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Profa. Dra. Eliane ComoliDepto de Fisiologia da FMRP-USP
Transporte através da Membrana
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ROTEIRO DE AULA TEÓRICA: TRANSPORTE ATRAVÉS DE MEMBRANAS E OSMOSE
1. Constituição da Membrana Plasmáticaa. proteínas transmembrana: canais iônicos, proteínas transportadorase receptores celulares
2. Mecanismos de transporte através das membranasa. transporte passivo: difusão simples e facilitada, e suas propriedades(gradiente de concentração);b. transporte ativo e a bomba de sódio e potássio;c. transporte transepitelial
3. Osmose e equilíbrio osmótico
4. Tonicidade
5. Distribuição dos solutos nos fluidos corporais
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Membrana Celular
A membrana celular é barreira que separa o compartimento intracelular dos sinais exteriores da célula (do compartimento extracelular).
Funções gerais: isolamento físicoregulação de trocas com o meiocomunicação entre célula e o meio suporte estrutural com o citoesqueleto e junções especializadas
entre células adjacentes
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Modelo de Mosaico Fluido da Membrana
A membrana consiste da bicamada de fosfolipídeos com uma variedade de proteínas inseridas parcial ou completamente na bicamada; carboidratos encontram-se na superfície externa.A razão entre proteínas e lipídeos varia amplamente dependendo da origem da membrana.
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Constituição das Membranas
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Proteínas das Membranas
A composição da membrana confere suas características de sua permeabilidade.
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Proteínas Transmembrana
Proteínas transmembrana podem mover-se lateralmente direcionadas por fibras do citoesqueleto; algumas são imóveis.Essa restrição confere polaridade à membrana, portanto diferentes propriedades.
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Transportadores: Proteínas de Canais
Os canais de íons podem ser específicos para um ou mais íons; podem permitir que íons de tamanho e carga similares passem.A seletividade do canal é dada pelo diâmetro e pelos aminoácidos que compõem o canal.
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Estados dos Canais Proteicos
Os canais podem ser classificados em abertos ou fechados.Abertos passam a maior parte do tempo aberto permitindo que íons se movam sem restrições (poros = passagem contínua).Fechados permitem regulação do movimento das moléculas entre o fluido intracelular e extracelular (estados: fechado, aberto e inativo).
canal aberto canal fechado
estado fechado estado aberto estado inativo
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O controle desses canais é feito por:
a) moléculas mensageiras intracelulares ou por ligantes extracelulares (quimicamente sensível);
b) por estado elétrico da célula (eletricamente sensível);
c) por mudança física (ex: mudança de temperatura ou tensão.
O que controla a abertura e fechamento de canais?
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Transportadores: Proteínas Carreadoras
Proteínas carreadoras possuem sítios de ligações específicos para determinados substratos. “Formam canais com duas portas” (2 portões de barreira entre os meios intra e extracelulares = lentificação do transporte).Não criam passagem contínua como os canais iônicos.
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Membrana Celular divide a parte interna
do corpo em Compartimentos:fluido intracelular e fluido extracelular
Comportamento dos Fluidos Corporais através das Membranas
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Movimento através das Membranas
Água, oxigênio, dióxido de carbono e lipídeos movem-se facilmente através das membrana.
Íons, moléculas polares muito grandes como as proteínas encontram dificuldades de atravessar a membrana.
Permeabilidade da MembranaSe uma molécula cruza a membrana por qualquer via = a membrana é permeável à essa molécula.
Se uma molécula não cruza a membrana = a membrana é impermeável à essa molécula.
Propriedades da Molécula que influenciam o movimento através da membranaTamanho da moléculaSolubilidade em lipídeos (polaridade)
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Mecanismos de transporte através da Membrana
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Transporte Passivo através da Membrana
É um processo passivo não exige gasto de energia de outra origem (como ligações de fosfato provenientes do ATP),usa apenas a energia cinética das moléculas.
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Fluid mosaic and Membrane Transport
https://www.youtube.com/watch?v=mnE_hT3eN6g
Membrane Transport
https://www.youtube.com/watch?v=I1MZG6508IM
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Difusão de Cristais de Permanganato de Potássio em Água
A difusão é processo de movimentação de moléculas a partir de uma área de maior concentração para uma área de menor concentração.
Espalhamento gradual das moléculas no espaço
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Propriedades da Difusão
a) Existência de Gradiente de concentração;
b) É um processo passivo, pois não exige gasto de energia de outra origem (como ATP),usa apenas a energia cinética das moléculas;
c) Ao se equalizar as concentrações há equilíbrio e a difusão para;
d) A difusão é rápida em distâncias curtas e mais lenta em distâncias maiores;
e) Está diretamete relacionada com temperatura;
f) A difusão é inversamente proporcional ao tamanho da molécula;
g) A difusão pode acontecer em um sistema aberto ou através de uma separação entre dois sistemas.
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A difusão é interrompida quando as concentração dos dois meios se equalizam, atingindo o equilíbrio.
