transporte através de membranas biológicas
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Transporte através de
membranas biológicas
• Lipídios e membranas.
• Mecanismo de transporte ativo e passivo.
• Transportadores e canais iônicos.
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A membrana
citoplasmática
◼ Compartimentalização
◼ Base para atividade biológica
◼ Barreira seletiva
◼ Transporte
◼ Responder a sinais externos
◼ Interações entre células
◼ Propagação de energia
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◼ Membrana plasmática de uma célula animal
O modelo de membrana
do Mosaico Fluído
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◼ A membrana é um mosaico fluído de fosfolipídeos e
proteínas.
◼ Moléculas de fosfolipídio formam a bicamada fluída
flexível.
◼ Colesterol e proteínas estão inseridas na camada
fosfolipídica.
◼ Carbohidratos agem como pontos de
sinalização/identificação.
◼ O colesterol impede que os lipídeos se agrupem de
maneira irreversível quando a temperatura da
membrana é muito baixa.
O modelo de membrana do
Mosaico Fluído
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Ácidos graxos e triacilgliceróis
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◼ Fosfolipídeos formam uma bicamada
estavél em ambientes aquáticos.
Cabeças
hidrofílicas
Caudas
hidrofóbicas
Água
Água
◼ A cabeça do fosfolipídeo fica para
fora e a cauda para dentro da
membrana.
Bicamada
Fosfolipídica
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◼ Fosfolípídeos
são o principal
componente
estrutural da
membrana.
◼ Cada um deles
possui uma
cabeça hidrofílica
e duas caudas
hidrofóbicas.
Bicamada
Fosfolipídica
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Fluidez da membrana ?
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Hidrofílica (cabeça)
Hidrofóbica (caudas)
Moléculas AnfipáticasLIPÍDEOS DE MEMBRANAS
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Lipídeos de Membrana
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Glicerofosfolipídeos (fosfolipídeos)
Cabeça: Grupo polar
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A common phospholipid ・Phosphatidyl choline
HEAD
GROUPGL
YC
ER
OL
FATTY ACID
FATTY ACID
P
Fosfatidilcolina
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Agregados de lipídeos
-micelas -bicamadas
Formação de micelas é um processo cooperativo: Agregação de somente alguns lipídeos
anfofílicos os quais não conseguem esconder os seus hidrocarbonetos hidrofóbicos da água.
Micelas são formados encima da cmc (concentração micelar crítica).
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Difusão transversal (flip-flop):
lento
Difusão lateral
rápida
Bicamadas são fluidos bidimensionais
Prova experimental:
Fluorescence photobleaching
recovery (FRAP)
Difusão até 1 mm/ s
Rotação
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Photobleaching e recuperação de fluorescência
Fluidez depende da temperatura.
Temperatura de transição liquido-
sólido aumenta com tamanho da
cadeia hidrocarbônica e grau de
saturação.
Colesterol decresce fluidez pois o
seu anel de esterol interfere com
cadeias laterais de ácidos graxos.
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ORGANIZAÇÃO DA MEMBRANA
PLASMÁTICA
a) Bicamada fosfolipídica: →Cabeça: porção hidrofílica ( atrai
a água- contém fósforo)
→Cauda: porção hidrofóbica
(repele a água)
b) Proteínas: encaixadas entre os fosfolipídios com diversas
funções. (ver quadro)
c) Moléculas de colesterol: relacionadas a maior ou menor
fluidez da membrana.
d) Glicoproteínas (carboidratos+proteínas) e glicolipídios
(carboidratos+lipídios) →formam o GLICOCÁLIX. O glicocálix
tem como a função a proteção da membrana plasmática e o
reconhecimento celular de um mesmo tecido.
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◼ A membrana controla a atividade na periferia
celular.
◼ Controla o fluxo de moléculas e íons
◼ As membranas organizam as reações
químicas produzindo o metabolismo.
