8 - MEMBRANAS BIOLÓGICAS (PCM) OK

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TRANSCRIÇÃO DE PCM (18/03/2021)
TEMA: MEMBRANAS BIOLÓGICAS E TRANSPORTE
PROFESSOR(a): ANA KATARINA
DIRETOR(a): MARIANA VIDAL, IANE CASTRO, GABRIELA PESSOA E
EMANUELLY E JOSÉ RENATO
MEMBRANAS BIOLÓGICAS E TRANSPORTE
OBJETIVOS DA AULA
1) Reconhecer as principais moléculas constituintes da membrana plasmática,
funções e especializações.
2) Descrever os processos de transportes que ocorrem através da membrana.
3) Relacionar a importância da permeabilidade seletiva das membranas na
manutenção do equilíbrio e da homeostase celular.
SURGIMENTO DA CÉLULA PRIMITIVA
A membrana plasmática também é responsável pela delimitação de algumas
organelas, conhecidas como ORGANELAS MEMBRANOSAS que são aquelas que
apresentam membrana em sua constituição.
Podemos citar como exemplo algumas organelas membranosas: mitocôndrias,
retículo endoplasmático, complexo de golgi, lisossomos, peroxissomos, endossomos e etc.
A ciência fala sobre a descoberta dos primeiros seres e sua formação a partir da
delimitação e do surgimento dos primeiros "vacúolos", ou seja, as primeiras unidades
primitivas de células. Há evidências que as membranas lipídicas precederam ao
surgimento do material genético (DNA) ou a síntese proteica. Essa membrana era
primitiva, mas permitiu que a delimitação do “ser” acontecesse.
Então, baseada em outra teoria que diz que a vida se originou em meio aquoso,
poderemos afirmar que a membrana é um ponto importante na delimitação do primeiro ser
vivo.
Explicando a importância da membrana: Ela delimita externamente essa célula
primitiva, permitindo a criação de um meio interno responsável pelas reações enzimáticas,
sendo um pré-requisito para o surgimento da vida. Qualquer alteração de membrana faz
com que a célula sofra, por isso água e outras substâncias passam para o meio interno
permitindo alterações metabólicas benéficas (função de permeabilidade seletiva).
OBS.: A função de permeabilidade seletiva tem o intuito de manter a homeostasia da
célula.
MEMBRANA PLASMÁTICA
A membrana possui uma face externa e outra interna (bicamada) e tem a
característica de ser ASSIMÉTRICA, pois as camadas externa e interna são diferentes, ou
seja, possuem constituição diversa. Extensão microscópica: 5 a 8 nm (50 a 80 Å).
Dizemos que a membrana é assimétrica, pois as duas faces não possuem os
mesmos componentes, dependendo inclusive do tipo de célula e da função teremos novos
componentes de um lado e de outro. Exemplo: A célula do pâncreas (glândula exócrina)
com função secretora terá componentes diferentes das células epiteliais, como também
será diferente das células vegetais.
PRINCIPAIS FUNÇÕES
● Delimitação do volume celular — separa meio intracelular do meio extracelular;
● Flexibilidade (nada rígida);
● Romper e resselar (pode se romper e depois se reorganizar);
● Trocas entre a célula e o meio — Permeabilidade celular;
● Potencial de membrana (pode ter carga de acordo com as moléculas);
● Antigenicidade — induz a produção de anticorpos;
● Reconhecimento (receptores) e adesão celular;
● Pontos de fixação de enzimas e estruturas de sustentação.
MODELOS DE MEMBRANA
Desde 1925 os cientistas tentam explicar como funciona uma membrana celular.
1. Membrana primitiva (modelo Goster e Grendel - 1925):
Dizia que a célula era formada por uma bicamada fosfolipídica;
Esse modelo foi contestado, pois não explicava a passagem, através da
membrana, de moléculas polares (água). Ou seja, se tínhamos um conhecimento
prévio de que existia água no interior da célula, como ela passava pela bicamada
lipídica se água e óleo não se misturavam?
Figura 1 – Membrana primitiva.
2. Modelo lipoprotéico (Davson e Danielli – 1935):
Dizia que havia uma camada de proteínas por cima da camada lipídica.
Esse modelo também não explicava a passagem de água pela camada hidrofóbica.
Figura 2 – Membrana Lipoprotéico.
3. Modelo Davson e Danielli – 1954:
Modelo revisto, contendo bicamada lipídica com uma camada proteica envolvida.
