacotados na membrana plasmática de células musculares (cerca de 20 mil 
desses receptores por m2), com relativamente poucos receptores em outro lugar na mesma 
membrana. 
 
 
Os neurônios contêm muitos tipos de canais controlados por 
transmissores 
 
Para cada classe de canal iônico controlado por transmissor, existem formas 
alternativas de cada tipo de subunidade, que podem ser codificadas por genes distintos ou 
então geradas por splicing alternativo do RNA de um único produto gênico. Essas 
subunidades reúnem-se em combinações variadas para formar um conjunto extremamente 
diverso de subtipos distintos de canais, com diferentes afinidades a ligantes, diferentes 
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condutâncias de canal, diferentes taxas de abertura e fechamento e diferentes sensibilidades a 
fármacos e toxinas. 
 
A transmissão neuromuscular envolve a ativação sequencial de cinco 
conjuntos diferentes de canais iônicos 
 
O impulso nervoso estimula a contração de uma célula muscular, ilustra a importância 
dos canais iônicos para células eletricamente excitáveis. Essa resposta aparentemente simples 
requer a ativação sequencial de, pelo menos, cinco conjuntos diferentes de canais iônicos em 
um intervalo de poucos milissegundos ​(Figura 11-39​). 
 
 
1. O processo é iniciado quando um impulso nervoso atinge o terminal nervoso e 
despolariza a membrana plasmática do terminal. A despolarização abre tempora 
riamente canais de Ca2+ controlados por voltagem nessa membrana pré-sináptica. Como a 
concentração de Ca2+ no exterior celular é mais de mil vezes maior do que a concentração de 
Ca2+ livre no interior da célula, o Ca2+ flui para o terminal nervoso. O aumento na 
concentração de Ca2+ no citosol do terminal nervoso desencadeia a liberação local de 
acetilcolina por exocitose na fenda sináptica. 
2. A acetilcolina liberada liga-se a receptores de acetilcolina na membrana plasmática 
da célula muscular, abrindo temporariamente os canais catiônicos a eles associados. O influxo 
de Na+ resultante induz uma despolarização local da membrana. 
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3. A despolarização local abre canais de Na+ controlados por voltagem nessa 
membrana, permitindo a entrada de mais Na+, que despolariza ainda mais a membrana. Como 
consequência, os canais de Na+ controlados por voltagem adjacentes abrem-se, e é provocada 
uma despolarização autopropagada (um potencial de ação) que se espalha, envolvendo a 
membrana plasmática inteira. 
4. A despolarização generalizada da membrana plasmática da célula muscular ativa 
canais de Ca2+ controlados por voltagem nos túbulos transversais,dessa membrana. 
5. Isso, por sua vez, faz os canais de liberação de Ca2+ em uma região adjacente à 
membrana do retículo sarcoplasmático (RS) abrirem transitoriamente e liberarem o Ca2+ 
estocado no RS para o interior do citosol. O túbulo T e as membranas do RS estão 
proximamente associados com os dois tipos de canais unidos em uma estrutura especializada, 
na qual a ativação docanal de Ca2+ controlado por voltagem na membrana plasmática do 
túbulo T provoca uma mudança conformacional do canal que é transmitida mecanicamente 
para o canal de liberação de Ca2+ na membrana do RS, abrindo-o e permitindo que o Ca2+ 
flua do lúmen do RS para o citoplasma. Esse aumento repentino na concentração de Ca2+ 
citosólico provoca a contração das miofibrilas na célula muscular. 
 
Neurônios individuais são dispositivos computacionais complexos 
 
No sistema nervoso central, um único neurônio pode receber informação de milhares 
de outros neurônios e pode, por sua vez, formar sinapses com milhares de outras células. 
Vários milhares de terminais nervosos, por exemplo, fazem sinapses em um neurônio motor 
médio na medula espinal, cobrindo quase completamente seu corpo celular e dendritos. 
Algumas dessas sinapses transmitem sinais do cérebro ou da medula espinal; outras trazem 
informações sensoriais dos músculos ou da pele. O neurônio motor deve combinar a 
informação recebida de todas essas fontes e reagir disparando potenciais de ação ao longo do 
seu axônio ou permanecendo em repouso. 
 
A computação neuronal requer uma combinação de pelo menos três 
tipos de canais de K+ 
 
A intensidade da estimulação que um neurônio recebe é codificada pelo neurônio em 
uma frequência do potencial de ação para transmissão de longa distância. A codificação 
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ocorre em uma região especializada da membrana axonal conhecida como o segmento inicial, 
ou cone axônico, na junção do axônio e do corpo da célula.Essa membrana é rica em canais 
de Na+ controlados por voltagem; mas ela também contém pelo menos quatro outras classes 
de canais iônicos – três seletivos para K+ e um seletivo para Ca2+ – que contribuem para a 
função de codificação do cone axônico. As três variedades de canais de K+ apresentam 
propriedades diferentes; vamos nos referir a esses canais como canais de K+ tardios, precoces 
(ou de rápida inativação) e ativados por Ca2+. 
 
A potencialização de longo prazo (LTP) no hipocampo de mamíferos 
depende da entrada de Ca2+ pelos canais receptores NMDA 
 
Isso significa que os receptores NMDA normalmente são ativados apenas quando os 
receptores AMPA também são ativados e despolarizam a membrana. Os receptores NMDA 
são essenciais para a LTP. Quando eles são seletivamente bloqueados com um inibidor 
específico ou inativados geneticamente, a LTP não ocorre, embora a transmissão sináptica 
comum continue, indicando a importância dos receptores NMDA para indução de LTP. Esses 
animais apresentam déficits específicos nas suas capacidades de aprendizado, mas 
comportam-se quase normalmente quanto a outros aspectos. 
Como os receptores NMDA medeiam a LTP? A resposta é que esses canais, quando 
abertos, são fortemente permeáveis ao Ca2+, que atua como um sinal intracelular na célula 
pós-sináptica, acionando uma cascata de mudanças que são responsáveis pela LTP. Assim, a 
LTP é evitada quando os níveis de Ca2+ são mantidos artificialmente baixos na célula 
pós-sináptica, pela injeção do quelante de Ca2+ EGTA nessa célula, e pode ser induzida 
aumentando-se artificialmente os níveis de Ca2+ intracelular. Entre as mudanças de longo 
prazo que aumentam a sensibilidade da célula pós-sináptica ao glutamato, está a inserção de 
novos receptores AMPA na membrana plasmática.Em algumas formas de LTP, ocorrem 
alterações também na célula pré-sináptica, para que ela libere mais glutamato do que o 
normal, quando ela é ativada posteriormente. 
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