Bioeletricidade e transporte através da membrana

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Profª Drª Thaís Dalzochio
ESTRUTURA DAS MEMBRANAS CELULARES
 A membrana é uma camada fina, forte e flexível que
envolve cada célula, ajudando-a a manter sua forma e
impedir que seus conteúdo “escapem”.
 Ela atua como barreira seletiva, ou seja, controla as
substâncias que devem entrar e sair da célula.
Do ponto de vista biofísico, o estudo 
das funções da membrana pode 
simplificar bastante seu complexo 
funcionamento.
CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE
 As partículas carregadas (cátions ou ânions) interagem por meio de forças atrativas ou repulsivas, de acordo com
a regra que diz que cargas iguais se repelem e cargas opostas se atraem.
 As forças elétricas são forças intensas, se comparadas com as forças gravitacionais → um número relativamente
pequeno de elétrons gera forças enormes.
 Força eletrostática: força que surge da separação de cargas que atuará de modo a anulá-la.
 Ex: Em uma solução eletrolítica, os íons se movem facilmente de um ponto a outro, mantendo a solução eletricamente
neutra em todos os pontos a todo instante.
CORRENTE ELÉTRICA
 Corrente elétrica são cargas em movimento, ou seja, um fluxo de cargas elétricas que pode se dar através 
de:
• Correntes elétricas em um metal
Deslocamento de elétrons 
livres
• Em uma soluçãoMovimento de íons
A água pura não é boa condutora de eletricidade,
porém, se tornará boa se íons estiverem dissolvidos
nela.
EQUILÍBRIO QUÍMICO EM SOLUÇÕES ELETROLÍTICAS
 Um número relativamente pequeno de cargas pode gerar grandes forças,
portanto, os íons de uma solução se distribuem de forma que o líquido seja
neutro (macroscopicamente).
 Ex: Adição de sal na água - em qualquer região do líquido, os íons de sódio e cloro
estarão presentes em iguais concentrações.
 Se uma solução é posta em contato com uma distribuição de cargas, a solução
ficará com uma fina camada de cargas nas proximidades da superfície.
 Ex: Quando uma superfície plana carregada negativamente é mergulhada na solução, os
íons positivos serão atraídos pela superfície e os negativos serão repelidos.
ELETROSMOSE E A ORIGEM DO POTENCIAL DE MEMBRANA 
ATRAVÉS DE UMA MEMBRANA SEMIPERMEÁVEL
 A imagem mostra a origem do potencial elétrico em membranas
semipermeáveis.
 A cuba de água é dividida por uma membrana permeável apenas ao
íon potássio (K+).
 No compartimento à esquerda (e), adicionou-se uma pequena
quantidade de cloreto de potássio (KCl).
 No compartimento da esquerda (i), foi colocada uma grande
quantidade de KCl.
 Assim, essa imagem simula a diferença de concentração entre os
meios intra e extracelular.
e i
 Esse sistema não está em equilíbrio.
 O potássio, por existir em maior concentração do lado direito, irá se difundir pela membrana em busca do
equilíbrio.
 O cloro não atravessa a membrana, porque esta não lhe é permeável.
 Quando os íons K+ atravessam a membrana, deixam um excesso de íons Cl- do lado direito, fazendo surgir
uma carga líquida negativa.
 As cargas permanecerão próximas à superfície da membrana: as negativas na face esquerda e as positivas
na face direita, conforme a figura abaixo.
Extracelular Intracelular
 Essa distribuição das cargas cria uma diferença de potencial elétrico através da membrana.
 Nessas circunstâncias, íons K+, que estão do lado direito, experimentarão a ação competitiva de duas forças 
opostas:
 A tendência à difusão pela diferença de concentração
 A atração eletrostática pela carga líquida negativa
Quando estas duas forças se compensarem, o sistema estará em equilíbrio 
eletroquímico.
 No equilíbrio eletroquímico, apenas uma pequena fração dos íons K+ terá atravessado a membrana, o que é
insuficiente para alterar significativamente as concentrações dos compartimentos, mas bastante para gerar uma
diferença de potencial mensurável através da membrana.
 As células animais apresentam uma diferença de potencial elétrico através da membrana plasmática, que surge
pela difusão de K+ por seus canais seletivos (conforme será abordado a seguir).
EM RESUMO...
 O equilíbrio eletroquímico de íons, para os quais a membrana lhes seja permeável, se caracteriza pelo surgimento
de um potencial elétrico que contrabalance a difusão.
 Em outras palavras, se o soluto porta uma carga líquida (+ ou -), tanto o seu gradiente de concentração quanto o
seu potencial de membrana influenciam seu transporte.
TRANSPORTE ATRAVÉS DE MEMBRANA
 A membrana plasmática permite:
 Entrada de moléculas e íons essenciais, tais como glicose, aminoácidos, lipídeos, K+, Na+ e Ca2+,
 Permanência de compostos metabólicos no seu interior
 Excreção de produtos tóxicos do metabolismo
 Os transportes transmembranares existem para garantir o funcionamento das células,
controlando a entrada e saída de íons e moléculas e, ainda para criar condições de
armazenamento de energia necessária para a realização de muitos processos celulares.
TRANSPORTE PASSIVO
 Pode ocorrer por difusão simples ou facilitada.
