FLUXO TRANSMEMBRANAR (Biofísica)

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Brenda Araújo (@brendaraujo____) – Odontologia, UFPE Biofísica 
Fluxo Transmembrana 
 
• As células, para funcionarem adequadamente, precisam 
estar sob condições fisiológicas, em meio aquoso. 
• Todos os sistemas vivos, sejam eles células mais simples ou 
mais complexas, possuem subcompartimentos e 
compartimento principal. Esse compartimento principal é 
delimitado por uma barreira físico-química denominada de 
membrana plasmática. A MP separa o meio extracelular do 
meio intracelular e, internamente, vão ocorrer os processos 
que caracterizam a vida. 
Existem três tipos de sistemas: 
➝Isolado: não troca energia e nem matéria com a 
vizinhança. 
➝Fechado: não troca energia, mas troca matéria com a 
vizinhança. 
➝Aberto: troca energia e matéria com a vizinhança. Os 
sistemas vivos se encaixam nessa categoria. 
• No nosso organismo, todas as partículas estão sempre em 
constante movimentação, já que o meio interno das 
células não possui condições de constância físico-química. 
Ninguém vai fazer parar essa movimentação, então 
lançamos mão de estratégias para movimentar as 
partículas no sentido que nos favorece: capturamos o que 
queremos -aproveitando o que é relevante- e jogamos 
para fora o que não queremos mais. No momento, estamos 
captando oxigênio e liberando CO2, essa troca de matéria 
faz parte da condição vital, ou seja, é importante para 
manter os sistemas vivos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Obviamente, para que isso ocorra, é necessário que as 
partículas em questão atravessem a membrana. 
• Já que os sistemas vivos estão sempre numa constante 
troca de matéria e considerando o transporte dessas 
partículas, podemos caracterizá-los em contínuos e 
descontínuos: 
➝Contínuo: movimentação da partícula em um único 
meio. Ex: ar-ar 
➝Descontínuo: a partícula tem condições de sair de um 
meio e ir para o outro. É necessário, pelo menos 2 meios e a 
manutenção da integridade da partícula. Ex: ar-água. 
• Nas circunstâncias de manutenção vital do organismo, 
nenhum dos dois sistemas é mais relevante que o outro. A 
manutenção da integridade no fenômeno de transporte 
(tanto das partículas quanto do meio) é importante para o 
nosso organismo poder absorver elementos. 
➝Fluxo: quantidade de partículas que passam de uma 
região para outra em um determinado intervalo de tempo 
 
(número de mols por área num determinado tempo). A 
unidade de fluxo é J. 
➝Gradiente: taxa de variação direcional, gradual e 
contínua de um parâmetro ou grandeza no sistema que 
está sendo analisado. 
➝Difusão: transporte de matéria de um meio mais 
concentrado para um meio menos concentrado. Para que 
a difusão ocorra, é necessário que haja diferença de 
concentração, ou seja, gradiente. Mas, para que a 
partícula se mova é preciso força. Quando temos somente 
a parte química relacionada com a variação de 
concentração ao longo do eixo e impulsionando as 
partículas, nós falamos em difusão. 
• O fluxo (J) depende da concentração! Se tivermos um 
gradiente de energia, temos uma variação de energia, 
logo, temos uma força movente do processo. 
Ex: temos um gradiente de energia na caneta, que ao 
soltamos, ela cai, pela força gravitacional (movente). 
Conclusão: o fluxo depende do gradiente de 
concentração, ou seja, da força. 
➝Primeira lei de Fick (linear): Sistema contínuo ⟹ 
 
 
 
 , em que j é o fluxo da substância, A é área 
e D é o coeficiente de difusão. 
➝Coeficiente de difusão ⟹ 
 
 
 ,em que k é uma 
constante, T é a temperatura, n é o coeficiente de 
viscosidade do meio e r é o raio d partícula. 
➝Difusão na presença de uma membrana: sistema 
descontínuo ⟹ 
 
 
 ,em que β é o coeficiente 
de partição ou 
➝Coeficiente de partição ⟹ 
 
 
 