Eles disseram que existia uma parte de proteínas que ia do meio extra para o
intracelular.
Porém a quantidade de proteínas foi contestada, afirmando-se que esse modelo não
explicava essa grande quantidade de proteínas. Ou seja, a proporção entre proteínas e
fosfolipídios, neste modelo, seria muito menor, isto é, havia proteínas a mais.
Figura 3 – Membrana de Davson e Danielli.
4. Modelo S.J. Singer e Garth Nicholson – 1972: Modelo do mosaico fluido
Esse modelo, aceito atualmente, diz que a membrana é uma bicamada lipídica com
proteínas, porém essas proteínas não criam uma camada única. Ela se espalha dentro desse
mosaico dando a ideia de canais, flexibilizando a membrana em alguns pontos.
O modelo do mosaico fluido não é diferente do anterior, a única diferença era a
quantidade de proteínas.
Então, hoje, podemos afirmar que a membrana é uma bicamada lipoproteica, com
vários tipos de lipídios, proteínas inseridas que fazem várias funções desde canais onde
passam substâncias, como também funções de reações enzimáticas na própria membrana.
Essas proteínas podem ser integrais ou periféricas, ainda podendo se associarem a
açúcares formando as glicoproteínas.
Figura 4 – Membrana Fluida.
Essa bicamada, do modelo mosaico fluido, permite essa “fluidez”, já a forma
celular não é da membrana, mas do citoesqueleto. Então, podemos afirmar que a célula
possui suas formas (ex. cúbica, pavimentosa) por causa da estrutura formada pelo
citoesqueleto.
Figura 5 – Artigo 1.
Esse artigo fala da estrutura básica e dinâmica que existe nesse modelo do mosaico
fluido. A alta densidade das proteínas que estão mergulhadas na bicamada vão formar
espaços moleculares diferentes na extensão da membrana. Essas proteínas podem se ligar,
fazer interação ou podem ser mais solúveis que outras.
Lembrando que as membranas não possuem um modelo rígido e estático, temos na
verdade um “modelo base”, porém com suas variações durante toda sua extensão, podendo
ter lugares com mais lipídeos, outros lugares com mais proteínas, mais fluidos ou menos
fluidos e assim sucessivamente.
Figura 7 – Artigo 2.
Esse artigo fala sobre domínios especializados, em que diz que membrana não é
apenas bicamada de lipídeos, cabeça de fosfolipídios, caudas para dentro e cabeça para
fora e proteína mergulhada. Esse é o conceito, porém não se resume a isso. Esse modelo
de Singer e Garth foi revisto por todos esses anos e, com toda a tecnologia que temos hoje,
nós temos uma versão bem mais atualizada do que seria “aquela” membrana plasmática.
OBS.: leiam os slides com os artigos.
PROPORÇÃO DE PROTEÍNAS E LIPÍDIOS
Cada membrana terá sua constituição com relação a quantidades de proteínas e
lipídios e dependendo da sua função.
Ex. A constituição da membrana da bainha de mielina é diferente da parede da
bactéria, assim como das células do fígado ou do pulmão. Diferem principalmente por
causa da função, como sabemos cada célula citada possui seu objetivo dentro do
organismo.
Figura 8 – Tabela de Componentes.
Percebemos que a bainha de mielina possui mais lipídeos que o fígado de
camundongo, pois necessita de isolante elétrico.
OBS.: Reforçando que a membrana é constituída de acordo com a sua função.
Tipos de lipídeos que veremos na constituição das membranas: Fosfatidilcolina,
fosfatidiletanolamina, cardiolipina e fosfatidilinositol.
PROPRIEDADES DAS MEMBRANAS
As membranas tendem a ser impermeáveis para as maiorias dos solutos polares ou
carregados, mas são permeáveis a compostos apolares.
Na bicamada de fosfolipídios a estrutura polar fica para fora enquanto a estrutura
apolar fica para fora. Com isso, há a possibilidade de substâncias apolares.
Já as proteínas permitem a passagem das substâncias polares como a água. Elas
interagem de forma hidrofóbica com os lipídeos. Isso explica a entrada de água para o
meio intracelular por meio de canais proteicos chamadas de AQUAPORINA.
OBS.: A substância apolar passa pela gordura, enquanto a substância polar passa pelas
proteínas.
P.: A proteína fica permanentemente aberta?