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A difusão pode ocorrer entre dois diferentes sistemas como o compartimento intracelular e extracelular, mas somente se a barreira entre os dois compartimentos permitir a difusão das moléculas.
Substâncias que conseguem atravessar o centro lipídico da membrana celular move-se por difusão. A difusão direta através da bicamada fosfolipídica de uma membrana é denominada difusão simples.
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Propriedades da Difusão Simples através da Membrana Celular
a) A taxa de difusão depende da capacidade da molécula de se dissolver na camada lipídica da membrana: molécula lipofílica;
b) A taxa de difusão através da membrana é diretamente proporcional à área de superficie da membrana (quanto maior área de superfície mais moléculas podem se difundir por unidade de tempo; ex doença enfisema pulmonar reduz a área de superfície disponivel.
c) A taxa de difusão através da membrana é inversamente proporcional à espessura da membrana.
Lei de Difusão de Fick: a taxa de difusão é proporcional à
área de superfície disponível x gradiente de concentração resistência da membrana x espessura da membrana
As propriedades podem ser combinadas matematicamente pela lei de Fick
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Transporte mediado por carreadores pode ser passivo ou ativo
O transporte por carreador for passivo as moléculas movem-se a favor do seu gradiente de concentração e para quando o equilíbrio é estabelecido = difusão facilitada.
O transporte por carreador precisa de energia proveniente do ATP e as moléculas movem-se contra o seu gradiente de concentração = transporte ativo.
Transporte mediato passivo ou ativo apresentam 3 propriedades pois dependem da interação do substrato com uma proteína: especificidade, competição e saturação.
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Transporte de hexoses (glicose, manose, galactose e frutose) pelo transportador GLUT. Os GLUTs são específicos para monossacarídeos de 6 carbonos; não transportam dissacarídeos como a maltose.
1) Especificidade por moléculas intimamente relacionadas.
Propriedades do Transporte mediato passivo ou ativo
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2) Competição: propriedade intimamente relacionada à especificidade.
Cada um dos tipos de transportadores GLUT apresentam preferência por uma das hexoses baseada na afinidade da ligação. No exemplo a afinidade é maior pela glicose que a galactose = redução da taxa de transporte de galactose quando a glicose é adicionada.
Inibição Competitiva: a molécula competidora não é transportada, porém bloqueia o transporte. Maltose compete pelo sítio de ligação, mas é grande demais para ser transportada através da membrana.
Propriedades do Transporte mediato passivo ou ativo
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3) Saturação
Ocorre quando os carreadores estão transportando o substrato em sua taxa máxima. A saturação depende da concentração do substrato e do número de moléculas carreadoras disponíveis.
Propriedades do Transporte mediato passivo ou ativo
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Como as células podem impedir que o transporte chegue à saturação?
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Em algumas circunstâncias as células podem inserir carreadores adicionais nas membranas.
Em outras as células podem retirar para diminuir o movimento de uma molécula para dentro ou fora da célula.
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O transporte da glicose tende ao Equilíbrio, mas as células podem impedir que a difusão
chegue ao equilíbrio pela diminuição da concentração do substrato na célula.
Difusão Facilitada tem as mesmas propriedades da difusão simples
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Transporte Ativo através da MembranaUsa energia que vem direta ou indiretamente da ligação fosfato de alta
energia do ATP
O transporte ativo é um processo que transporta moléculas contra um gradiente de concentração; a partir de áreas de baixa concentração para áreas de alta concentração.
O transporte ativo cria um estado de desequilíbrio porque torna as diferenças de concentração mais pronunciadas.
Muitos dos carreadores ativos são conhecidos como ATPases. Algumas ATPases são denominadas bombas.
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Transporte Ativo através da MembranaUsa energia que vem direta ou indiretamente da ligação
fosfato de alta energia do ATP
Uniporte
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Transporte Ativo através da MembranaUsa energia que vem direta ou indiretamente da ligação
fosfato de alta energia do ATP
Simporte
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Transporte Ativo através da MembranaUsa energia que vem direta ou indiretamente da ligação
fosfato de alta energia do ATP
Antiporte
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Bomba de Sódio-Potássio ou Na+-K+-ATPase
A bomba de sódio-potássio é o transportador proteico mais importante das células animais porque ela mantém o gradiente de concentração de
Na+ e K+ através da membrana celular.
Em algumas células essa bomba usa cerca de 30% de todo o ATP produzido pela célula para exportar 3Na+ e importar 2K+.
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Co-transporte de sódio e glicose (simporte) Bomba de sódio-potássio (antiporte)
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Todos os processos descritos movem moléculas através de uma única membrana = membrana plasmática.
Moléculas que entram e saem do corpo cruzando o epitélio devem atravessar duas membranas celulares.
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As moléculas cruzam a primeira membrana (membrana apical) quando elas se movem para dentro da célula epitelial, proveniente do ambiente externo; e a segunda quando elas deixam as células epiteliais (membrana basolateral) para entrar no fluido extracelular
Transporte transepitelialAs moléculas movem-se através do epitélio usando transporte ativo e passivo
Células polarizadas do epitélio de transporte = membranas apical e basolateral com diferentes propriedades.