A presença da membrana é representada pelo coeficiente 
de permeabilidade (P), ou seja, ⟹ 
 
 
 
Quando a partícula apresenta uma carga elétrica 
resultante e a energia elétrica é considerada, a 
permeabilidade é definida com ⟹ 
 
 
 
 
POTENCIAL ELETROQUÍMICO 
• Como encontrar uma maneira de comprovar se uma 
partícula que sai do meio aquoso extracelular ou 
intracelular, vai ter condições de entrar na parte proteica 
ou na parte lipídica da membrana? 
Anestésico local: é jogado no fluido extracelular, 
quando a agulha entra, mata todas as células que 
encontra, porque a agulha faz a ruptura da fronteira. 
Quando o embolo é empurrado, é jogado no fluido, o 
anestésico sendo este a matéria em movimento. Para 
anestesiar, a partícula precisa entrar na célula. 
Precisamos saber se o anestésico colocado é de alto ou 
baixo peso molecular, e se no meio aquoso tem ou não 
tem carga elétrica residual, para realizar este 
procedimento. 
Anestesia: a partícula empurrada no embolo precisa 
chegar na célula e anestesiá-la, então temos que 
intensificar o procedimento. Para intensificar o fluxo 
para chegar na célula mais rápido, podemos modificar 
a força movente (o numerador do gradiente, a 
concentração), ou seja, podemos alterar a dosagem. 
 
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Brenda Araújo (@brendaraujo____) – Odontologia, UFPE Biofísica 
1- Removendo uma célula ou quantidade de uma célula 
do paciente e estudar, pesquisando a molécula na célula. 
2- Construindo, no laboratório, uma membrana semelhante 
a membrana das nossas células, num sistema de volume 
maior, com a utilização de uma cuba experimental 
(método utilizado para testar a transferência 
transmembrana de princípios ativos de medicamentos). 
• Demonstrar que as moléculas do princípio ativo 
chegaram do lado contrário de onde foram colocadas no 
início do experimento na cuba, para saber se a partícula 
tem condições de entrar na parte lipídica não verifica a 
parte proteica ainda. Precisamos ter em mente as 
características físico-químicas da partícula. 
Ex: se for uma partícula que em meio aquoso tem carga 
elétrica residual, é pouco provável ela sair do meio aquoso 
e entrar na matriz lipídica, pois a matriz lipídica é 
hidrofóbica, logo esse processo não ocorre 
espontaneamente pelo princípio de energia livre de Gibbs 
ser positivo. 
• Uma partícula sem carga elétrica residual e pequena tem 
facilidade de sair do meio aquoso e entrar na matriz. No 
entanto, quanto maior a molécula, menor a facilidade de 
entrar. 
➝Colocações importantes: 
· Os lipídeos na membrana atuam como um fluido selante, 
formando uma barreira flexível, porém praticamente 
impermeável a moléculas polares. 
· Substâncias hidrofóbicas passam facilmente pela 
membrana, enquanto substâncias hidrossolúveis 
dificilmente conseguem atravessá-la. 
· O estado de fluidez da membrana depende da 
temperatura e do ponto de vista da composição dos 
lipídeos. 
 
 
· Substâncias com coeficiente de partição baixo, o 
coeficiente de permeabilidade é baixo. Substancias com 
coeficiente de partição intermediário, o coeficiente de 
permeabilidade é intermediário. Substâncias com o 
coeficiente de partição elevado, o coeficiente de 
permeabilidade é elevado, particiona bem em matriz 
lipídica, passa bem e é bem absorvido  relação linear. 
 
· Se não vai pela parte lipídica, pode ir pela parte proteica. 
A proteína pode funcionar como poro (particionando no 
canal iônico), como transporte ativo (bomba de Na e K), 
como trocadores/carreadores (cloreto ácido carbônico, 
presente nas membranas das hemácias), enzimas (receptor 
para substâncias de interesse farmacológico ou como sitio 
de ligação) ou pode funcionar como uma glicoproteína. 
 
