5.aulas 9a14.transporte transmembranar
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Módulo 2:Relacionamento da célula com o meio envolvente
Transporte transmembranar
TRANSPORTE NÃO MEDIADO(difusão simples)
TRANSPORTE MEDIADO
Canais (difusão facilitada)
Permeases (difusão facilitada ou transporte activo)
A difusão simples obedece à primeira lei deFick:
J = -D!c!x
J, densidade de fluxo (moles/seg/cm2)
D, constante de difusão (cm2/seg)
!C, gradiente de concentração do soluto
!x, distância percorrida pelo soluto
Através da membrana biológica:
J = -Dx !cX, espessura da membrana e
espaço envolvente não homogéneo
J = P!cP, constante de permeabilidade (cm/seg)
Um gráfico de J versus !C deve corresponder a uma linha recta cujo
declive é igual à constante de permeabilidade (P):
J
[Soluto]
(cinética de primeira ordem)
Difusão simples - cinética
PERMEASESLigam-se especificamente ao soluto (estereoespecificidade)
Sofrem alterações conformacionais que promovem o transporte do soluto
Medeiam processos de transporte do tipo passivo (difusão facilitada) ou
activo
CANAISNão se ligam especificamente ao soluto
Poros hidrofílicos na bicamada permitem a passagem de solutos específicos
(normalmente iões inorgânicos)
Transporte ocorre a taxas elevadas
O movimento do soluto ocorre unicamente a favor do seu gradiente
electroquímico (transporte passivo)
Difusão facilitada
Os seres humanos e outros mamíferos possuem váriasproteínas relacionadas (ISOFORMAS) que actuam comofacilitadores do transporte da glucose
As isoformas do tipo GLUT diferenciam-se pela localizaçãonos tecidos, parâmetros cinéticos e regulação
GLUT 1:Eritrócitos
GLUT 4:Células do músculo esqueléticoCélulas do músculo cardíacoCélulas adiposas
Difusão facilitada da glucose em humanos
492 aa12 α-hélices transmembranares45 kDaGlicosilada
Transportadores GLUT da membrana dos eritrócitos
EQUAÇÃO DE MICHAELIS-MENTEN:
vi = Vmax [S]/([S] + Km)
Difusão facilitada: cinética do transporte mediado
Modelo de um canal iónico
Ao contrário das permeases, as proteínas do tipo canalformam poros na membrana que permitem a passagem depequenas moléculas de tamanho e carga apropriados
Difusão facilitada por canais
PORINAS membrana externa das bactérias
JUNÇÕES DO TIPO GAP:- maioria das células animais
- movimento de pequenas moléculas e iões entre células adjacentes
AQUAPORINAS movimento da água
CANAIS IÓNICOS: - medeiam o transporte de iões através da membrana
- presentes em todas as células
- Nas células animais desempenham um papel fundamental na polarização e despolarização da membrana plasmática
- nas plantas desempenham um papel fundamental no transporte do K+
Exemplos de canais
Peter Agre – Nobel Lecture 2003
The Aquaporin Water Channels
Peter Agre held his Nobel Lecture December 8,2003, at Aula Magna, Stockholm University. He waspresented by Professor Bengt Nordén, Chairman ofthe Nobel Committee for Chemistry.
Estrutura das aquaporinas
Roderick MacKinnon – Nobel Lecture 2003
The Atomic Basis of Selective Ion Conduction inPotassium Channels
Roderick MacKinnon held his Nobel Lecture December 8,2003, at Aula Magna, Stockholm University. He waspresented by Professor Bengt Nordén, Chairman of theNobel Committee for Chemistry.
http://nobelprize.org/chemistry/laureates/2003/mackinnon-lecture.html
Canais iónicos: canais de K+ da bactéria Streptomyces lividans
Canais iónicos: canais de K+ da bactéria Streptomyces lividans
Taxa de transporte elevada
Exibem elevada selectividade de acordo com o tamanho e cargado ião (canais específicos para cada um dos seguintes iões Na+, K+, Ca2+ e Cl-)
A maioria dos poros não estão permanentemente abertos- voltage-gated channels- ligand-gated channels
Papel fundamental na transmissão de impulsos eléctricos aonível da membrana das células nervosas (Alan Hodgkin e Andrew Huxley, 1952 - neurónios gigantes de lula)
Canais iónicos
Canais iónicos de células vegetais
Canais iónicos e potencial de repouso emcélulas animais
(...)
Transportadores activos primários
H+
Na+
K+
drugsABC transporters
Plasma membrane proton pump(plants, fungi, bacteria)
Na+K+ATPase
H+
Light
bacteriorhodopsin
3.E. light absorption-driven transporters
H+
3.D. oxidoreduction-driven transporters
ATP
ATP
ATP
e-
3.A. P-P-bond-hydrolysis-driven transporters
cytochrome c oxidase
ATPCa2+
H+F-ATPaseV-ATPaseH+ PPase
ATP
Transporte activo primário energizado pelo ATP
purificação docomplexo F1
estudocristalográficode F1
“catáliserotacional”
Masasuke Yoshida
1997,observaçãoexperimental darotação dasubunidade γ
(1997 Nobel Prize)
“The Nobel Prize is for thepersons whoproposed a very original idea,persisted andprevailed. Boyer deserved it.”
