Biologia Unidade 1 Obtenção de matéria pelos seres heterotróficos

Biologia Unidade 1
Obtenção de matéria
pelos seres heterotróficos
Biologia Unidade 1
Seres heterotróficos  seres vivos
que efectuam a síntese de moléculas
orgânicas,
utilizando
moléculas
orgânicas que fazem parte dos
alimentos.
Macroconsumidores
Heterotróficos
Microconsumidores
Seres
Fotossintéticos
Autotróficos
Quimiossintéticos
Que estratégias utilizam os seres
heterotróficos para obter alimentos?
Cortar os alimentos
Estrangular
Apetite voraz
Longo bico para captar alimento
Patas altas e boa visão
Picadela para sugar sangue….
Dos seres unicelulares aos seres pluricelulares
Alimentos - substâncias complexas
(processo da digestão)
Substâncias simples (nutrientes)
Biologia Unidade 1
Seres unicelulares
Digestão
Seres multicelulares
 ocorre no interior da própria
célula.
Extracelularmente,
em
cavidades, e em muitos
casos
em
órgãos
especializados.

Mas, mesmo nestes organismos, é nas células que as substâncias
resultantes da digestão vão ser utilizadas.
A vida das células depende, assim, do movimento de
substâncias através da membrana celular.
Como está organizada a membrana celular?
Biologia Unidade 1
A membrana é uma
estrutura selectiva.
A membrana celular constitui um
elemento de controlo das substâncias
que se movimentam do meio externo
para o meio interno e vice-versa.
Esse intercâmbio efectua-se através
da membrana celular, cujo arranjo
molecular condiciona as respectivas
permutas.
Biologia Unidade 1
A membrana apresenta maior
permeabilidade
para
umas
substâncias do que para outras,
sendo mesmo impermeáveis a
alguns compostos.
Ultra-estrutura da membrana celular
Biologia Unidade 1
A membrana plasmática
mantém a integridade da célula
e assegura duas funções complementares:
barreira de separação entre dois meios distintos;
superfície de troca de substâncias, de energia
e de informação entre esses meios.
Composição química
Complexos lipoproteicos
Glícidos
Lípidos: Fosfolípidos
Colesterol
Glicolípidos
Composição estrututral
Modelos da membrana
Modelos de Estrutura Molecular da Membrana
Plasmática
Biologia
Unidade 1
Após conhecer-se
presença da água
 Os modelos vão sendo substituídos
por outros na medida em que deixam
de responder aos problemas que se
levantam.
o comportamento dos fosfolípidos em
e sabendo que existe água tanto no meio extracelular como no
meio intracelular,
admitiu-se que a membrana deveria ter uma estrutura complexa,
na qual os fosfolípidos formariam uma bicamada.
As cabeças polares estariam viradas para o meio extracelular e
intracelular, respectivamente, e as cadeias hidrofóbicas voltadas
umas para as outras.
Biologia Unidade 1
Langmuir – início séc. XX
Gorter e Grendel – 1925
Biologia Unidade 1
Danielli e Davson admitiram, em 1935,
que a membrana deveria ser uma
estrutura
complexa,
na
qual
os
fosfolípidos formariam uma bicamada.
As cabeças polares estariam viradas
para o meio extracelular e intracelular,
respectivamente,
e
as
cadeias
hidrofóbicas voltadas umas para as
outras.
As zonas hidrofílicas dos fosfolípidos estariam ligadas às
proteínas, formando uma camada contínua, quer na superfície
externa quer na superfície interna.
Davson e Danielli – 1935
Biologia Unidade 1
Este
modelo
não
explicava
a
permeabilidade das membrana a
iões e a substâncias polares.
Danielli e Davson apresentaram em 1954 um modelo de estrutura
membranar que procurava explicar as propriedades da membrana.
A disposição em bicamada dos fosfolípidos garantia que as
cadeias hidrofóbicas ficassem estabilizadas,
enquanto que as proteínas
hidrofílicas dos lípidos.
se
ligavam
às
extremidades
As interrupções na bicamada lipídica, constituindo poros
rodeados por moléculas de proteínas, formariam passagens,
através das quais poderiam circular os iões e as substâncias
polares como a água.
As substâncias não polares entrariam directamente, atravessando
a zona fosfolipídica.
Biologia Unidade 1
Modelo reformulado de
Davson e Danielli – 1954
Biologia Unidade 1
No início da década de 50 do século xx,
o microscópico electrónico permitiu a
observação da ultra-estrutura de
membranas, que surge formada por
duas zonas escuras, separadas por
uma banda clara.
Membrana plasmática em corte transversal (ME – 200 000X) e
respectivo esquema interpretativo.
Biologia Unidade 1
Foto de
Microscópio
electrónico
2 zonas escuras  correspondiam às
proteínas e aos pólos hidrófilicos dos
fosfolípidos
Ultra-estrutura
da membrana
1 banda clara correspondia às zonas
hidrofóbicas dos fosfolípidos
Biologia Unidade 1
Em consequência de novas pesquisas,
outros dados foram surgindo, os quais
não eram conciliáveis com o modelo
adoptado.
Biologia Unidade 1
Biologia Unidade 1
Segundo este modelo:
 A membrana plasmática é constituída por uma bicamada
fosfolipídica.
 A membrana não é sólida, pois nela existe proteínas e
essencialmente os fosfolípidos apresentam movimentos:

Laterais – na mesma camada, bastante comuns;

Transversais - também conhecidos como movimentos
flip-flop, entre camadas, raros.
 Isto permite uma grande fluidez da membrana.
Biologia Unidade 1
Mobilidade dos fosfolípidos
Movimentos de
difusão lateral
de flip-flop
Ou de cambalhota
Movimentos
Biologia Unidade 1
é uma
moléculas não
Segundo este modelo, a membrana citoplasmática
estrutura fluida na qual
ocupam posições rígidas.
as
Biologia Unidade 1
Glicolípido
Proteínas intrínsecas
ou integrada
atravessam toda a
bicamada fosfolipídica
Colesterol
entre os
fosfolípidos:
Proteína extrínseca
ou periférica: não
penetra na bicamada
Bicamada
Fosfolipídica
Lípidos da membrana
Colesterol
Glicolípidos
Fosfolípidos
Fitoesteróis
(membranas de células vegetais)
Complexos lipoproteicos
(proteínas, lípidos e hidratos de carbono)
Que processos asseguram o
transporte
de
substâncias
Biologia Unidade 1 através da membrana celular?
Transporte de materiais através da membrana plasmática.
Principais tipos de
movimentos de
substâncias através
da membrana
citoplasmática
Mecanismos de
troca de materiais
Passivo
(a favor do gradiente de
concentração)
sem gasto de energia
Osmose
Difusão simples
Difusão facilitada
Activo
(Contra o gradiente de concentração)
com gasto de energia
Transporte não mediado
(osmose e difusão simples)
Transporte mediado
(difusão facilitada e transporte activo)
Biologia Unidade 1
Biologia Unidade 1
Exemplo