R.: Não. Existe um controle nocanal proteico, para que a célula não estoure. Se o canal
fosse permanentemente aberto, a solução passaria de acordo com a osmose, o que geraria
um descontrole da célula.
O lipídio não é algo rígido, pois as ligações não são covalentes. Ele pode fazer a
difusão lateral (figura 9), provando que a interação entre as cadeias não é fixe, podendo
fazer um movimento chamado “flip-flop”. Essa maleabilidade da membrana pode ser
influenciada pela temperatura, quanto mais quente, mais maleável.
Figura 9 – Difusão Lateral e Movimento Flip-Flop.
Outra propriedade da membrana é a ASSIMETRIA. Essa propriedade diz que a
face interna é diferente da face externa. Ou seja, a camada interna da membrana é
diferente da camada externa com relação a sua constituição.
BALSAS OU JANGADAS LIPÍDICAS
Presença de lipid raft (balsas ou jangadas lipídicas) são uma parte especializada
das membranas enriquecidas de colesterol, lipídios e outras proteínas. A hipótese sugere
que estas jangadas atuam como um mecanismo de controle deslocando proteínas.
Domínios lipídicos também são conhecidos como jangadas lipídicas que fala sobre
a falta de homogeneidade das membranas e suas sequências. Temos pequenos intervalos
que tem uma função específica. As jangadas podem aparecer em qualquer parte da
membrana e são ricas em colesterol e esfingolipídios que vão fazer uma papel fisiológico
de tráfico de substâncias, de sinalização, como por exemplo, de doenças e infecções.
Figura 10 – Jangada Lipídica.
OBS.: Observe que no intervalo da membrana (raft) não existe apenas lipídios, mas
proteínas, colesterol e açúcar ligado.
Como mostrado na figura acima, observe que o colesterol encontra-se apenas na
parte superior da camada. Na verdade, se ele estiver em cima, não estará em baixo e
vice-versa.
Chamamos essas jangadas lipídicas de regiões mais especializadas da membrana e
podem aparecer em várias partes por toda sua extensão, a depender do tipo da célula e
função.
Outro ponto importante é o fato de que essas balsas podem fazer ligações com
moléculas exatamente no ponto da jangada. Elas funcionam como pontos de
reconhecimento. Por isso, estudos indicam que esses domínios podem estar relacionados
com algumas doenças, incluindo infecções virais, bacterianas e doenças
neurodegenerativas.
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DAS MEMBRANAS
1. Componente lipídico (fosfolipídios e colesterol)
Glicerofosfolipídios, esfingolipídios e esteróis--insolúveis em água.
Os fosfolipídios são as conhecidas cabeças (polar) e caudas (apolar) da bicamada da
membrana.
Figura 11 - Fosfolipídios
OBS.: As caudas podem ser saturadas ou/e insaturadas.
OBS.2: Quando o colesterol aparecer em um lado, não aparece do outro, para não
atrapalhar a fluidez e tornar a membrana muito rígida.
Os lipídeos anfipáticos misturados na água podem formar três agregados: Micelas,
Bicamadas e Vesícula.
Moléculas anfipáticas ou anfifílicas, são moléculas que apresentam características
hidrofílicas (solúvel em meio aquoso), e hidrofóbicas (insolúveis em água, porém solúvel
em lipídios e solventes orgânicos).
● MICELAS: As moléculas anfipáticas interagem com a água através da porção
hidrofílica que tende a ser hidratada e excluir a porção hidrofóbica. Essa interação forma
agregados que são denominados de micelas. A maior parte dos sabões e detergentes são
compostos que contém esse tipo de molécula. Possuem uma cabeça polar e apenas uma
cauda.
● BICAMADAS: forma um mosaico, uma bicamada de gordura. Possuem uma
cabeça polar e duas caudas apolares.
● VESÍCULA (LIPOSSOMA): Utilizada nas indústrias, principalmente na função
de transporte de substâncias. Possuem uma bicamada de gordura e possuem água ou
alguma outra substância polar.
Figura 12 – Micelas (A), Bicamadas (B) e Vesicula (C).