E ela gira...
Catálise rotacional
Na+ /K+-ATPase
Responsável pela distribuição assimétrica do Na+ e K+
através da membrana plasmática dos eucariontessuperiores
Evidências experimentais obtidas em estudos efectuados com membranasplasmáticas de glólulos vermelhos(concentração de Na+, K+, ATP e inibidores pode ser manipulada de ambos os lados damembrana):
1. O transporte de Na+ e K+ está fortemente acoplado à hidrólise de ATP;
2. O transporte de Na+ e K+ e a hidrólise de ATP pode ocorrer unicamente quando Na+ e o ATP estão presentes na face citoplasmática da membrana e o K+ na face exocitoplasmática;
3. A ubaína inibe o transporte quando presente na face exocitoplasmática (compete com o K+);
4. Por cada molélula de ATP hidrolisada são bombeados 3 Na+ para o exterior e 2K+ para o interior;
5. A energia livre resultante do movimento do ião Na+ e do ião K+ a favor de gradiente electroquímico pode conduzir à síntese de ATP pela Na+/K+ATPase.
Na+ /K+-ATPase
Na+ /K+-ATPase
1. Efeito electrogénico directo
2. Efeito electrogénico indirecto
3. Regulação do volume celular
4. Transporte transmembranar de nutrientes
5. Regulação do pH da célula
Relevância fisiológica da Na+/K+-ATPase
? Em que consiste oefeito electrogénicoindirecto daNa+/K+-ATPase
Transporte activo: permeases do tipo ABC
Com domínios de ligação do ATP altamente conservados (ATP-binding cassettes)
Bactérias: utilizam a energia associada à hidrólise do ATPpara transportar uma ampla variedade de moléculas incluindoiões e açúcares
Eucariontes: MDR, multidrug resistence proteinCFTR,cystic fibrosis transmembrane condutance regulator
Transporte activo: permeases do tipo ABC
pH=7
pH=5
ATPADP+ Pi
H+
+
+
+
ΔEΔpH
-
+
H+ S
H+ S
Transporte activo secundário
ΔG > 0ΔG < 0
Simportador glucose:Na+
Ampla variedade sistemas de transporte transmembranaraccionados pela energia armazenada em gradientes iónicos emprocariontes e eucariontes
A energia livre associada ao movimento do ião inorgânico (Na+,H+) a favor do seu gradiente electroquímico é usada como forçamotora para o bombeamento através da membrana de outrossolutos contra gradiente de concentração (por intermédio deuma permease específica)
Exs:Células animais
Antiportador Na+/H+
Simportador Na + /HCO3-
Simportadores aminoácido/Na+
Simportadores açúcar/Na+
Antiportador Na+/Ca2+
Células vegetaisAntiportador sacarose/H+
Simportadores açúcar/H+
Antiportador Ca2+/H+
Antiportador Na+/H+
LevedurasSimportadores açúcar/H+
Simportadores aminoácido/H+
Simportadores ác. orgânico/H+
BactériasSimportador lactose/H+
Transporte activo secundário
animais
Transporte trans-epitelial da glucose
Transportadores em plantas
Estrutura da permease da lactose de E. Coli. Domínios transmembranares (12) emα-hélice. Modificação conformacional da proteína associada com o transporte (b).Verde: Glu325 e Arg302 com cadeias laterais protonáveis. Vermelho: açúcar.
bactérias
Transportador lactose/H+ de E. coli
Potencial de membrana e transportetransmembranarPotencial de repouso da membrana das células nervosas emusculares
Potencial de acção
Canais iónicos e potencial de repouso da membrana dascélulas animais
V = (RT/zF)ln(Co/Ci)
Relacão entre a concentração de um dado ião e o potencialde membrana
V, potencial de equilíbrio em voltsR, constante dos gasesT, temperatura absolutaZ, carga do iãoF, constante de FaradayC0 e Ci, concentração do ião fora e dentro da célula
Equação de Nernst-Planck
Inversão rápida do potencial demembrana resultante da aberturasequencial seguida de fecho decanais de sódio e de potássiosensíveis à voltagem
Potencial de acção
Modelo de um receptor sensível à acetilcolina
Canais iónicos da junção neuromuscular
Família de canais de Na+, K+ e Ca2+ sensíveis à voltagem
The transporter classification system
V, classW, sub-classX, family or superfamilyY, sub-family in a family or the family in a superfamilyZ, substrate or range of substrates
A permease-specific TC number has 5 components:
V, W, X, Y, Z
http://www.tcdb.org/tcdb/index.php
Transporter classification database
http://www.tcdb.org/browse.php
Incorporação de partículas de elevadas dimensões comorestos celulares e células intactas (ex: bactérias)
Endocitose
Endocitose
Mecanismo para o transporte selectivo de macromoléculasespecíficas (ex: incorporação do colesterol em células de mamíferos)
Endocitose mediada por receptores
Endocitose mediada por receptores