Transporte através da membrana- aula 2 fisiologia

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Transporte através da membrana
O transporte de substâncias através
da membrana considera a eficiência
de uma substância para passar
através da membrana, que são:
1. Solubilidade da substância na
membrana.
2. Carga elétrica da substância.
3. Diferença de gradiente do
potencial químico.
4. Permeabilidade da membrana
para a substância.
➩ MEMBRANA CELULAR
A membrana celular é envolvida por
uma bicamada lipídica .
A membrana celular contém proteínas
junto aos lipídeos atravessando a
espessura dessa membrana.
Não é miscível nos líquidos intra e
extracelular .
Substâncias lipossolúveis podem se
dispersar através da bicamada
lipídica.
Proteínas transportadoras ou
proteínas de canais ; Possui função de
mediar a passagem de substâncias
através da membrana.
As proteínas de canais e as proteínas
transportadoras são seletivas para o
transporte de íons e moléculas que
atravessam a membrana.
➩ DIFUSÃO SIMPLES
A difusão simples ocorre devido ao
movimento cinético das moléculas ou
íons, isso ocorre através da abertura
na membrana ou através de espaços
intermoleculares, sem que ocorra
qualquer interação com as proteínas
transportadoras da membrana.
A intensidade que a difusão ocorre é
determinada pela quantidade de
substâncias disponíveis, pela do
movimento cinético, e pelo número e
tamanho das aberturas nas
membranas pelas quais os íons e
moléculas podem se mover.
A DIFUSÃO SIMPLES SE DAR ATRAVÉS
DA MEMBRANA POR DUAS VIAS:
1. Pelos interstícios da bicamada
lipídica, por exemplo, no caso
de substâncias que se
difundem por serem
lipossolúveis.
2. Através dos canais aquosos
que penetram toda a
membrana, por meio de
algumas proteínas
transportadoras.
DIFUSÃO DE SUBSTÂNCIAS
LIPOSSOLÚVEIS
A velocidade de difusão através da
membrana é diretamente
proporcional a sua solubilidade .
DIFUSÃO DE MOLÉCULAS INSOLÚVEIS
EM LIPÍDIOS PELOS CANAIS
PROTEICOS
A água passa com facilidade pelos
canais das moléculas de proteínas
que penetram por toda espessura da
membrana, isso ocorre devido a água
ser extremamente insolúvel em
lipídio.
Outras moléculas que são insolúveis
em lipídios podem passar pelos
canais dos poros das proteínas, assim
como a molécula de água, desde que
sejam hidrossolúveis e pequenas.
quanto maior a molécula de água sua
penetração diminui
DIFUSÃO ATRAVÉS DOS CANAIS
PROTÉICOS
Por meio desses canais as
substâncias podem se deslocar por
difusão simples.
Os poros são compostos por
proteínas integrais da membrana
celular e formam tubos abertos
através da membrana.
O diâmetro do poro e a sua carga
elétrica fornece seletividade que
permitem a passagem de somente
algumas moléculas.
São exemplos desses canais os canais
de água ou a aquaporina, que
permitem a passagem rápida da água
por meio da membrana celular.
As proteínas de canais podem ser
distinguidas por duas características :
1. São seletivamente permeável a
substâncias
2. Os canais são abertos e
fechados por comportas que
são reguladas por sinais
elétricos ou químicos que se
ligam à proteína de canal.
PERMEABILIDADE SELETIVA DAS
PROTEÍNAS DE CANAIS
Proteínas de canais são altamente
seletivas
O transporte de íons ou moléculas
específicas ocorre devido às
características de um determinado
canal .
CANAIS DE POTÁSSIO
Os canais de potássio permitem a
passagem de íons de potássio através
da membrana.
No topo do poro do canal existem
alças que formam um filtro de
seletividade estreita.
Revestindo o filtro encontram-se
oxigênios carbonílicos.
Os íons de potássio hidratados
quando entram no filtro da
seletividade , eles interagem com o
oxigênio carbonílicos e perdem a
maioria de suas moléculas de água
ligadas, permitindo a passagem dos
íons potássio desidratados pelo canal.
CANAIS DE SÓDIO
A superfície interna deste canal tem
forte carga negativa.
Essas fortes cargas negativas podem
puxar os íons sódio desidratados para
dentro desses canais, afastando os
íons sódio das moléculas de água que
os hidratam.
Uma vez no canal os íons sódio se
dispersam em qualquer direção de
acordo com as leis usuais de difusão.
COMPORTAS DAS PROTEÍNAS DE
CANAIS
As comportas das proteínas de canais
fornecem meios para controlar a
permeabilidade iônica dos canais .
Isso ocorre para o controle da
seletividade dos íons de potássio e
sódio.
A variação da abertura e fechamento
desses canais podem ser controlados
de duas formas:
Por variação da voltagem: Nesse caso,
suas ligações químicas reagem ao
potencial elétrico através da
membrana celular.
