transporte transmembranar Ficheiro

Transporte transmembranar
Membranas biológicas
EVOLUÇÃO DA MEMBRANA
CELULAR
Se a membrana é invisível ao microscópio, como saber a sua
constituição e como se faz o transporte de materiais através dela?
Membrana celular
Como a membrana não é visível ao microscópio óptico os cientistas têm vindo a
propor modelos com base nas propriedades celulares que são possíveis
observar.
Propriedades :
- As células aumentam ou diminuem de
volume conforme a concentração dos meios.
- A superfície celular oferece resistência à
penetração com microagulhas.
- O conteúdo celular escapa quando a superfície celular rebenta.
- A membrana celular facilita, impede ou dificulta a passagem de substâncias
para o interior ou exterior da célula.
- Quanto mais solúveis as substâncias forem em lípidos mais facilmente
atravessam a membrana celular.
- Os solventes lipídicos e lipases destroem a membrana celular
Aspetos apresentados pelos fosfolípidos em
meio aquoso
Irvimg Langmuir
( princípio do sec. XX)
Monocamada lipídica
As membranas celulares são constituídas por uma única camada de lípidos. A
extremidade hidrofílica está em contacto com a água e a hidrofóbica está em
contacto com o ar.
Como é possível se:
- As células só vivem em meio aquoso.
O modelo não explica as propriedades que a
membrana demonstra ter.
Goster e Grendel (1925) estes cientistas estudam membranas de glóbulos
vermelhos e verificam que a quantidade de fosfolípidos é maior do que era de
esperar – o dobro da monocamada lipídica.
Propuseram o modelo
da Bicamada
fosfolipídica
A camada é constituída por duas camadas sobrepostas em que as
extremidades hidrofóbicas ficam frente a frente , voltadas para o interior e as
hidrofóbicas para o exterior.
A água existe quer no meio interno quer no meio externo da
membrana.
Davson e Danielli (1935) ao fazerem estudos sobre a permeabilidade e sobre
a tensão superficial verificam que a membrana reage de modo inesperado.
Considerando que:
Permeabilidade - é a propriedade que permite
a passagem de substâncias através de uma
membrana com mais ou menos facilidade
Tensão superficial - é a força que se desenvolve
na superfície de contacto entre dois meios, e
que a tende a reduzir ao mínimo.
Observaram que:
1 - A tensão superficial era muito menor que
o previsto, concluindo que a camada lipídica
não devia estar em contacto directo com o
meio exterior.
2 - As substancias polares não a atravessavam.
Então propõem outro modelo que ficou conhecido por:
Modelo de Sandwich de Davson – Danielli.
Modelo de Sandwich de Davson – Danielli.
A membrana deveria ser constituída por uma bicamada fosfolipídica revestida por
por uma camada de proteínas globulares quer na superfície externa quer na
interna da célula, ligadas às extremidades polares
Pois as cadeias polares dos
fosfolípidos ficam
estabilizadas pela mutua
solubilidade.
Este modelo permite explicar as
propriedades fisiológicas da
membrana mas não explica a
passagem de água, iões e
substâncias polares.
As substancias apolares
atravessam facilmente a
bicamada fosfolipídica.
Mas os fosfolípidos formam uma barreira intransponível para as substâncias
polares.
Em 1954 os mesmos cientistas propõem alterações:
Propõem a existência de poros hidrofílicos, como locais de passagem para as
substâncias polares – passagens hidrofílicas, poros rodeados por proteínas.
As substâncias polares poderiam assim entrar na célula sem entrar em contacto
com as zonas hidrofóbicas.
A água e as substâncias nela dissolvidas e iões já podem passar.
Imagens do microscópio electrónico apoiam o modelo trilamelar da membrana
Mas Singer e Nicholson (1972) verificam que:
1. Através do tratamento com fosforilase ( enzima que
remove o fósforo dos fosfolípidos) era possível retirar o
fósforo sem destruir a estrutura da membrana, o que
prova a existência de zonas da membrana a descoberto,
isto é sem proteínas.
2. As proteínas e os fosfolípidos podem-se mover
dentro da membrana
Singer e Nicholson (1972) propuseram
um novo modelo
– Modelo do mosaico fluido
Modelo do mosaico fluido de Singer e Nicholson
As proteínas estão inseridas (mosaico de proteínas) na dupla camada
fosfolipídica (camada fluida).
As moléculas fosfolipídicas individualmente possuem mobilidade - mobilidade
lateral, dotando a bicamada de grande fluidez e flexibilidade e, mais raramente,
movimentos de moléculas de camada para camada – movimentos de flip-flop
Estrutura da membrana plasmática
Apresenta ao M.E: aspecto trilamelar constituída por duas bandas
escuras (20 Ȧ) que ladeiam uma mais clara (35 Ȧ)
As membranas são complexos lipoproteicos (fosfolípidos associados a proteínas,
geralmente na proporção de 1:1) As percentagens variam consoante o tipo de
membrana.