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Transporte Transepitelial da Glicose
A polarização de transportadores resulta numa única via de movimento
de certas moléculas através do epitélio.
As células do epitélio renal e intestinal podem alterar sua permeabilidade por
seletivamente inserir ou retirar proteínas da membrana.
O transporte da glicose pelo epitélio intestinal ou renal envolve
transporte ativo com o sódio e difusão facilitada.
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A distribuição de água e solutos do corpo
Difusão acontece até gerar um estado de equilíbrio.
Poucas substâncias no corpo são mantidas em estado de equilíbrio porque a membrana celular e o epitélio capilar atuam como uma barreira seletiva que impede a difusão de solutos livremente pelo corpo.
E o transporte ativo ajuda a criar ou manter as diferenças na concentração dos solutos.
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Distribuição dos solutos nos compartimentos de fluidos corporais
A permeabilidade seletiva das membranas celulares cria um corpo em que os compartimentos intracelular e extracelular são quimicamente e eletricamente diferenciados, porém com igual concentração total de solutos.A água movimenta-se livremente entre os compartimentos. O corpo pode manter seu equilíbrio osmótico.
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A água é essencialmente a única molécula que movimenta-se livremente entre os compartimentos e alcança um estado de equilíbrio.
A distribuição uniforme da água através dos compartimentos corporais é conhecida como Equilíbrio Osmótico.
A água move-se através de uma membrana semipermeável em resposta a um gradiente de concentração = processo denominado Osmose
Água: a molécula mais importante do organismo.
Idade Homem MulherBebê 65% 65%1-9 62% 62%10-16 59% 57%17-39 61% 51%40-59 55% 47%60+ 52% 46%
Percentagem do Peso Corporal Total de Água por Idade e Sexo
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A água move-se para diluir a região mais concentrado do soluto até que ambos compartimentos entre em equilíbrio de concentrações = equilíbrio osmótico
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conhecendo as concentrações (Molar = número de moles/litro)
1 mol de glicose = 6,02 x 1023 partículas1 mol de glicose = 180g
1 mol de NaCl = 2 x 6,02 x 1023 partículasNaCl em água dissocia-se em 1 mol de Na+
1 mol de Cl-
Concentrações fisiológicas são expressas como osmolaridade = número de partículas /litro de solução.
A osmolaridade é expressa em osmoles /litro (Osmol /litro ou OsM).
Para soluções fisiológicas muito diluídas miliosmoles /litro (mOsM).
A osmolaridade normal no corpo humano varia de 280 a 296 osmoles /litro (mOsM).
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A osmolalidade é a concentração expressa como miliosmoles de soluto por quilograma de água. Muito usado em clínica pela facilidade de se estipular volume de água corporal de um a pessoa.
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As duas soluções são isosmóticas.
Se A fosse 2.0 OsM e B fosse 3.0 OsM.A seria hiposmótica em relação a BB seria hiperosmótica em relação a A
A) B)
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O que acontece com uma célula quando ela é colocada
numa solução?
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Tonicidade é um termo fisiológico que se refere a soluções e descreve o que acontece com o volume celular se uma célula é colocada na solução.A tonicidade não possui unidade.
Se a célula não muda o seu tamanho no equilíbrio = solução isotônicaSe a célula ganha água e incha = solução hipotônicaSe a célula perde água e murcha = solução hipertônica
Tonicidade
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Os solutos das soluções são não-penetrantes.
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O que causou a Osmose?
A célula e a solução têm concentrações iguais; são isosmóticas.
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Distribuição dos solutos nos compartimentos de fluidos corporais
Os compartimentos do corpo estão em equilíbrio osmótico, mas em desequilíbrio químico. Os solutos carregam cargas positivas ou negativas = há um pouco de excesso de carga negativa no fluido intracelular; enquanto a célula é rodeada por íons positivos do fluido extracelular.
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A membrana celular permite a separação das cargas
Sistema encontra-se osmoticamente, quimicamente e eletricamente em equilíbrio
Inserção de uma proteína de transporte na membrana celular
Equilíbrio elétrico é interrompido; cria-se um
gradiente elétrico e um gradiente químico = gradiente
eletroquímico.O equilíbrio osmótico é mantido
porque a água pode passar livremente em resposta ao
movimento do soluto.
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O gradiente elétrico entre o fluido extracelular e o fluido intracelular é conhecido como diferença de potencial de membrana em repouso ou potencial de membrana
Potencial porque o gradiente elétrico criado é uma fonte de energia armazenada ou potencial.
Repouso porque o gradiente elétrico é observado em todas as células vivas, mesma aquelas que aparentam não ter atividade elétrica.
Potencial de Membrana
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O eletrodo de referência é colocado no meio extracelular e tem uma carga de 0mV.Quando o eletrodo de registro é colocado do lado de dentro da célula viva, o
voltímetro mede o potencial de membrana (Vm), que é a diferença elétrica entre o fluido extracelular e o intracelular.