TRANSPORTE PASSIVO – DIFUSÃO SIMPLES
 Processo não seletivo pelo qual qualquer molécula capaz de dissolver-se na camada fosfolipídica pode
cruzar a membrana plasmática.
 Somente moléculas pequenas podem passar
 Ex: gases (CO2 e O2), moléculas hidrofóbicas (benzeno),moléculas polares pequenas não-carregadas (H2O e etanol).
 Difusão do O2 e CO2
 A concentração de O2 no meio externo é maior que no citoplasma – onde ele é consumido.
 Já o CO2 tem a maior concentração no citoplasma – onde ele é produzido, que no meio extracelular.
Essas moléculas são transportadas
diretamente através da membrana,
por difusão, no sentido do gradiente
de concentração correspondente.
TRANSPORTE PASSIVO – DIFUSÃO FACILITADA
 Outras espécies químicas mantêm gradientes de concentração entre os meios intra e extracelular, mas devido ao
seu tamanho ou natureza hidrofílica, não conseguem atravessar a membrana.
 Nesse caso, o processo de difusão é mediado por uma proteína que facilita a passagem da molécula.
 Difusão facilitada por canal
 Difusão facilitada por proteína transportadora
 Esse tipo de transporte permite a passagem de moléculas maiores polares e não-carregadas, como por exemplo, carboidratos
(glicose), aminoácidos e moléculas carregadas como íons (H+, Na+, K+).
TRANSPORTE PASSIVO – DIFUSÃO FACILITADA
 DIFUSÃO FACILITADA POR CANAL
 As proteínas de canal formam poros abertos através da membrana,
permitindo a passagem livre de qualquer molécula de tamanho
apropriado.
TRANSPORTE PASSIVO – DIFUSÃO FACILITADA
 DIFUSÃO FACILITADA POR PROTEÍNA CARREADORA/
TRANSPORTADORA
 Ligam seletivamente e transportam pequenas moléculas específicas, como a glicose.
 Sofrem mudanças conformacionais, após se ligarem à molécula específica, o que abre os canais e faz com que a
molécula a ser transportada possa cruzar a membrana e ser liberada do outro lado.
DIFUSÃO SIMPLES X DIFUSÃO FACILITADA
TRANSPORTE ATIVO
 Se o único transporte do Na+ através da membrana ocorresse por
transporte passivo, com o passar do tempo, a concentração do Na+ no
interior da célula tenderia a se igualar à concentração no meio
extracelular, fazendo desaparecer seu gradiente de concentração e
cessando o transporte.
 Conforme vemos na tabela, o gradiente de concentração do Na+ no
citosol é de aproximadamente 10 mM, enquanto que no sangue é de 142
mM.
Como tal gradiente é 
mantido???
 O transporte ativo de moléculas ocorre mediado por uma proteína que funciona como uma
bomba.
 Este transporte está acoplado a uma “fonte” que fornece a energia para acionar a bomba.
 Frequentemente, essa fonte de energia é a reação química da hidrólise do ATP.
 Logo, o transporte ativo ocorre contra o gradiente de concentração e às custas de ATP.
A energia fornecida pela hidrólise do ATP é utilizada para possibilitar que
ocorra o transporte de uma molécula em uma direção energeticamente
desfavorável (contra gradiente de concentração).
BOMBAS DE ÍONS
 São responsáveispela manutenção dos gradientes de íons através da membrana.
 Como vimos, a concentração de Na+ é aproximadamente 10 vezes mais alta do
lado externo da célula quando comparado ao lado interno. Já a concentração de
K+ é maior no lado de dentro da célula.
 Através da bomba, os íons de Na+ saem e os de K+ entram na célula, movendo-
se, respectivamente, contra seus gradientes de concentração.
Bomba de Na/K-ATPase
Utiliza a energia da hidrólise de ATP para transportar Na+ e K+ no sentido contrário ao
seu gradiente
Os íons de Na+ ligam-se
a sítios de alta afinidade
no interior da célula.
Essa ligação estimula a
hidrólise do ATP e a
fosforilação da bomba,
induzindo alterações
conformativas que expõem o
sítio de ligação ao Na+ no
lado externo da célula e
reduzem sua afinidade pelo
Na+.
A ligação com o Na+ é
desfeita, liberando-o nos
fluidos extracelulares. Ao
mesmo tempo, sítios de
ligação de alta afinidade com
K+ são expostos na superfície
da célula.
A ligação do K+ extracelular
com esses sítios estimula a
hidrólise do grupo fosfato
ligado à bomba, que induz
uma segunda alteração
conformativa, expondo o
sítio de ligação do K+ para o
lado do citosol, diminuindo
sua afinidade de ligação e
liberando o K+ no lado de
dentro das células.
A figura abaixo mostra 3 tipos de transporte (1, 2 e 3) através da membrana plasmática. Analise-a.
Assinale a alternativa que apresenta, respectivamente, o número que indica a passagem de O2 da água para as brânquias de um 
peixe e o transporte de glicose para o interior das células do corpo humano.
a. 1 e 1
b. 1 e 2
c. 2 e 1
d. 2 e 3
e. 3 e 2
REFERÊNCIAS
 OLIVEIRA, J. R. (org). Biofísica para ciências biomédicas. 4 ed. Porto Alegre: EDIPUCRS, 2016.
 WEISSMÜLLER, G. Biofísica – vol. 1. Rio de Janeiro: Fundação CECIERJ, 2009.
PROFª DRª THAÍS DALZOCHIO