Células e Fenômenos da Membrana

Células e Fenômenos
da Membrana
Profa Caroline Pouillard de Aquino
[email protected]
Organização da célula
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Célula típica:
Núcleo (membrana nuclear)
Citoplasma (membrana celular ou
plasmática)
Estruturas membranosas da
célula
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A maioria das organelas da célula é
delimitada por membranas compostas
primariamente de lipídios e de proteínas.
Essas membranas incluem:
Membrana celular
Membrana nuclear
Membrana do retículo endoplasmático
Membranas da mitocôndria, dos lisossomos
e do complexo de golgi
Estruturas membranosas da
célula
Membrana celular (plasmática)
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Estrutura fina, flexível e elástica
7,5 a 10 nanômetros de espessura
Composição:
proteínas: 55%
fosfolipídios: 25%
colesterol: 13%
outros lipídios: 4%
carboidratos: 3%
A barreira lipídica da membrana
celular impede a penetração de água
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Bicamada lipídica: dupla camada de lipídios,
contínua sobre toda a superfície da célula,
composta de moléculas de fosfolipídios
Extremidade hidrofílica (solúvel em água)- fosfato;
contato com os meios interno e externo
Extremidade hidrofóbica (solúvel em lipídios)- ácido
graxo; centro da membrana; impermeável a
substâncias hidrossolúveis (íons, glicose e uréia);
permeável às lipossolúveis (O2, CO2 e álcool)
Proteínas globulares dispersas no filme lipídico
Estrutura da membrana celular
Proteínas da membrana
celular
2 tipos:
Proteínas integrais:
- Se estendem por toda a membrana;
- Podem formar canais (poros) para passagem de
água e íons;
- Propriedades seletivas;
- Podem agir como proteínas carregadoras para o
transporte de substâncias que não penetram a
bicamada lipídica, inclusive na direção oposta à da
difusão natural
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Proteínas da membrana
celular
Proteínas periféricas:
- Ancoradas à superfície da membrana, sem
penetrá-la;
- Frequentemente ligadas às proteínas
integrais;
- Funcionam como enzimas ou controladoras
do transporte de substâncias através da
membrana
Carboidratos da Membrana- O
”Glicocálice” Celular
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Os carboidratos na membrana encontram-se
combinados a proteínas ou lipídios, voltados para
fora da célula:
Conferem carga negativa à célula;
Unem uma célula a outra;
Agem como receptores de hormônios;
Participam de reações imunes
Muitas das proteínas integrais são glicoproteínas
1/10 dos lipídios da membrana são glicolipídios
A barreira lipídica e as proteínas de
transporte da membrana celular
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A maioria das proteínas podem funcionar
como transportadoras, seja formando canais
ou ligando-se às moléculas a serem
transportadas
As proteínas são seletivas no transporte de
moléculas através da membrana
O transporte através da membrana celular
ocorre por difusão ou transporte ativo.
Transportes através da
membrana celular
Difusão
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Movimento molecular aleatório e contínuo de
substâncias, molécula a molécula, através
dos espaços intramoleculares da membrana
ou em combinação com proteína
transportadora
Energia utilizada= energia cinética normal da
matéria
Difusão através da membrana
celular
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2 subtipos:
Difusão simples (movimento cinético de
moléculas ou íons através de uma abertura
na membrana ou dos espaços
intermoleculares, sem interação com
proteínas de transporte)
Difusão facilitada (interação do íon ou
molécula com uma proteína transportadora,
por meio de ligação química)
Difusão das substâncias lipossolúveis
através da bicamada lipídica
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Velocidade depende da lipossolubilidade
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Ex de substânciaslipossolúveis: O2, N, CO2,
álcool
Difusão das moléculas hidrossolúveis
pelos canais protêicos
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A água passa com facilidade e rapidez pelos canais
das moléculas de proteínas ou penetra por toda a
espessura da membrana
Outras moléculas insolúveis em lipídios podem
passar pelos canais dos poros das proteínas do
mesmo modo que as moléculas de água, caso
sejam hidrossolúveis e suficientemente pequenas
À medida que as dimensões das moléculas
aumentam, sua penetração diminui rapidamente
Difusão pelos canais protéicos e
as “comportas” desses canais
As proteínas canais são distinguidas por 2
características importantes:
1- São seletivamente permeáveis a certas
substâncias
2- Muitos dos canais podem ser abertos ou
fechados por “comportas”
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Permeabilidade seletiva das
proteínas canais
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Características do canal como diâmetro,
forma, carga elétrica e propriedades
químicas determinam a seletividade do
transporte
Ex: Canal de sódio (diâmetro de 0,3 por 0,5
nanômetros; forte carga negativa interna, o
que o torna especificamente seletivo para a
passagem dos íons sódio)
Permeabilidade seletiva das
proteínas canais
Permeabilidade seletiva das
proteínas canais
Ex: Canal de potássio (menor que o canal de sódio: 0,3 X 0,3
nanômetros; sem carga negativa; ligações químicas
diferentes; K+ passam pelo canal associados à água, pois são
bem menores que o Na+ hidratado
As “comportas” das proteínas
canais
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A abertura e o fechamento desses canais podem
ser controlados por 2 modos:
1- Por variações de voltagem: A conformação
molecular do canal ou das suas ligações químicas
reage ao potencial elétrico através da membrana
celular
2- Por controle químico (por ligantes): Algumas
comportas das proteínas canais dependem da