· As únicas situações onde se tem transferência de dentro 
para fora ou de fora para dentro da célula, e que não 
caracteriza transporte em sistema descontínuo são os 
processos de endo e exocitose. A molécula não sai domeio onde ela se encontra, portanto é contínuo. 
 
➝Moléculas solúveis em lipídeos: cruzam a membrana por 
dissolverem e difundirem na membrana. 
➝Difusão por poros: é usada por pequenos íons. 
➝Transporte ativo e carreadores acoplados: movimenta 
metabólicos essenciais. 
Quando o indivíduo está sadio (36,7°C) o estado de 
fluidez da membrana é adequado, com movimentação 
de água adequada. Se o indivíduo sai de 36,7°C e vai 
para 39,7°C, vai ter um estado febril mais acentuado, e 
essa variação de temperatura é suficiente para o 
indivíduo ter modificações significativas no estado de 
fluidez de maneira que possa comprometer a 
transferência de água. 
 
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Brenda Araújo (@brendaraujo____) – Odontologia, UFPE Biofísica 
 
➝Exo e endocitose: efetua transporte multimolecular de 
componentes pré-empacotados. 
➝Concentração baixa: velocidade de transferência baixa. 
➝Aumento da concentração: aumento da velocidade de 
transferência, mas não seguindo um comportamento 
linear. 
➝Concentração ainda maior: transferência atingindo valor 
máximo. 
· Na difusão simples, a taxa é determinada pela 
quantidade de substância disponível, pela velocidade da 
cinética de movimento e pelo número de aberturas na 
membrana, através das quais as moléculas ou íons podem 
passar. 
· Na difusão facilitada requer a interação de uma proteína 
carreadora com as moléculas ou íons. 
 
A difusão trabalha no sentido de equilibrar a concentração 
de substâncias e íons nos compartimentos intra e 
extracelular, todavia existe desequilíbrio, então alguns 
fatores “trabalham” contrapondo a difusão. 
➝Formas fundamentais de energia nos sistemas vivos: 
· Forma elétrica: deve haver preocupação com o tipo de 
carga representado na valência, a quantidade de carga 
contida em mol de partículas (constante de Faraday) e o 
gradiente de potencial elétrico. 
· Forma osmótica: deve haver preocupação com a 
constante de gases, a temperatura do sistema analisado e 
o gradiente de concentração. 
· Forma química: deve haver preocupação com o µ0 
rf(representa o potencial químico padrão ou de referência) 
que depende principalmente das características do 
solvente. Quando o solvente é o mesmo de um meio para 
outro, a parte química é desprezível. 
· Essas três formas de energia podem ser utilizadas para 
realização de trabalho. 
· Ocorre mudança de potencial eletroquímico durante a 
transição do sistema de um estado para outro devido a 
variações da energia química, da osmótica e da elétrica. 
Fenômeno de 
Transporte 
Tipo de fluxo 
Forma de energia 
(gradiente) 
Difusão Difusinal 
Osmótica varia 
(
 
 
) (
 
 
) 
Migração Migracional 
Elétrica varia 
(
 
 
) (
 
 
) 
Eletrodifusão Eletrodifusional 
Eletroquímica 
(osmótica e elétrica 
variam) 
(
 
 
) (
 
 
) 
· O fluxo é diretamente proporcional à área da membrana 
(A) à concentração da substância (C) e ao gradiente de 
potencial eletroquímico. 
 
PROCESSAMENTO DE INFORMAÇÃO NO SN 
➝ Colocações importantes: levando-se em consideração a 
retirada de parte de células do tecido muscular nervoso e 
colocando uma única célula individualizada numa cuba 
transparente, em meio aquoso com espécies iônicas 
semelhantes às encontradas no fluido extracelular: 
· As enzimas representam a classe proteínas que podemos 
utilizar para fazer a degradação do material extracelular 
de maneira que possamos separar uma célula da outra. 
· A medida de potencial elétrico é feita por um voltímetro. 
· Ao colocarmos um sensor em um local no meio 
extracelular e outro sensor em outro local, mas também no 
meio extracelular a diferença de potencial elétrico é nula, 
uma vez que temos um meio de distribuição de cargas 
uniforme. 
· Se for deixado um sensor for para ser nosso diferencial e 
outro dentro da célula, precisaria ser de forma realizada 
em laboratório, pois a célula é uma estrutura microscópica, 
e se fosse medir o potencial elétrico no meio intracelular, 
mataria a célula. 
· Para provar que a pontinha microscópica do aparelho 
do laboratório que espeta a célula fica aberta, podemos 
enchê-la com uma solução condutora de eletricidade, 
 