A abertura desses canais de potássio
é responsável pelo término do
potencial de ação.
Por controle químico: As comportas
das proteínas de canais dependem da
ligação de substância químicas
(ligantes) com proteína que abre ou
fecha a sua comporta
Esse tipo é conhecido como controle
químico ou controle por ligante.
➩ DIFUSÃO FACILITADA
No caso da difusão facilitada requer a
interação com uma proteína
transportadora.
Essa proteína transportadora ajuda na
passagem das moléculas ou íons,
através da membrana, por meio de
ligações químicas, transportando
essas moléculas e íons.
DIFERENÇA ENTRE DIFUSÃO SIMPLES E
DIFUSÃO FACILITADA
A velocidade da difusão simples ,
através de um canal aberto aumenta
proporcionalmente com a substância
difusora.
Já na difusão facilitada a velocidade
da difusão tende a um máximo,
denominado de Vmáx .
Portanto, podemos dizer que na
difusão simples a velocidade continua
a aumentar proporcionalmente,
enquanto na difusão facilitada a
velocidade da difusão não pode
aumentar acima do nível do V.
O QUE LIMITA A VELOCIDADE DA
DIFUSÃO FACILITADA ?
O que limita a velocidade da difusão
facilitada é a alteração na
conformação ou química da proteína
transportadora, de forma que o poro
se abre para o lado oposto da
membrana.
POTENCIAL DE NERNST
Quando um potencial é 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 .
A concentração iônica negativa é a
mesma em ambos os lados .
A carga positiva atrai os íons
negativos, ao passo que a carga
negativa os repele.
Assim a difusão ocorre da esquerda
para a direita.
Portanto, a difusão ocorre por meio
da diferença de concentração iônica
na direção oposta à diferença de
potencial elétrico.
EFEITO DA DIFERENÇA DE PRESSÃO
ATRAVÉS DA MEMBRANA
Algumas vezes, diferenças
consideráveis de pressão se
desenvolvem entre os dois lados de
uma membrana difusível .
EX: Membrana capilar sanguínea.
Por isso, a quantidade de energia
disponível é maior e causa o
movimento efetivo das moléculas do
lado de alta pressão para o lado de
menor pressão.
Isso faz com que mais moléculas se
choquem de um lado do poro,
enquanto as outras se difundem para
o outro lado.
OSMOSE
A água é considerada a substância
mais abundante que se difunde
através da membrana celular.
Geralmente o volume celular é
constante, no entanto, sob certas
circunstâncias pode desenvolver
diferença da concentração da água
através da membrana.
Quando isso ocorre passa a existir um
movimento efetivo da água através da
membrana celular, fazendo com que a
célula inche ou encolha, dependendo
da direção da água.
Esse processo efetivo de movimento
da água causado por sua diferença de
concentração é denominado de
osmose.
PRESSÃO OSMÓTICA
A quantidade exata de pressão
necessária para interromper a osmose
é conhecida como pressão osmótica.
A pressão osmótica exercida pelas
partículas em solução, sejam elas
moléculas ou íons, é determinada
pelo pelo número dessas partículas
por unidade de volume de líquido e
não pela massa das partículas.
A razão para isso é que cada partícula
em solução, independente de sua
massa, exerce em média a mesma
quantidade de pressão contra a
membrana.
TRANSPORTE ATIVO PRIMÁRIO: Nesse
tipo de transporte a energia é
derivada diretamente da degradação
do ATP ou qualquer outro composto
de fosfato com alta energia.
TRANSPORTE ATIVO SECUNDÁRIO:
Nesse tipo de transporte a energia é
derivada secundariamente da energia
armazenada na forma dediferentes
concentrações iônicas de substâncias
moleculares secundárias ou iônicas
entre os dois lados da membrana da
célula, que forma geradas
originalmente por transporte
primário.
OBS: Nos dois casos o transporte
depende de proteínas
transportadoras, no entanto no
transporte ativo as proteínas
transportadoras funcionam de modo
distinto da difusão facilitada, pois são
capazes de transferir energia para as
substâncias transportadas para contra
o gradiente eletroquímico.
Substâncias que são transportadas
por transporte ativo primário:
-Sódio
-Cálcio
-Potássio
-Hidrogênio
-Cloreto e outros.
TRANSPORTE ATIVO PRIMÁRIO-
BOMBA DE SÓDIO-POTÁSSIO
A bomba de sódio e potássio é o
processo de transporte que bombeia
íons de sódio para fora, através da
membrana celular de todas as células,
e ao mesmo tempo bombeia íons de
potássio de fora para dentro.
É responsável por:
- Manutenção das diferenças de
concentração entre o sódio e o
potássio.
-Estabelecimento da voltagem elétrica
negativa dentro das células.
-É a base para função nervosa,
transmitindo sinais nervosos por todo
o sistema nervoso.