ligação de substâncias químicas (ligantes) com a
proteína. Isso causa alteração conformacional da
proteína ou de suas ligações químicas na molécula
da proteína que abre o fecha sua comporta
Difusão facilitada
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Difusão mediada por transportador (proteína
transportadora)
Velocidade de difusão difere da difusão simples
A velocidade com que moléculas podem ser
transportadas nunca pode ser maior do que a
velocidade com que a molécula da proteína
transportadora pode se alterar entre suas 2
conformações
Ex: transporte de glicose e de AA
Velocidade da difusão simples
X difusão facilitada
Difusão facilitada
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Efeito da diferença de concentração sobre a
velocidade efetiva da difusão através da
membrana:
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A velocidade de difusão de uma substância
para o lado interno é proporcional à
concentração das moléculas no lado externo
A velocidade de difusão de uma substância
para o lado externo é proporcional a sua
concentração no lado interno da membrana
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Efeito da diferença de concentração
sobre a velocidade efetiva da difusão
através da membrana
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Efeito do potencial elétrico da membrana
sobre a difusão dos íons através da
membrana:
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Se um potencial elétrico for 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
Efeito do potencial elétrico da membrana
sobre a difusão dos íons através da
membrana
Efeito da diferença de pressão
através da membrana
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Diferenças de pressão podem se
desenvolver entre os 2 lados de uma
membrana difusível.
Ex: Membrana capilar sanguínea (pressão 20
mmHg > dentro do capilar)
Pressão: Soma de todas as forças das
diferentes moléculas que se chocam com
uma determinada área de superfície em um
certo instante
Efeito da diferença de pressão
através da membrana
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No lado de maior pressão há mais energia
disponível para movimentar as moléculas, do
lado de alta pressão para o lado de menor
pressão.
Osmose através de membranas
seletivamente permeáveis
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O processo de movimento da água causado
por sua diferença de concentração é
designado como osmose.
Pressão osmótica
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A quantidade exata de pressão necessária
para interromper a osmose é conhecida
como pressão osmótica da solução de
cloreto de sódio.
A pressão osmótica exercida
pelas partículas em solução é
determinada pelo nº dessas
partículas por unidade de
volume de líquido.
Transporte ativo de substâncias
através das membranas
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Transporte ativo é o movimento de
substâncias através da membrana, em
combinação com uma proteína
transportadora, de modo que a substância se
move em direção oposta à de um gradiente
de energia, passando de um estado de baixa
concentração para um estado de alta
concentração.
Requer uma fonte adicional de energia, além
da energia cinética.
Transporte ativo de substâncias
através das membranas
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Quando a membrana celular transporta
moléculas ou íons contra um gradiente de
concentração (elétrico ou de pressão), o
processo é chamado de transporte ativo.
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Ex: íons (sódio, potássio, cálcio, ferro,
hidrogênio, cloreto), açúcares, aminoácidos.
Transporte ativo primário e
secundário
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Primário: energia derivada de ATPou de qualquer
outro composto de fosfato com alta energia. Ex:
sódio, potássio, cálcio, hidrogênio
Secundário: Uma substância é transportada contra
seu gradiente de potencial eletroquímico porque o
processo está acoplado ao transporte de uma outra
substância.
Em ambos os casos há participação de proteínas
transportadoras, capazes de transferir energia para
a substância transportada para movê-la contra o
gradiente eletroquímico.
Transporte ativo primário
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Bomba de Sódio-Potássio
Na+ bombeado para fora;
K+ bombeado para dentro;
Promove carga elétrica negativa no interior
das células
Importante para o controle do volume celular
Base para a função nervosa
Proteína transportadora: 2 proteínas
globulares separadas (α e β)
Transporte ativo primário
Bomba de Sódio-Potássio
- Características da Proteína α:
1- 3 locais de ligação ao Na+ no interior da
célula
2- 2 locais de ligação ao K+ na porção externa
da célula
3- Porção interna tem atividade ATPase
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Bomba Sódio-Potássio
Transporte ativo primário
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Bomba de Cálcio
2 bombas: uma na membrana celular, que
transporta Ca++ para o exterior e outra que
transporta Ca++ para o interior de organelas
como o retículo sarcoplasmático das células
musculares e as mitocôndrias de todas as
células.
Proteína carreadora com função ATPase
Transporte ativo secundário:
Co-transporte e contratransporte
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Co-transporte: Proteína transportadora tem sítio de
ligação para o Na+ (por exemplo) e para outra
substância a ser transportada, do meio externo para
o interno. Ex: glicose + sódio ou AA + sódio
Contratransporte: O Na+ se liga à proteína
transportadora do lado externo da célula e a
substância a ser contratransportada se liga à
proteína do lado interno da célula. A energia
liberada pelo sódio em sua difusão para dentro da
célula faz com que a outra substância seja
transportada para o exterior. Ex: sódio-cálcio e
sódio-hidrogênio
Co-transporte de sódio-glicose