Membranas: estrutura e
função
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Células vivas mantém gradientes de concentração
através de suas membranas
Fora Dentro
Proteína < Proteína
Na+ > Na+
K+ < K+
Ca+ > Ca+
H+ > H+
Cl- > Cl-
Elas mantém esse gradiente pelas propriedades de
transportes ativo e passivo de suas membranas
Membranas como barreiras
semi-permeáveis
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◼ Muitas das proteínas de membranas são enzimas.
◼ Algumas proteínas funcionam como RECEPTORES para mensagens
químicas de vindas de outras células ou do meio externo.
◼ A ligação do mensageiro a um receptor pode acionar uma
transdução de sinal
Enzyme activity Signal transduction
Messenger molecule
Receptor
Activated
molecule
Proteínas de Membranas
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Quatro maiores mecanismos pelos quais as
moléculas ou íons atravessam a membrana:
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O transporte pode ser tanto a favor
como contra o gradiente eletroquímico
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Note as diferenças na taxa de transporte (grossura das setas)
quando há e quando não há um potencial de membrana.
Potencial de ação e gradiente de concentração estão
trabalhando de maneira a aumentar a taxa de difusão.
Potencial de Membrana e gradiente de concentração
estão trabalhando em direções opostas
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Mecanismos para
atravessar a membrana
1. Transporte Passivo
Difusão
Osmose (água)
Difusão facilitada
2. Transporte ativo
3. Endocitose
4. Exocitose
5. Canais Iônicos
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◼ O fluxo do soluto segue o seu
gradiente de concentração, do mais
concentrado para o menos
concentrado.
◼ O soluto tende sempre ao equilíbrio.
◼ Não necessita de utilização de
energia.
◼ Moléculas polares podem requerer
um proteína de transporte.
Transporte Passivo
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Difusão simples: tamanho e
proporcão da solubilidade em lipídios
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◼ O movimento do soluto ocorre das áreas de maior concentração para as áreas de menor concentração.
◼ O soluto se difunde pela membrana sem nenhum trabalho organizado pela célula.
Difusão simples
EQUILÍBRIO
Molécula
de
pigmentoMembrana
EQUILÍBRIO
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Osmose
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◼ Transporte Passivo de molécula polar através de
proteína transportadora – nenhuma energia usada.
◼ Isto inclui água, açucares, aminoácidos, íons.
◼ Passa através de poros com afinidade pelo material
transportado
Difusão Facilitada
Molécula
de soluto
Proteína
transportadora
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Va=Vmax [A]
Km + [A]
Proteínas transportadoras sofrem uma mudança
conformacional
Difusão mediada por
transportadores:
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A difusão mediada por
transportadores segue a
cinética de Michaelis-
Menton. Atinge uma Vmax,
limitada pelo número de
transportadores e pela
velocidade em que cada um
pode transportar.
Va=Vmax [A]
Km + [A]
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Mecanismos para
atravessar a membrana
1. Transporte Passivo
Difusão
Osmose (água)
Difusão facilitada
2. Transporte ativo
3. Endocitose
4. Exocitose
5. Canais Iônicos
![Page 33: Transporte através de membranas biológicas](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012915/61c46bf8bb4ed924d40fa0b7/html5/thumbnails/33.jpg)
Quatro maiores mecanismos pelos quais as
moléculas ou íons atravessam a membrana:
![Page 34: Transporte através de membranas biológicas](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012915/61c46bf8bb4ed924d40fa0b7/html5/thumbnails/34.jpg)
◼ Difusão do soluto via proteínas transportadoras
contra um gradiente de concentração.
◼ Necessita energia!!
◼ A proteína transportadora necessita ser ativada.
◼ O ATP ativa a proteína doando a ela o fosfato.
◼ A ligação do ATP muda a conformação da
proteína e a afinidade pelo soluto.
