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TRANSPORTE ATRAVÉS DAS MEMBRANAS
CELULARES
Prof. M.Sc. Hugo D. Hoffmann Santos
MEDICINA
MÓDULO 1 – FUNÇÕES ORGÂNICAS
ESTRUTURA
PARTE I – Distribuição dos Líquidos
Corporais
PARTE II – Transporte Ativo
PARTE I
DISTRIBUIÇÃO DOS LÍQUIDOS CORPORAIS
1. Difusão2. Osmose3. Filtração Capilar4. Distúrbios Volumétricos e Osmóticos
BARREIRAS ENTRE OS COMPARTIMENTOS
• Água Corporal → 60% do peso total• 2/3 água → Líquido Intracelular (LIC)• 1/3 água → Líquido Extracelular (LEC)• LEC → plasma, líquido cérebro-espinhal e o líquido
intersticial• Barreiras Seletivas → Permitem a existência de
compartimentos líquidos com ≠ composições (eletrólitos) resultando em espaços anatômicos e funcionais.
Se alguma alteração do volume plasmático provocar alteração na pressão capilar plasmática ou na concentração proteica do plasma o volume do líquido intersticial irá variar. Se essa
mudança provocar alteração da osmolaridade do LEC ocorrerá equilibração osmótica com o volume de água do LIC
DIFUSÃO• Movimento (soluto ou solvente) → Exige energia• Membrana Celular → Oferece resistência ao
movimento• Fonte de Energia → Gradiente de concentração• Gradiente de Concentração → Elétrico ou
Osmótico• Aumentam a Difusão:
• Maior superfície da área de troca
• Maior gradiente de concentração
• Menor distância de movimento
DIFUSÃOTodas as moléculas e íons no corpo, inclusive as moléculas de água e as substâncias dissolvidas
nos líquidos corporais, estão em constante movimento, cada partícula movendo-se por seu
percurso distinto.
A B A Bestacionári
arepelida
(ganha energia cinética)
DIFUSÃOEsse movimento contínuo de moléculas
colidindo milhares de vezes por segundo umas contra as outras nos líquidos ou nos gases é
chamado difusão.Pode ser dividida em dois tipos:
DIFUSÃO SIMPLES
DIFUSÃO FACILITADA
DIFUSÃO
Movimento molecular aleatório de substâncias cuja energia causadora é a da movimentação cinética normal da
matéria.
DIFUSÃO SIMPLES
DIFUSÃO SIMPLES
• Pode ocorrer através da membrana celular por duas vias:• Pelos interstícios da
bicamada lipídica no caso de substância que se difunde ser lipossolúvel.
• Pelos canais aquosos que penetram por toda a espessura da membrana.
SOLUBILIDADE DO COMPOSTO
LIPOFÍLICO HIDROFÍLICO
DIFUSÃO SIMPLES
BICAMADA FOSFOLIPÍDICA (MEMBRANA)
DIFUSÃO FACILITADA
PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS
DIFUSÃO DE SUBSTÂNCIAS LIPOSSOLÚVEIS
• A lipossolubilidade é determinante para uma rápida difusão pela bicamada lipídica.
• O2, N2, CO2 e álcool tem alta lipossolubilidade (lipofílicas) e se difundem através da membrana celular do mesmo modo que ocorre a difusão de solutos hidrossolúveis em soluções aquosas.
• A velocidade de difusão para cada substâncias é diretamente proporcional à sua lipossolubilidade (O2 é levado para o interior como se não existisse membrana).
DIFUSÃO FACILITADARequer a interação com uma proteína
transportadora que ajuda a passagem das moléculas ou dos íons, através da membrana,
por meio de ligação química com eles.
DIFUSÃO FACILITADA
Na difusão simples a velocidade da difusão
através de um canal aberto aumenta em proporção
direta à concentração da substância difusora.
Na difusão facilitada a velocidade da difusão tende a um máximo á medida que
a concentração da substância difusora
aumenta.
PROTEÍNAS DA MEMBRANAContém espaços aquosos por toda a extensão da molécula, permitindo o livre movimento da água, bem como de íons ou de moléculas selecionadas.
CANAIS
Se ligam às moléculas ou aos íons a serem transportados. Alterações estruturais nas moléculas da proteína movem a substância através dos interstícios da proteína até o outro lado da membrana.
TRANSPORTE
AQUAPORINASSão uma classe proteínas
integrais de membrana que formam poros na
membrana. Defeitos genéticos envolvendo
genes que as codificam têm sido associados a
várias doenças humanas. O Prémio Nobel da Química
do ano de 2003, foi atribuído a Peter Agre por
sua descoberta.
OSMOSEMovimento da água entre os compartimentos dos
líquidos corporais que ocorre em resposta a gradientes osmóticos e em resposta a gradientes
de pressão hidrostática.
Esse movimento exige:• Barreira semipermeável que permita o movimento de
água, mas não o do soluto.
• Diferença na concentração do soluto através da barreira.