Como já foi dito, a membrana é fluida devido a ligações não covalentes dos
lipídeos. A estrutura e flexibilidade depende do tipo de lipídeos e da temperatura. Acima
da temperatura fisiológica(FEBRE) a membrana fica mais fluida e , com isso, perde sua
capacidade seletiva de substâncias, enquanto quando estiver abaixo da temperatura
fisiológica, os movimentos são constrangidos(estado paracristalino). Ou seja, um paciente
com febre alta, perde a estabilidade das membranas biológicas, a fluidez, a polaridade
também fica prejudicada, assim como a seletividade.
https://pt.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula
https://pt.wikipedia.org/wiki/Hidrof%C3%ADlica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Hidrof%C3%ADlica
https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81gua
https://pt.wikipedia.org/wiki/Hidrofobia#Qu%C3%ADmica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Lip%C3%ADdio
https://pt.wikipedia.org/wiki/Solventes_org%C3%A2nicos
https://pt.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula
Movimentos dos lipídeos:
1. Difusão não catalisada trans bicamada (fli-flop): muito lenta.
2. Difusão não catalisada lateral: muito rápida.
3. Translado trans bicamada catalisado.
Existem proteínas que ficam na membrana que facilitam o movimento dos lipídeos
e que são chamadas de:
● FLIPASES: movimenta os lipídeos da lâmina externa para a citosólica (de fora
para dentro).
● FLOPASES: Movimentos os lipídeos da lâmina citosólica para a externa (de
dentro para fora).
● FLIP-FLOPASE: Movimenta os lipídios nas duas direções, a favor do
gradiente. Aumenta na presença de Ca+2.
OBS.: Essas movimentações da flipase e da flopase são enzimáticas, então elas gastam
energia e utilizam ATP e não temperatura. Já a flip-flopase aumenta na presença de Cálcio.
P.: Qual a função dessa movimentação lipídica?
R.: Irá ajudar na fluidez, transporte e equilíbrio.
Figura 13 – Movimentos dos Lipídeos.
2. Componente proteico (periféricas e integrais).
● Proteínas periféricas ou extrínsecas: Ficam soltas, para fora ou para dentro
ocupando apenas uma só parte da camada lipídica. São de fácil extração, uma mudança no
PH já é suficiente.
● Proteínas integrais, intrínsecas ou transmembrana: Atravessam a membrana
inteira, as duas camadas lipídicas, chegando a formar canais de passagem entre elas. São
de difícil extração, seria necessário um solvente para retirar essa proteína. Estão ligadas
covalentemente com os lipídeos.
● Proteínas Anfitrópicas: Encontradas no citosol em associação com membranas
reguladas pela fosforilação. Podem estar associadas às membranas ou não ou até mesmo
ancoradas. São ligadas à parte metabólica.
FUNÇÕES DAS PROTÍNAS NA MEMBRANA:
A) Transportadoras: São as integrais. Permitem a entrada e saída de
substâncias controladas pela proteína com a abertura ou fechamento do
canal.
B) Estruturas de ligação: Ligação entre a célula e o meio extracelular(MEC)
ou entre a célula e estrutura intracelular(citoesqueleto).
C) Receptores: São sinalizadores. Recebem informação extracelular e
desencadeando uma resposta intracelular.
D) Enzimas: São as catalisadoras. Aceleram as reações químicas.
E) Antígenos: São de reconhecimento. Identificam que uma célula pertence a
outro organismo.
Figura 14 – Funções na membrana
Figura 15 – Proteínas integrais, periféricas e anfitrópicas.
OBS.: Há uma contradição. A professora diz que a proteína monotrópica é periférica,
porém o livro e o texto na figura dizem que seria uma proteína integral. Inclusive, o livro
diz que a proteína integral pode integrar apenas uma camada da membrana.
Quando se fala em proteína integral, a parte que está dentro da membrana é
composta de aminoácidos apolar, e tudo que fica pra fora são aminoácidos polares. A
glicoforina, por exemplo, é uma proteína que possui uma parte apolar (hidrofóbica)
interagindo com os lipídeos e extremidades polares para fora da membrana.
Já a bacteriorodopsina é conhecida como bomba de prótons ativada pela luz. Ela
atravessa a membrana (integral) 7 vezes, tem sete hélices dentro da membrana, pouco
sendo domínio para fora e para dentro. Ou seja, maior porção hidrofóbica.
O índice de hidropatia: para cada resíduo de aminoácido existe uma janela que
mede o quanto hidrofílico ou hidrofóbico é a molécula da proteína. Observe o gráfico
abaixo:
Figura 16 – Gráfico de hidropatia
Ainda podemos citara proteína Caveolina que é do tipo integral e quando se liga
ao colesterol, força a bicamada lipídica a se curvar, formando invaginações (cavéolas). São
responsáveis por tráfico de membranas, ou seja, trânsito molecular pode estar ligado às
transduções de sinais e respostas celulares, como por exemplo, os receptores de insulina.