Transporte Ativo
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◼ Transporte ativo de dois solutos
◼ ATP ativa a proteína
◼ A ligação do
fosfato muda
aforma e afinidade
pelo soluto
Transport
protein
1
FLUID
OUTSIDE
CELL
First
solute
First solute,
inside cell,
binds to protein
Phosphorylated
transport protein
2 ATP transfers
phosphate to
protein
3 Protein releases
solute outside
cell
4 Second
solute binds
to protein
Second
solute
5 Phosphate
detaches
from protein
6 Protein releases
second solute into
cell
Transporte Ativo
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Transporte ativo é aquele onde há o transporte de um soluto contra o
gradiente eletroquímico
Transporte ou Transporte primário- ativo
secundário (indireto) (direto)
Transporte Ativo
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Três tipos de transportadores participam dos
processos de transportes mediado e ativo:
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Transporte ativo
◼ Carregadores podem funcionar como:
◼ Uniporters (transporta um único soluto de
um lado ao outro da membrana)
◼ Carregadores acoplados
◼Symporters (simultâneamente transfere um
segundo soluto na mesma direção)
◼Antiporters (transfere um segundo soluto na
direção oposta)
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O transportador de glicose: A entrada de glicose na
célula é feita por um gradiente de Na+
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Transporte de glicose atraves da membrana do intestino
![Page 41: Transporte através de membranas biológicas](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012915/61c46bf8bb4ed924d40fa0b7/html5/thumbnails/41.jpg)
Transporte ativo direto: A bomba
de Na+-K+ (uma classe de
bombas P)
![Page 42: Transporte através de membranas biológicas](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012915/61c46bf8bb4ed924d40fa0b7/html5/thumbnails/42.jpg)
A bomba de cálcio do retículo
sarcoplasmático
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Mecanismos para
atravessar a membrana
1. Transporte Passivo
Difusão
Osmose (água)
Difusão facilitada
2. Transporte ativo
3. Endocitose
4. Exocitose
5. Canais Iônicos
![Page 44: Transporte através de membranas biológicas](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012915/61c46bf8bb4ed924d40fa0b7/html5/thumbnails/44.jpg)
◼ A membrana se dobra para dentro capturando o
material e internalizando-o
Endocitose
![Page 45: Transporte através de membranas biológicas](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012915/61c46bf8bb4ed924d40fa0b7/html5/thumbnails/45.jpg)
◼ Transporte de grandes moléculas ou partículas através da
membrana
◼ Uma vesícula pode se fundir com a membrana e liberar
seus componentes
◼ Encontrada em células secretoras e do SNC
Fluído extracelular
CITOPLASMA
Exocitose
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Mecanismos para
atravessar a membrana
1. Transporte Passivo
Difusão
Osmose (água)
Difusão facilitada
2. Transporte ativo
3. Endocitose
4. Exocytose
5. Canais Iônicos
![Page 47: Transporte através de membranas biológicas](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012915/61c46bf8bb4ed924d40fa0b7/html5/thumbnails/47.jpg)
Canais e transportadores
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Natureza impermeável das
bicamadas lipídicas.
◼ Bicamada livre de proteínas = liposomo
◼ As moléculas difundem de acordo com o
gradiente de concentração ( + - )
◼ A taxa na qual ocorre a difusão depende:
◼ Tamanho
◼ Solubilidade em óleo (medida indireta de
hidrofobicidade)
◼ Contudo, por emxemplo, bicamadas lipídicas são
essencialmente impermeáveis à íons.
◼ Bicamadas são 109 vezes mais permeáveis a água que a
íons.
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Natureza impermeável das
bicamadas lipídicas.
![Page 50: Transporte através de membranas biológicas](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022012915/61c46bf8bb4ed924d40fa0b7/html5/thumbnails/50.jpg)
O potencial de repouso
da membrana
Potencial de equilíbrio
de Nernst
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◼ Canais ativados por voltagem
◼ Canais ativados por ligantes
◼ Canais ativados mecanicamente
Transporte de íons através da
membrana mediado por proteínas
Tipos de canais
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OS PAPÉIS DAS PROTEÍNAS DA MEMBRANA
Proteínas transportadoras Relacionadas ao transporte de
substâncias através da
membrana.
Porinas / canais Proteínas que formam poros,
permitindo a passagem de soluto
e solvente.
Enzimas Proteínas que catalisam reações
celulares da parte interna da
membrana.
Receptores de membrana Substâncias provenientes do meio
externo que se ligam aos
receptores, numa reação
específica.
Glicoproteínas e glicolipídios Reconhecimento celular