LEC LIC
DEPLEÇÃO VOLUMÉTRICA
SEM ALTERAÇÃO VOLUMÉTRICA
EXPANSÃO VOLUMÉTRICA
Movimento Água = MAIOR OSMOLARIDADE → menor osmolaridade
DEPLEÇÃO VOLUMÉTRICA (eliminação renal ou gastrinstestinal)
PACIENTE ISOTÔNICO
PACIENTE HIPERTÔNICO
PACIENTE HIPOTÔNICO
A diarreia é um tipo de perda de líquido isotônico pelo TGI restrito
ao LEC
O suor é perda de líquido hipotônico
e eleva a osmolaridade
plasmática
A secreção excessiva de ADH (SIADH) resulta na excreção renal de urina hipertônica
Atividade Física
Transpiração (suor)
Glândulas Sudoríparas (Termorregulaç
ão)
Diminui Atividade
Adrenérgica (SNS)
Aumenta o Fluxo
Sanguíneo
Promove Vasodilataç
ão
Resulta na Perda de Volume
Líquido Hipotônico
(pouco soluto + muita água)
Aumenta a concentraçã
o dos solutos no
LEC
Eleva a osmolaridad
e plasmática
Movimento de água LIC → LEC
Paciente Hipertônico
EXPANSÃO VOLUMÉTRICA (ingestão dietética e infusão intravenosa)
PACIENTE HIPOTÔNICO
Infusão intravenosa de solução
fisiológica 0,9% não altera osmolaridade
plasmática
Infusão de salina hipertônica 7,5% aumenta o osmol
do plasma
Infusão intravenosa de solução dextrose
5% reduz a osmolaridade do LEC
ao reduzir sua concentração
PACIENTE ISOTÔNICO
PACIENTE HIPERTÔNICO
O equilíbrio hídrico corporal exige a regulação da ingestão (sede) e da excreção renal, a fim de
compensar a perda não regulada de água, pela respiração e pela sudorse
FILTRAÇÃO CAPILAR
• A pressão osmótica também contribui para o movimento transcapilar de líquido no sistema cardiovascular.
• A pressão osmótica na barreira capilar é determinada pela concentração das grandes proteínas do plasma é denominada pressão coloidosmótica ou oncótica.
Pressão Hidrostática
CapilarCAPILAR
INTERSTÍCIO
Pressão Coloidosmóti
ca Capilar
Pressão Hidrostática Intersticial
Pressão Coloidosmóti
ca Intersticial
O balanço das forças coloidosmótica e hidrostáticas determina a troca nos capilares entre o plasma e o
líquido intersticial
HemorragiaPerda
Isotônica de Líquido
Perda de Volume
Plasmático
Redução da Pressão Capilar
Reabsorção de Líquido
IntersticialRedução do Hematócrito
Redução na concentração de albumina
Redução da Pressão
Oncótica do Plasma
Aumento do Líquido
Intersticial
CHECK POINT Parte I
O que ocorrerá com o LIC de uma pessoa que ingeriu um
Gatorade após realizar atividade física em uma
academia?
CHECK POINT Parte I
O que ocorrerá com o LIC de uma pessoa que ingeriu um
Gatorade após realizar atividade física em uma
academia?Estará hipertônica (perda de líquido hipotônico). No LEC, o isotônico reduz a
osmolaridade e aumenta o volume. Assim, a osmolaridade do LIC será maior, atraindo
água por osmose até que volume e osmolaridade de ambos ambientes se
equilibrem.
PARTE II
TRANSPORTE ATIVO
1. Primário2. Secundário
OS ÍONS
• Os íons mais importantes na célula são: potássio, magnésio, fosfato, sulfato, bicarbonato.
• Em menores quantidades: sódio, cloreto e cálcio.
• Componentes inorgânicos para as reações celulares.
• Necessários para a transmissão de impulsos eletroquímicos nos nervos e fibras musculares.
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS
LÍQUIDOS EXTRA E
INTRACELULAR
Essas diferenças são produzidas
pelos mecanismos de transporte das
membranas celulares
TRANSPORTE ATIVO• Útil quando é necessário grande concentração
de uma substância no líquido intracelular, embora o líquido extracelular só a tenha em baixa concentração (K+).
• Importante também para manter baixas concentrações de outros íons dentro das células, mesmo que sua concentração no líquido extracelular seja alta (Na+).
• Nenhum desses dois efeitos pode ocorrer por difusão simples que, com o passar do tempo, tende a equilibrar a concentração nos dois lados da membrana.
TRANSPORTE ATIVO• Alguma fonte de energia deve causar maior
deslocamento dos íons potássio para o interior da célula e deslocamento mais intenso de íons sódio para fora das células.
• Um transporte ativo ocorre quando a membrana celular transporta as moléculas ou os íons contra um gradiente de concentração.
• É o que ocorre também com vários açúcares e a maioria dos aminoácidos.
TRANSPORTE ATIVO
PRIMÁRIO SECUNDÁRIO
A energia é derivada diretamente da
degradação de ATP ou qualquer outro
composto de fosfato com alta energia.
A energia é derivada secundariamente da
energia armazenada na forma de diferentes
concentrações iônicas de substâncias moleculares.