Transduções de sinais são informações colhidas pelos receptores externos e que enviam
essas informações para o meio intracelular.
OBS.: As caveolinas não se confundem com microvilosidades ou processos de endo ou
fagocitose. Enquanto as microvilosidades são voltadas para fora, as caveolinas são
voltadas para dentro.
As caveolinas são classificadas como um tipo de jangada lipídica.
Figura 17 – Iinvaginações na cadeia de proteínas.
3. Componentes glicídico (glicolipídeos e glicoproteínas que formam o
glicocálix)
A composição de carboidrato da membrana é exatamente o glicocálix. Ele é um
envoltório externo constituído de carboidratos ligados covalentemente aos lipídios e
proteínas e que ocorre principalmente nos animais.
O glicocálix é constantemente renovado.
Essa estrutura contém uma parte variável e outra constante. A parte variável é
formada pelas glicoproteínas e pelos glicosaminoglicanos. A porção constante é formada
por glicoproteínas e glicolipídeos.
A porção variável acontece quando temos uma interação com o meio extracelular,
ela é formada pelas GAGs presentes na MEC.
A IMPORTÂNCIA DO GLICOCÁLIX:
1. Proteção química e mecânica das superfícies celulares. Protege principalmente a
mucosa intestinal, servindo de proteção para as células da parte enzimática.
2. Reconhecimento e adesão celular.
3. Topo inibição.
4. Especificidade celular.
5. Função enzimática.
6. Especificidade dos grupos sanguíneos do sistema ABO. Os oligossacarídeos presentes
no glicocálice das hemácias.
TRANSPORTE ATRAVÉS DAS MEMBRANAS
A célula vive exatamente por possuir a capacidade de fazer conversões
moleculares. Ela tem que trocar informação dentro de si mesma em seus compartimentos e
também com o meio onde ela está inserida, no caso, a matriz extracelular. Temos células
que excretam substâncias enquanto outras captam substâncias.
A célula viva deve obter de seu ambiente materiais brutos para a biossíntese e
produção de energia, devendo liberar para o meio seus produtos metabólicos.
Então, vão existir vários tipos de transportes realizados pela membrana celular.
Figura 18 - Vários tipos de transportes realizados pela membrana.
TRANSPORTE DE SOLUTOS ATRAVÉS DA CÉLULA
Temos dois tipos de transporte de solutos:
1. Transporte em quantidade ou em massa: a membrana da célula se deforma para a
passagem de partículas que não conseguiriam atravessar a membrana. As partículas não
conseguem atravessar a membrana por questão de tamanho. Estamos falando de
Endocitose e Exocitose.
Na Endocitose temos: fagocitose (partículas sólidas) e pinocitose (partículas
líquidas). Na fagocitose a célula emite seus pseudópodes para capturar partículas de
grandes dimensões e engloba-las através do fechamento da membrana. Diferente acontece
na pinocitose em que a célula cria invaginações(fossetas) na membrana para a captura da
partícula líquida. Ela abre um espaço, criando uma espécie de buraco e após capturar as
gotículas, se fecha englobando-as.
Já na Exocitose(clasmocitose) temos a excreção e secreção. Note que na excreção
a célula elimina para o meio extracelular resíduos de digestão do seu metabolismo,
enquanto na secreção uma substância criada no meio intracelular, servirá como utilidade
para outras células.
2. Transporte através da membrana: os solutos atravessam a membrana através da
bicamada ou de um transportador proteico.
Quando um soluto sai ou entra na célula através da membrana, isso pode ser feito
com gasto de energia ou não. Quando é feito com gasto de energia(ATP) chamamos de
Transporte ativo. Por sua vez, quando não há o gasto de energia (não consumo de ATP)
chamamos de Transporte passivo.
P.: O que leva um transporte gastar energia e o outro não?
R.: A resposta está no gradiente de concentração. Nos transporte passivos, sem gasto
energético, o soluto se move a favor do gradiente de concentração, enquanto nos
transportes ativos, com gasto de energia, o soluto irá se mover contra o gradiente.
TRANSPORTE PASSIVO
Os transportes através da bicamada são transportes passivos, não há o gasto de
ATP. Em relação ao transporte passivo, podemos encontrar três tipos: Difusão simples,
Difusão facilitada e Osmose.