Grande número de membranas contêm glícidos
Estrutura da membrana plasmática:
Lípidos:
(Fosfolípidos, glicolípidos e colesterol)
São moléculas anfipáticas – moléculas com
uma extremidade polar – hidrofílica
(afinidade com a água) e outra não polar hidrofóbica (sem afinidade com a água)
Fosfolípidos
Na superfície externa
existem ainda
moléculas de hidratos
de carbono ligadas
aos lípidos glicolípidos .
Proteínas
1- Integradas (intrínsecas)
estão fortemente ligadas aos fosfolípidos formando complexos
funcionais.
Ligam-se pelas zonas hidrofóbicas deixando expostas ao meio aquoso as zonas
hidrofílicas (proteínas anfipáticas). As que atravessam a membrana formam os
poros. Conforme as suas cargas eléctricas e as suas propriedades, as
membranas vão ser mais ou menos permeáveis.
2 - Periféricas (extrínsecas) estão à superfície associadas aos grupos
hidrofílicos dos fosfolípidos ou das
proteínas intrínsecas (proteínas
hidrofílicas). Situam-se na face interna
da membrana
As proteínas podem apresentar as funções :
estrutural, enzimática de transporte
(permeases) , contráctil e de comunicação.
Na superfície externa existem ainda moléculas de hidratos de carbono ligadas às
proteínas - glicoproteínas
Transporte
transmembranar
A membrana celular facilita, dificulta ou impede a passagem de substâncias para o
interior e exterior da célula.
A permeabilidade selectiva - a membrana selecciona as moléculas que a podem
atravessar
A permeabilidade da membrana depende:
- Da polaridade das moléculas.
Moléculas polares não passam. Algumas passam com ajuda
- Do tamanho da molécula.
Moléculas grandes não passam, algumas passam com ajuda
- Do gradiente de concentração das moléculas.
O movimento de moléculas realiza-se, normalmente, a favor do gradiente
de concentração
O gradiente de concentração depende dos meios
Os meios podem ser:
Hipertónico - se a concentração em soluto é muito alta em relação a outro meio.
Isotónico - se a concentração em soluto é igual em relação a outro meio.
Hipotónico - se a concentração em soluto é baixa em relação a outro meio.
O transporte através de uma membrana biológica pode ser:
1. Transporte passivo ou não mediado
Passagem de substâncias através de uma membrana biológica sem gasto de
energia
Difusão simples
Movimento de substâncias através de uma membrana semipermeável, a favor
do gradiente de concentração, até que as concentrações estejam equilibradas
nos dois meios.
Ex. Gases e pequenas moléculas apolares
Movimento da água através da membrana semipermeável – osmose
Osmose - é o movimento das moléculas de água entre dois meios, separados por
uma membrana permeável à água e impermeável ou pouco permeável às
substâncias nela dissolvidas.
O movimento da água dáse
do meio
menos
concentrado para o meio
mais
concentrado em
soluto.
Pressão osmótica ( potencial de água – nas plantas)
É a força exercida, por unidade de superfície, sobre uma membrana semipermeável
que separa dois meios a concentrações diferentes, que obriga a água a se
movimentar do meio menos concentrado para o meio mais concentrado em soluto
A pressão osmótica da
água pura é zero
Osmose em membranas biológicas
Osmose é um processo particular de difusão.
Nas membranas biológicas a passagem da água é um
processo de difusão simples embora seja feita através
de canais de passagem da água (aquoproteínas ).
I – Meio extracelular
II – Meio intracelular
Osmose em glóbulos vermelhos do sangue
As hemácias quando colocadas em meios a concentrações de cloreto de sódio
diferentes ficam:
Uma célula animal está plasmolisada
- quando a célula é colocada num meio
hipertónico, diminui de volume, o
citoplasma retrai-se e a membrana
acompanha-o, podendo ocorrer morte
celular.
1. Plasmolisadas
I – Meio extracelular
II – Meio intracelular
Aspecto
normal
Volume inferior ao
normal
Uma célula animal está
túrgida – quando o seu volume
é superior ao normal. Devido à
entrada de água, quando a
célula é colocada num meio
hipotónico
2. Túrgidas
I – Meio extracelular
II – Meio intracelular
Aspecto
normal
Volume superior ao
normal
2.1 Lise celular
Lise celular - consiste no rompimento
da membrana celular com
derramamento do conteúdo celular
levando à morte da célula.
Só acontece nas células animais
porque não possuem parede celular
que suporte a força exercida pelo
citoplasma contra a membrana.