Os componentes básicos da bomba
de sódio e potássio possuem
proteínas transportadoras, que são
duas proteínas globulares distintas,
sendo uma de subunidade menor e
outra de subunidade menor.
A subunidade menor não apresenta
função conhecida .
No caso da subunidade maior ela
apresenta três características
importantes para o funcionamento da
bomba de sódio e potássio:
1. Possui três receptores para a
ligação de íons de sódio na
porção da proteína que se
projeta para dentro da célula.
2. Contém dois locais receptores
para íons potássio na sua
porção externa.
3. A porção interna dessa
proteína, perto do local de
ligação do sódio, tem atividade
ATPase.
Dois íons de potássio se ligam à parte
externa da proteína transportadora e
três íons sódio se ligam à parte
interna , ativando a função ATPase da
proteína.
Devido a isso, ocorre a clivagem da
molécula de ATP, que por sua vez, se
divide em ADP, liberando uma ligação
fosfato de alta energia.
Essa energia causa alterações
químicas e conformacionais da
molécula da proteína transportadora,
ocasionando na liberação de três íons
de sódio para fora e dois íons de
potássio para dentro.
Outra função importante da bomba
de sódio e potássio é controlar o
volume de cada célula.
Sem a função dessa bomba na
maioria das células corpo incharia até
estourar.
Mecanismo para controlar o volume
celular:
Dentro da célula existe grande
número de proteínas e de outras
moléculas orgânicas que não podem
sair das células.
Todas essas moléculas e íons vão
provocar a osmose de água para o
interior da célula. A menos que essa
osmose seja interrompida, a célula irá
inchar até estourar.
O mecanismo normal para impedir
que isso ocorra é a bomba de sódio e
potássio.
A membrana é menos permeável aos
íons de sódio do que os íons de
potássio.
Portanto, uma vez que os íons de
sódio estão do lado de fora, eles
apresentam forte tendência a
permanecerem ali.
Desse modo, isso representa perda
real de íons para fora da célula, o que
inicia a osmose da água para fora da
célula.
Caso a célula começa a inchar por
alguma razão, isso automaticamente
ativa a bomba, transferindo ainda
mais íons para fora da célula e
consequentemente carregando mais
água com eles.
Por essa razão a bomba exerce o
papel de vigilância para manter o
volume normal da célula estável.
TRANSPORTE ATIVO PRIMÁRIO- ÍONS
DE CÁLCIO
BOMBA DE CÁLCIO
Os íons de cálcio em condições
normais são mantidos em
concentração muito baixa no citosol
intracelular .
Essa situação é resultado do
transporte ativo primário por duas
bombas de cálcio.
Uma dessas bombas se encontra na
membrana celular, transportando
cálcio para o exterior .
A outra bombeia íons de cálcio para
dentro de uma ou mais organelas
vesiculares intracelulares .
EX: Retículo sarcoplasmático das
células musculares e mitocôndrias.
A proteína transportadora atravessa a
membrana e atua como a enzima
ATPase, tendo a mesma capacidade
transportadora do sódio.
A diferença é que essa proteína
contém um local de ligação
extremamente específico para o
cálcio, em vez de para o sódio.
TRANSPORTE ATIVO
SECUNDÁRIO-CO-TRANSPORTE
Ocorre quando o sódio é transportado
para fora da célula, por transporte
ativo primário, em geral cria-se uma
maior concentração de íons de sódio,
através da membrana celular.
Esse gradiente representa reservatório
de energia, pois o excesso de sódio
do lado de fora da membrana celular
está sempre tentando de difundir
para o interior.
Essa energia da difusão do sódio
pode empurrar outras substâncias
junto com o sódio, através da
membrana celular. Esse fenômeno é
referido como co-transporte e é a
forma de transporte ativo secundário.
TRANSPORTE ATIVO
SECUNDÁRIO-CONTRATRANSPORTE
Nesse tipo de transporte os íons de
sódio tentam outra vez se difundir
para o interior da célula devido a seu
grande gradiente de concentração.
No entanto, dessa vez a substância a
ser transportada está na parte interna
da célula e deve ser transportada
para o lado externo.
Por essa razão, o íon de sódio se liga
à proteína transportadora onde se
projeta para o exterior da membrana,
enquanto a substância a ser
contratransportada se liga à projeção
da proteína transportadora no interior
da célula.
CO-TRANSPORTE DE GLICOSE E
AMINOÁCIDO JUNTO COM ÍONS DE
SÓDIO.
A glicose e muitos aminoácidos são
transportados para dentro das células
contra grandes gradientes de
concentração.
A proteína transportadora tem dois
locais de ligação em seu lado externo,
um para o sódio e outro para glicose.
Uma propriedade especial da
proteína transportadora é que a
alteração conformacional para
permitir que sódio se movimente para
o interior não ocorre até que a
molécula da glicose também se ligue.