Difusão Simples: O soluto se move a favor do gradiente, indo do local de maior
concentração para o de menor concentração, até que os dois meios se igualem. Esse tipo
de transporte também acontece quando íons de cargas diferentes são separados por uma
membrana permeável, ou seja, existe um potencial de membrana.
Com relação às cargas de moléculas positivas e negativas, o movimento de cargas
se dá através de uma membrana permeável, determinado pelo potencial elétrico e pela
diferença de concentração química através da membrana.
No tocante a difusão simples é importante se ater ao equilíbrio no qual esse
transporte de membrana objetiva chegar, seja ele o equilíbrio de cargas, seja o equilíbrio
de concentração.
A difusão simples se caracteriza pela não utilização de proteínas facilitadoras
durante o movimento do soluto.
Outro exemplo de difusão simples é a respiração alveolar na inspiração e
expiração. Quando estamos respirando, a concentração de oxigênio e gás carbônico no
corpo e fora do corpo são diferentes e, por causa disso, há a passagem de soluto por
difusão.
Difusão facilitada: Utiliza-se das proteínas transportadoras. Existem dois tipos de
transportadores: os carreadores e os canais. O canal é aberto e o soluto flui por dentro dele,
já o carreador tem um controle maior na passagem do soluto. No caso dos carreadores
poderemos ter transporte ativo primário, transporte ativo secundário e transporte passivo.
Figura 19 – Transporte passivo e ativo.
OBS.: O soluto passando diretamente pela membrana em difusão simples, depois por um
canal em difusão facilitada que não possui muito controle na passagem do soluto. Em um
terceiro momento o soluto passa por um carreador onde existe um controle muito maior na
passagem. Porém, vale ressaltar que na difusão facilitada não existe atuação enzimática no
transporte de soluto pelas proteínas carreadoras.
Se o soluto for hidrofílico é mais difícil de passar pela membrana que o
hidrofóbico. Então, a difusão simples para um soluto hidrofílico precisa acontecer com
alta ativação energética. Isso porque a membrana é feita de gordura e que não se mistura
com água, então seria mais fácil à passagem de um soluto hidrofóbico como um óleo, por
exemplo.
Porém, esse soluto hidrofílico, para não gastar muito energia, pode usar um
transportador em difusão facilitada. Explicando: A molécula hidrofílica é hidratada, então
para passar pela bicamada lipídica, em difusão simples, acontecerá com uma alta energia
de ativação. Poderá também, essa mesma molécula hidrofílica, utilizar-se da difusão
facilitada, por meio de uma proteína transportadora e ultrapassar a membrana com uma
redução na ativação energética.
Figura 20 - Molécula hidrofílica em difusão simples e com
alta ativação energética para a passagem.
Figura 21 - Mesma molécula hidrofílica agora em
difusão facilitada e com menor ativação energética.
Figura 22- Gráfico da energia de ativação.
A glicose precisa entrar na célula para fornecer a energia necessária para o
seu funcionamento. Porém, como a glicose que é uma molécula polar (carboidrato
adora água) irá passar pela camada lipídica apolar da membrana e entrar nas
células? Existe uma família de proteínas chamadas de GLUT (proteínas transportadoras
específicas de glicose) e ela passa a glicose por difusão facilitada. Ela faz a glicose entrar
por uma difusão facilitada 50 mil vezes maior. Mais especificamente, a GLUT é uma
proteína integral que tem 12 segmentos estruturais hidrofóbicos.
São quatro passos para a entrada da glicose: A glicosese liga à GLUT provocando
uma mudança no canal/transportador que abre o canal na parte intracelular e colocando a
glicose dentro da célula, por fim volta a conformação inicial para fora.
Figura 23 - Os quatro passos para entrada da glicose na célula.
Figura 24 - TABELA DAS GLUTS.
São 12 canais de GLUTs conhecidos. A GLUT 1 é a mais comum e está
relacionada com os eritrócitos e barreiras encefálicas. A GLUT 4 é a mais importante
delas, está relacionada com o músculo, tecido adiposo e coração. Algumas delas são
dependentes de insulina, mas a maioria não. Ou seja, algumas vezes precisam de ativação,
outras vezes não.
OBS.: Algumas pessoas não podem tomar metformina, e para fazer um controle do
açúcar, é possível utilizar-se de medicamentos que fazem o papel dessas GLUTs, ajudando
na permeabilidade da glicose na célula.
