células e fenômenos da membrana profa caroline pouillard de aquino aquino.caroline@gmail.com

Células e Fenômenos da Membrana

Profa Caroline Pouillard de Aquinoaquino.caroline@gmail.com

Organização da célula Célula típica:- Núcleo (membrana nuclear)- Citoplasma (membrana celular ou

plasmática)

Estruturas membranosas da célula A maioria das organelas da célula é

delimitada por membranas compostas primariamente de lipídios e de proteínas.

Essas membranas incluem: - Membrana celular- Membrana nuclear- Membrana do retículo endoplasmático- Membranas da mitocôndria, dos lisossomos

e do complexo de golgi

Estruturas membranosas da célula

Membrana celular (plasmática)

Estrutura fina, flexível e elástica 7,5 a 10 nanômetros de espessura Composição: - proteínas: 55%- fosfolipídios: 25%- colesterol: 13%- outros lipídios: 4%- carboidratos: 3%

A barreira lipídica da membrana celular impede a penetração de água

Bicamada lipídica: dupla camada de lipídios, contínua sobre toda a superfície da célula, composta de moléculas de fosfolipídios

Extremidade hidrofílica (solúvel em água)- fosfato; contato com os meios interno e externo

Extremidade hidrofóbica (solúvel em lipídios)- ácido graxo; centro da membrana; impermeável a substâncias hidrossolúveis (íons, glicose e uréia); permeável às lipossolúveis (O2, CO2 e álcool)

Proteínas globulares dispersas no filme lipídico

Estrutura da membrana celular

Proteínas da membrana celular 2 tipos:Proteínas integrais: - Se estendem por toda a membrana; - Podem formar canais (poros) para passagem de

água e íons;- Propriedades seletivas;- Podem agir como proteínas carregadoras para o

transporte de substâncias que não penetram a bicamada lipídica, inclusive na direção oposta à da difusão natural

Proteínas da membrana celular

Proteínas periféricas: - Ancoradas à superfície da membrana, sem

penetrá-la;- Frequentemente ligadas às proteínas

integrais;- Funcionam como enzimas ou controladoras

do transporte de substâncias através da membrana

Carboidratos da Membrana- O ”Glicocálice” Celular Os carboidratos na membrana encontram-se

combinados a proteínas ou lipídios, voltados para fora da célula:

- Conferem carga negativa à célula;- Unem uma célula a outra;- Agem como receptores de hormônios;- Participam de reações imunes Muitas das proteínas integrais são glicoproteínas 1/10 dos lipídios da membrana são glicolipídios

A barreira lipídica e as proteínas de transporte da membrana celular

A maioria das proteínas podem funcionar como transportadoras, seja formando canais ou ligando-se às moléculas a serem transportadas

As proteínas são seletivas no transporte de moléculas através da membrana

O transporte através da membrana celular ocorre por difusão ou transporte ativo.

Transportes através da membrana celular

Difusão Movimento molecular aleatório e contínuo de

substâncias, molécula a molécula, através dos espaços intramoleculares da membrana ou em combinação com proteína transportadora

Energia utilizada= energia cinética normal da matéria

Difusão através da membrana celular 2 subtipos: - Difusão simples (movimento cinético de

moléculas ou íons através de uma abertura na membrana ou dos espaços intermoleculares, sem interação com proteínas de transporte)

- Difusão facilitada (interação do íon ou molécula com uma proteína transportadora, por meio de ligação química)

Difusão das substâncias lipossolúveis através da bicamada lipídica

Velocidade depende da lipossolubilidade

Ex de substânciaslipossolúveis: O2, N, CO2, álcool

Difusão das moléculas hidrossolúveis pelos canais protêicos

A água passa com facilidade e rapidez pelos canais das moléculas de proteínas ou penetra por toda a espessura da membrana

Outras moléculas insolúveis em lipídios podem passar pelos canais dos poros das proteínas do mesmo modo que as moléculas de água, caso sejam hidrossolúveis e suficientemente pequenas

À medida que as dimensões das moléculas aumentam, sua penetração diminui rapidamente

Difusão pelos canais protéicos e as “comportas” desses canais As proteínas canais são distinguidas por 2

características importantes:1- São seletivamente permeáveis a certas

substâncias2- Muitos dos canais podem ser abertos ou

fechados por “comportas”

Permeabilidade seletiva das proteínas canais Características do canal como diâmetro,

forma, carga elétrica e propriedades químicas determinam a seletividade do transporte

Ex: Canal de sódio (diâmetro de 0,3 por 0,5 nanômetros; forte carga negativa interna, o que o torna especificamente seletivo para a passagem dos íons sódio)

Permeabilidade seletiva das proteínas canais

Permeabilidade seletiva das proteínas canais

Ex: Canal de potássio (menor que o canal de sódio: 0,3 X 0,3 nanômetros; sem carga negativa; ligações químicas diferentes; K+ passam pelo canal associados à água, pois são bem menores que o Na+ hidratado

As “comportas” das proteínas canais A abertura e o fechamento desses canais podem

ser controlados por 2 modos:

1- Por variações de voltagem: A conformação molecular do canal ou das suas ligações químicas reage ao potencial elétrico através da membrana celular

2- Por controle químico (por ligantes): Algumas comportas das proteínas canais dependem da ligação de substâncias químicas (ligantes) com a proteína. Isso causa alteração conformacional da proteína ou de suas ligações químicas na molécula da proteína que abre o fecha sua comporta

Difusão facilitada Difusão mediada por transportador (proteína

transportadora) Velocidade de difusão difere da difusão simples A velocidade com que moléculas podem ser

transportadas nunca pode ser maior do que a velocidade com que a molécula da proteína transportadora pode se alterar entre suas 2 conformações

Ex: transporte de glicose e de AA

Velocidade da difusão simples X difusão facilitada

Difusão facilitada

Efeito da diferença de concentração sobre a velocidade efetiva da difusão através da membrana:

- A velocidade de difusão de uma substância para o lado interno é proporcional à concentração das moléculas no lado externo

- A velocidade de difusão de uma substância para o lado externo é proporcional a sua concentração no lado interno da membrana

Efeito da diferença de concentração sobre a velocidade efetiva da difusão através da membrana

Efeito do potencial elétrico da membrana sobre a difusão dos íons através da membrana:

- Se um potencial elétrico for aplicado através da membrana, a carga elétrica dos íons faz com que eles se movam através da membrana, mesmo que não exista diferença de concentração para provocar esse movimento

Efeito do potencial elétrico da membrana sobre a difusão dos íons através da membrana

Efeito da diferença de pressão através da membrana Diferenças de pressão podem se

desenvolver entre os 2 lados de uma membrana difusível.

Ex: Membrana capilar sanguínea (pressão 20 mmHg > dentro do capilar)

Pressão: Soma de todas as forças das diferentes moléculas que se chocam com uma determinada área de superfície em um certo instante

Efeito da diferença de pressão através da membrana No lado de maior pressão há mais energia

disponível para movimentar as moléculas, do lado de alta pressão para o lado de menor pressão.

Osmose através de membranas seletivamente permeáveis O processo de movimento da água causado

por sua diferença de concentração é designado como osmose.

Pressão osmótica A quantidade exata de pressão necessária

para interromper a osmose é conhecida como pressão osmótica da solução de cloreto de sódio.

A pressão osmótica exercida pelas partículas em solução é determinada pelo nº dessas partículas por unidade de volume de líquido.

Transporte ativo de substâncias através das membranas Transporte ativo é o movimento de

substâncias através da membrana, em combinação com uma proteína transportadora, de modo que a substância se move em direção oposta à de um gradiente de energia, passando de um estado de baixa concentração para um estado de alta concentração.

Requer uma fonte adicional de energia, além da energia cinética.

Transporte ativo de substâncias através das membranas Quando a membrana celular transporta

moléculas ou íons contra um gradiente de concentração (elétrico ou de pressão), o processo é chamado de transporte ativo.

Ex: íons (sódio, potássio, cálcio, ferro, hidrogênio, cloreto), açúcares, aminoácidos.

Transporte ativo primário e secundário Primário: energia derivada de ATPou de qualquer

outro composto de fosfato com alta energia. Ex: sódio, potássio, cálcio, hidrogênio

Secundário: Uma substância é transportada contra seu gradiente de potencial eletroquímico porque o processo está acoplado ao transporte de uma outra substância.

Em ambos os casos há participação de proteínas transportadoras, capazes de transferir energia para a substância transportada para movê-la contra o gradiente eletroquímico.

Transporte ativo primário Bomba de Sódio-Potássio- Na+ bombeado para fora;- K+ bombeado para dentro;- Promove carga elétrica negativa no interior

das células- Importante para o controle do volume celular- Base para a função nervosa- Proteína transportadora: 2 proteínas

globulares separadas (α e β)

Transporte ativo primário Bomba de Sódio-Potássio- Características da Proteína α:1- 3 locais de ligação ao Na+ no interior da

célula2- 2 locais de ligação ao K+ na porção externa

da célula3- Porção interna tem atividade ATPase

Bomba Sódio-Potássio

Transporte ativo primário Bomba de Cálcio- 2 bombas: uma na membrana celular, que

transporta Ca++ para o exterior e outra que transporta Ca++ para o interior de organelas como o retículo sarcoplasmático das células musculares e as mitocôndrias de todas as células.

- Proteína carreadora com função ATPase

Transporte ativo secundário: Co-transporte e contratransporte Co-transporte: Proteína transportadora tem sítio de

ligação para o Na+ (por exemplo) e para outra substância a ser transportada, do meio externo para o interno. Ex: glicose + sódio ou AA + sódio

Contratransporte: O Na+ se liga à proteína transportadora do lado externo da célula e a substância a ser contratransportada se liga à proteína do lado interno da célula. A energia liberada pelo sódio em sua difusão para dentro da célula faz com que a outra substância seja transportada para o exterior. Ex: sódio-cálcio e sódio-hidrogênio

Co-transporte de sódio-glicose