A célula rebentou
Osmose em células vegetais
Células vegetais quando colocadas em meios a concentrações de cloreto de sódio
diferentes ficam:
Uma célula vegetal está túrgida – quando
Meio Hipotónico
a célula é colocada num meio hipotónico,
o volume do vacúolo aumenta ,devido à
entrada de água, de tal modo que
comprime o citoplasma e o núcleo contra
a parede celular.
Pressão de turgescência – é a pressão
exercida pelo conteúdo celular sobre a
parede, devido ao aumento do
vacúolo provocado pela entrada de
água.
1 - Túrgidas
Pressão de parede – é a pressão exercida
pela parede celular, em sentido contrário
ao da pressão de turgescência, que
controla a quantidade de água que entra
na célula impedindo o seu rebentamento
Uma célula vegetal está plasmolisada - quando a célula é colocada num meio
hipertónico, o vacúolo perder água, diminui de volume, o citoplasma retrai-se e a
membrana desprende-se parcialmente da parede.
Meio Hipertónico
2 - Plasmolisadas
Transporte Passivo
Difusão simples
Consiste na passagem das moléculas do soluto, do local de maior
para o local de menor concentração, até estabelecer um
equilíbrio.
É um processo lento, exceto quando o gradiente de concentração
for muito elevado ou as distâncias percorridas forem curtas. A
passagem de substâncias, através da membrana, se dá em resposta
ao gradiente de concentração.
Verifica-se que certas substâncias entram na célula a favor do gradiente de
concentração e sem gasto de energia, mas com uma velocidade maior do que a
permitida pela difusão simples.
Exemplo: a glicose, alguns aminoácidos e
certas vitaminas.
A velocidade da difusão destas substâncias
não é proporcional à sua concentração
Aumentando-se a concentração, atinge-se um
ponto de saturação.
Quando todas as permeases estão a ser
utilizadas, a velocidade não pode aumentar.
A velocidade mantem-se constante
Isto sugere a existência de uma molécula transportadora - permease - na membrana
Como alguns solutos diferentes podem competir pela mesma permease, a presença
de um dificulta a passagem do outro.
Transporte mediado de solutos através de uma membrana biológica
Transporte mediado
É o transporte de substâncias através de uma membrana com intervenção de
proteínas intrínsecas – permeases
O transporte mediado pode ser de dois tipos:
1. Difusão facilitada
1.1. Através de transportadores.
O transporte é feito através de
proteínas intrínsecas ,permeases,
sem gasto de energia
Três etapas
1. A permease combina-se com a molécula a transportar, na face externa da
membrana plasmática, alterando a sua forma.
2. A molécula passa através da permease e, separa-se desta, na face interna da
membrana plasmática.
3. A permease regressa à forma inicial.
1.2. Canais iónicos
Transporte de iões, a favor do gradiente de concentração, através de
canais formados numa permease ou entre permeases adjacentes, sem
gasto de energia
2. Transporte activo
Passagem de substâncias através de uma membrana biológica, contra o gradiente
de concentração, com gasto de energia, através de permeases específicas.
O movimento de substâncias pode ser de dentro para fora ou de fora para dentro
da célula.
Permite à célula captar substâncias
do meio mesmo que estejam em
baixa concentração em relação ao
citosol, ou eliminar substâncias
mesmo que a sua concentração seja
baixa no citosol.
Mantém as diferenças de concentração
iónica entre o meio interno e externo da
célula
Funcionamento da bomba Naᶧ - Kᶧ ATPase
1. Estado inicial da
proteína
transportadora
6. Libertação do Kᶧ no
interior da célula. A
proteína volta ao
estado inicial
2. Ligação de 3 iões
Naᶧ à proteína e
gasto de 1 ATP
3. Saída de 3 iões Naᶧ
para o meio exterior e
alteração configuracional
da proteína
4 e 5. Captação de 2
iões Kᶧ do meio
exterior pela
proteína
Transporte em massa
Transporte de grandes moléculas ou em grande quantidade
1. Endocitose
Transporte para o interior da
célula de grandes moléculas por
invaginação da membrana
Depois da invaginação a membrana
estrangula e separam-se vesículas –
vesículas de endocitose
2. Exocitose
Transporte para o exterior da
célula de grandes moléculas.
vesículas com produtos de excreção
deslocam-se para a membrana, ligam-se
a ela e lançam no exterior o conteúdo
Modalidades de Endocitose
1. Pinocitose
Quando as substâncias captadas são fluidas
Ex. líquidos provenientes da digestão
O conteúdo das vesículas é transferido pouco a pouco para o
hialoplasma
2. Endocitose através de receptores de membrana
As moléculas ligam-se a receptores de membrana formam-se vesículas de
endocíticas .
3. Fagocitose
1. A célula emite prolongamentos;
2 . A membrana envolvem o material a capturar ;
3 . A membrana estrangula e forma uma vesícula;