Pessoas com diabetes possuem um alto nível glicêmico no sangue, pois algumas
células não conseguem captar essa glicose. Essas células são exatamente as musculares,
adiposas e do coração. O músculo capta a glicose através do GLUT 4 que é dependente de
insulina, então os indivíduos que não produzem insulina, não conseguem captá-la e,
consequentemente, ficam com alta taxa de glicose na corrente sanguínea. O fígado
também não recebe esse sinal, produzindo ainda mais glicose e levando à hiperglicemia.
Hoje sabemos que quem pratica exercício físico não necessita de insulina, pois o
estímulo faz o músculo captar a glicose sem necessitar de uma grande quantidade de
insulina.
Existem outras classes de transportadores: o uniporte e o cotransporte.
O uniporte permite apenas um tipo de substância na passagem do canal, o
cotransporte simporte permite duas substâncias mas no mesmo sentido e o cotransporte
antiporte que permite a passagem de duas substâncias mas em sentidos opostos.
Figura 25 – simporte permite duas substâncias
simultâneas mas no mesmo sentido. A
antiporte as substâncias passam em sentido
diferentes, ou seja, quando entra uma
molécula, sai outra.
O sistema Antiporte acontece na mitocôndria, pois para cada ATP que entra, um
ADP sai. (A professora frisa que alguns autores consideram a mitocôndria como Simporte,
mas ela considera como Antiporte).
TRANSPORTE ATIVO
O transporte ativo resulta em movimento do soluto contra o gradiente de
concentração ou eletroquímico. Ou seja, o soluto se movimenta do meio menos
concentrado para o mais concentrado. É acoplado a processos exergônicos, como absorção
de luz, reações de oxidação, hidrólise de ATP.
A principal característica do transporte ativo é o gasto de energia.
Podemos citar o transporte ativo primário em que temos apenas um tipo de
soluto transportado e ele está acoplado a uma bomba ATPásica, quebrando ATP em ADP e
fosfato. O transporte ativo secundário em que o transporte exergônico de um soluto está
acoplado a um endergônico.
Figura 26 - Transporte ativo secundário em que a
quebra de ATP em ADP + fosfato, libera uma
molécula por um canal enquanto outra molécula
diferente entra.
Bomba de sódio e potássio: Descoberta por Jens Skou em 1957 e chamada de ATPase da
membrana.
Falar de sódio e potássio é lembrar-se de potencial de membrana. É a bomba de
ATP. É responsável por manter as concentrações na célula em relação ao meio
extracelular: ela desloca 2k+ para dentro e 3Na+ para fora.
O que temos aqui é um cotransporte de Na+ e K+. Esse cotransportador vai
misturar a parte de fosforilação e desfosforilação e é um transporte que mexe com cargas.
Então, o potencial elétrico da membrana é mantido pelo equilíbrio de cargas feito pelo
transporte, pois para cada 3Na+ que sai, 2K+ entra. Com isso, importante saber que a
concentração de Sódio e Potássio devem ser mantidas dentro e fora da célula.
A polarização da membrana é mantida pois no meio extracelular teremos uma alta
concentração de Sódio, enquanto no meio intracelular teremos uma baixa concentração. A
mesma coisa acontece com o potássio, mas com os valores inversos, como mostra a figura
abaixo:
Figura 27 - No lado de fora temos uma carga
positiva e no meio intracelular temos uma carga
negativa. Esse transporte está intimamente ligado à
atividade enzimática da ATPase.
Como já foi falado, o sistema cotransporte simporte transporta duas moléculas em
um mesmo sentido na proteína carreadora. Por exemplo, a entrada de um próton de H+
juntamente com a entrada de um ânion. O sistema antiporte permite a passagem de duas
substâncias mas em sentidos contrários.
Alguns sistemas de cotransporte impulsionados por gradientes de Na+ e H+:
Figura 28 – Tabela temos exemplos de
vários solutos transportados em favor do
gradiente de H+ ou de Na+, como também
exemplos de sistemas simporte e antiporte.
Canais hidrofílicos transmembranas: Aquaporina, descoberta por Peter Agre,
ocorre em todas as membranas plasmáticas. Ela é formada por quatro monômeros
idênticos formando um poro na membrana. Ela é uma grande proteína que faz uma
interação perfeita com a molécula de água. Tem uma interação, pois não é
permanentemente aberta. A água quando passa pela aquaporina, vai interagindo com a
proteína e suas cargas, portanto há um controle nessa passagem. Tem também uma
característica de permeabilidade.