TRANSPORTE ATIVO• Nos dois casos o transporte depende de
proteínas transportadoras que penetram por toda a membrana celular, como ocorre na difusão facilitada.
• Mas difere desse tipo de transporte pois no transporte ativo as proteínas transportadoras são capazes de transferir energia para a substância transportada para movê-la contra o gradiente eletroquímico.
BOMBA DE SÓDIO-POTÁSSIO• Base para a função nervosa, transmitindo sinais
por todo sistema nervoso.• O mecanismo de transporte ativo mais
estudado em seus detalhes é a bomba Na+/K+: bombeia íons sódio para fora ao mesmo tempo que bombeia íons potássio para dentro.
• Bomba responsável pela manutenção das diferenças de concentração e estabelecimento de voltagem elétrica negativa dentro das células.
BOMBA DE SÓDIO-POTÁSSIO• Possui três receptores para ligação de íons sódio
na porção interna da proteína transportadora.• Possui dois receptores para ligação de íons
potássio na porção externa da proteína transportadora.
• A porção interna da proteína transportadora tem atividade ATPase (enzimas que catalisam a decomposição do ATP).
BOMBA DE SÓDIO-POTÁSSIO• Outra importante função é controlar o volume
celular, sem o qual a maioria delas incharia até estourar.
• Dentro da célula, proteínas e moléculas orgânicas fixas tem carga negativa atraindo grande número de potássio, sódio e outros íons positivos, provocando osmose de água para o interior da célula.
• Essa bomba impede que isso ocorra com seu saldo positivo (sai 3 Na+ entra 2 K+) de envio de íons positivos para o exterior “puxando” água junto com o soluto para fora.
BOMBA DE SÓDIO-POTÁSSIO• O saldo de transferência dessa bomba significa
que uma carga positiva é transportada do interior da célula para o exterior.
• Resultando em positividade do lado externo da célula, mas cria um déficit interno de íons positivos (função eletrogênica).
• Produz potencial de ação através da membrana celular, mecanismo essencial para a transmissão dos sinais musculares nas fibras desse tecido.
BOMBA DE CÁLCIO• Sob condições normais os íons Ca++ estão em
quantidade extremamente baixa (10.000 vezes menor) no ambiente intracelular de todas as células do corpo.
• Em grande parte isso é um efeito do transporte ativo primário por duas bombas de cálcio. • Uma na membrana transportando Ca++ para o
exterior.• A outra bombeia cálcio para dentro de organelas
(retículo sarcoplasmático das células musculares e as mitocôndrias).
Fármaco nefrotóxico utilizado no tratamento de
insuficiência cardíaca, aumenta a força de
contração cardíaca por meio da reversão da bomba Na+-
K+ que aumenta a quantidade de sódio no
cardiomiócito. Diminuindo a eficiência do trocador de sódio-cálcio, aumenta a concentração
celular de cálcio armazenado no retículo sarcoplasmático,
que aumenta a força da contração cardíaca e diminui
a frequência cardíaca.
COTRANSPORTE (SIMPORTE)• O excesso de Na+ no LEC tenta se difundir para
o LIC e essa energia cinética pode empurrar outras substâncias junto com o sódio através da membrana celular (cotransporte).
• Uma outra proteína transportadora é necessária e, no caso do sódio, precisa ter um local de ligação para este íon e outro local de ligação para a substância a ser cotransportada.
• A fonte de energia é o gradiente de energia do sódio e não da substância, por isso transporte ativo secundário.
COTRANSPORTE SÓDIO-GLICOSE
COTRANSPORTE SÓDIO-GLICOSE
• A glicose e muitos aminoácidos são transportados para dentro das células contra grandes gradientes de concentração.
• Essas bombas são especialmente importantes no transporte de glicose através do epitélio de células renais e intestinais.
• Nos túbulos renais promove a importante absorção de glicose pelo sangue.
CONTRATRANSPORTE (ANTIPORTE)
• Neste tipo o sódio de liga na proteína transportadora no lado externo da célula enquanto que a substância a ser transportada se liga no sítio localizado na parte interna da célula.
• Uma vez que ambos já se ligaram, ocorre alteração conformacional e a energia liberada pelo sódio, em sua difusão para dentro da célula, faz com que a outra substância seja transportada para o exterior.
CONTRATRANSPORTE SÓDIO-CÁLCIO
• Ocorre através de todas ou quase todas as membranas celulares, permitindo a movimentação de íons sódio para o interior e cálcio para o exterior da célula, ambos ligados à mesma proteína transportadora.
• Esse mecanismo é complementar ao transporte ativo primário de cálcio.
CHECK POINT Parte II
Cite duas as implicações fisiológicas da produção de
voltagem elétrica negativa no interior das células pela bomba
Na+/K+ ATPase?
CHECK POINT Parte II
Cite duas as implicações fisiológicas da produção de
voltagem elétrica negativa no interior das células pela bomba
Na+/K+ ATPase? Controle do volume celular, produz potencial de ação na membrana e possibilita diferentes gradientes de
concentração