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Brenda Araújo (@brendaraujo____) – Odontologia, UFPE Biofísica 
estabelecer diferença de potencial e tentar medir 
corrente, se medir, é porque a ponta está aberta. 
· O nome dado a DDP da diferença de potencial 
constante no tempo é Potencial de Nernst  quando a 
membrana é permeável a uma única espécie. A equação 
de Nernst não se aplica à célula, apenas a seres não vivos. 
· Potencial de Goldman é quando a membrana é 
permeável a mais de uma espécie. 
· Potencial de ação: a membrana celular do axônio separa 
dois ambientes, o intracelular e o extracelular. O primeiro é 
caracterizado por se constituir de íons orgânicos de cargas 
negativas, mais o íon potássio (K+) e o meio extracelular, 
constituir-se de cloro (Cl-) e sódio (Na+). Fica evidente que 
as cargas negativas e positivas, dentro e fora 
respectivamente, da membrana, contribuem para o 
potencial elétrico de repouso da mesma, que varia entre -
70mv a -90mv. 
· Em repouso, existe uma maior concentração de íon K+ 
dentro da célula e uma maior concentração de íon Na+ 
fora da célula. Isto é explicado pela presença de canais de 
K+ que se encontram abertos, fazendo com estes íons 
entrem, compensando o excesso de cargas negativas no 
interior da célula, devido às proteínas. Estes canais, 
também justificam a propriedade de maior 
“permeabilidade” da membrana ao K+ do que ao Na+. 
· O Potencial de Ação acontece quando, por meio de um 
determinado estímulo, ocorre um aumento da 
permeabilidade na membrana e consequente entrada de 
Na+, para o meio intracelular. Podemos interpretá-lo da 
seguinte maneira: Em -70mv o neurônio recebe um 
estímulo, logo esse estímulo espalha, chegando ao axônio. 
Neste, se o estímulo for suficiente para atingir o limiar, 
ocorrerá o potencial de ação, ou seja, os canais de Na+ se 
abrem, e estes começam a entrar na célula. Esta fase é 
denominada “Despolarização”. Porém com a entrada de 
Na+, o meio intracelular do neurônio fica muito positivo, 
alcançando em média +30mv. A partir desse momento os 
canais de Na+ se fecham e os canais de K+ se abrem. Com 
esta abertura é restabelecido o potencial de repouso da 
célula, sendo esta fase denominada “Repolarização”. 
Entretanto, os canais de K+ demoram a se fechar, 
ocasionando uma saída extra deste íon, fazendo com que 
o meio intracelular fique mais negativo do que o normal, 
caracterizando a fase de “Hiperpolarização”. Por fim a 
Bomba de Na+/K+ retira o excesso de Na+ que entrou e 
volta com o excesso de K+ que saiu, retornando para o 
potencial de repouso da membrana, -70mv. 
ΔΨ: -70 a -90 ml  representa o potencial de repouso que 
é constante no tempo. 
· A luz, o som, o cheiro, a temperatura são estímulos que 
geram uma resposta (elétrica) através do potencial de 
ação. 
· Todo o processamento de informação que o SNC faz para 
exteriorizarmos o movimento ou para captar algo do meio, 
se dá via potencial de ação. 
· Sistema passivo  canais iônicos (10^6 à 10^7 íons por 
segundo)  melhor porque movimenta mais. 
· Sistema ativo  bomba de Na+ ^2 à e K+ (1010^3 íons/s). 
 
REFERÊNCIAS 
HENEINE, Ibrahim Felippe. Biofísica básica. São 
Paulo: Atheneu, 1996.