Existem pelo menos 10 tipos de aquaporina e pode ser encontrada principalmente
na membrana plasmática. Cada uma delas podem ser encontradas em cada tipo de tecido.
Por exemplo, encontraremos o tipo 2 no rim e tipo 9 no fígado.
APLICAÇÃO DO CONHECIMENTO
Sabemos que a membrana é semipermeável e que possui concentrações distintas
em seus meios intra e extracelular. As células abaixo são hemácias que sofreram com as
modificações de concentração de NaCl.
A concentração normal é de 0,9% e a célula se apresenta em sua forma
característica de disco bicôncavo. Em concentrações menores que 0,9% ela murcha e em
concentrações maiores ela incha gradativamente até estourar.
Exemplos:
Figura 29 – Hemácia (Glóbulo vermelho do sangue).
Figura 30 – Hemácia crenada(murcha) pois o meio externo encontra-se
mais concentrado (hipertônico) o que faz com que perca água.
Figura 31 – A hemácia encontra-se em equilíbrio, em meio isotônico,
pois seu meio interno é igual ao meio externo em termo de concentração.
Nada acontece com ela.
Figura 32 – A hemácia encontra-se em meio hipotônico, pois tem
menor concentração que o meio intracelular. Com isso, a hemácia
ganha água e fica túrgida (inchada).
Figura 33 – A hemácia pode estourar (hemólise), pois seu meio
extracelular está com a concentração muito baixa. A hemácia recebe
muita água e pode estourar.
Existe uma diferença entre a hemácia e a célula vegetal. Quando a hemácia, em
meio hipotônico, recebe muita água, ela corre o risco de sofrer hemólise e estourar. A
mesma coisa pode acontecer com a célula animal que sofre plasmoptise (rompimento da
célula por ficar demasiadamente túrgida). Porém, nas células vegetais esse rompimento
não acontece por possuírem PAREDE CELULAR.
Figura 34 – Célula Vegetal
Os volumes das células vão se modificando de acordo com o meio em que são
colocadas.
Lembre-se que existe água dentro e fora da célula. Observe na figura abaixo as
caudas dos lipídeos se escondendo da água, dentro da bicamada, e as cabeças, em contato
com a água, voltadas para os meios intra e extracelular. Logo, as bicamadas de lipídeos
são praticamente apolares.
Figura 35 – Modelo Mosaico Fluido.
ESPECIALIZAÇÃO DE MEMBRANAS
1. MICROVILOSIDADES: Expansões semelhantes a dedos de luvas que aumentam
a superfície de absorção. Existe na mucosa intestinal e nos túbulos renais. Esse tipo de
célula possui uma grande quantidade de glicocálix. O glicocálix, nesse caso, serve para
proteger as células pois existe muita reação enzimática no trato gastrointestinal.
Figura 36 – Microvilosidades.
2. INTERDIGITAÇÕES: conjunto de saliências e reentrâncias nas membranas de
células vizinhas, que se encaixam aumentando a superfície e facilitando a troca entre elas.
São observadas nos túbulos renais.
Figura 37 – Interdigitações.
3. COMPLEXO JUNCIONAL: Presente em células epiteliais,próximo a extremidade
celular livre. É constituído por uma zona de oclusão, que veda o trânsito de substâncias
entre as células, e uma zona de adesão semelhante aos desmossomos, mas colocadas
como um cinto ao redor das células, e por vários desmossomos. É uma estrutura de
vedação e adesão.
Figura 38 – Complexo juncional
4. DESMOSSOMOS: São placas arredondadas formadas pela membrana de células
vizinhas. O espaço entre as membranas é ocupado por um material mais eletrodenso que o
glicocálice. Na superfície interna, inserem-se filamentos que mergulham no interior da
célula. É o local de ancoragem dos componentes do citoesqueleto e de forte adesão de
células vizinhas
Figura 40 - Desmossomos
DOENÇAS RELACIONADAS COM DEFEITOS EM MEMBRANAS
● Deficiências de alfa-glicosidase (lipossomas) - Armazenamento incorreto de
glicogênio tipo II.
● Deficiências do transportador de iodeto - bócio congênito.
● Defeito na endocitose de lipoproteínas de baixa densidade (LDL) -
hipercolesterolemia, doenças arteriais e coronárias.