Trocas gasosas ao nível dos alvéolos pulmonares
Bronquíolos
Dióxido de Carbono (CO2)
Alvéolos
Capilar sanguíneo
Oxigénio (O2)
Transporte não mediado
Biologia Unidade 1
No movimento de água e de outras
substâncias entre a célula e o meio não
intervêm moléculas transportadoras.
Muitas substâncias atravessam a membrana plasmática,
ocorrendo esse movimento a favor do gradiente de
concentração, ou seja, do meio em que se encontram em
maior concentração para o meio onde se encontram em
menor concentração. Esse movimento é regulado pelas leis
físicas de transporte através de um membrana permeável.
Difusão de dois solutos diferentes separados por uma membrana
permeável a ambos.
Biologia Unidade 1
DIFUSÃO SIMPLES: Processo de transporte
em que as partículas de uma substância se
movimentam
de
zonas
onde
a
sua
concentração é maior para zonas em que a
concentração é menor. A favor do gradiente
de concentração.
A permeabilidade da
bicamada lipídica
depende:
 do tamanho das
moléculas;
 da respectiva carga
eléctrica;
 e da solubilidade
nos lípidos.
Por isso mesmo, alguns iões e moléculas polares sem carga não
conseguem transpor a bicamada fosfolipídica.
Biologia Unidade 1
Movimento da água – Osmose
A água é uma substância indispensável à actividade celular.
Ela transpõe constantemente a membrana plasmática num e
noutro sentido,
sendo a sua movimentação controlada por fenómenos físicos.
Osmose  movimento de moléculas de água entre dois meios
separados por uma membrana
Biologia Unidade 1
No dispositivo experimental a água pura está separada de uma
solução por uma membrana permeável à água mas não às
substâncias dissolvidas.
Nestas condições a água movimentar-se-ia para o lado esquerdo
do tubo e o nível da solução subiria.
Para impedir o movimento da água, exerce-se uma força com
um pistão sobre o topo da solução até ficar constante o nível nos
dois ramos do tubo.
Biologia Unidade 1
O modelo representado evidencia:
Pressão osmótica  é a pressão necessária para
contrabalançar a tendência da água se mover através de uma
membrana selectivamente permeável, da região onde há maior
quantidade de moléculas de água para a região onde há menor
quantidade de moléculas de água.
Solução = solvente + soluto
Exemplos:
Água
Plasma
Glicose,
glicerina,
aminoácidos.
e vitaminas
Biologia Unidade 1
A pressão osmótica da água pura é zero.
Biologia Unidade 1
Solução I
Elevada concentração de água
Elevado potencial de água
Baixa concentração de soluto
Tem uma pressão
osmótica baixa
HIPOTÓNICA
Solução II
Baixa concentração de água
Baixo potencial de água
Elevada concentração de soluto
HIPERTÓNICA
Tem uma pressão
osmótica elevada
Biologia Unidade 1
Hipotónica
Soluções
Hipertónica
Esta classificação
é em relação ao soluto
e não ao solvente
Isotónica
Nota: esta classificação de soluções só é usada quando se
compara 2 soluções.
Biologia Unidade 1
Transporte passivo
Transporte activo
Substância que se movimenta.
Biologia Unidade 1
A
favor
do
gradiente
de
concentração  movimento do
soluto do meio onde está mais
concentrado para o meio onde está
menos concentrado.
Nota: se for em relação à osmose, corresponde ao movimento
de água do meio com alto potencial de água para o meio
com baixo potencial de água.
Quanto maior for a diferença de concentração de soluto nos dois meios
maior é a velocidade de entrada.
Biologia Unidade 1
A existência de sais minerais,
açúcares
e
outras
substâncias
dissolvidas no citoplasma confere às
células uma pressão osmótica
específica.
A água tende, portanto, a mover-se de uma região com
menor pressão osmótica (solução hipotónica) para uma
região com maior pressão osmótica (solução hipertónica).
No caso de o meio extracelular ser isotónico em relação ao
meio intracelular, as células recebem água ao mesmo ritmo
com que a perdem.
Biologia Unidade 1
Na situação A, as células das pétalas
foram montadas em água destilada,
que constitui um meio hipotónico em relação
intracelular. Em consequência, o movimento de água
ao
meio
processou-se do meio extracelular para o interior das
células, que ficaram túrgidas.
Na situação B, o meio extracelular,
solução de cloreto de sódio a 12 %,
Biologia Unidade 1
é hipertónico em relação ao meio intracelular.
Por isso houve saída de água do meio intracelular,
onde ela existe em maior concentração, para o meio exterior,
com menor concentração de água.
Em consequência desse movimento de água, as células ficaram
plasmolisadas.
Biologia Unidade 1
Em células animais, os mecanismos de
transporte
da
água
através
da
membrana são semelhantes aos que
ocorrem nas células das plantas.
Simplesmente, devido à ausência de
parede esquelética, o comportamento
das células é algo diferente.
Como se comportam os glóbulos vermelhos quando
mergulhados
em
soluções
de
diferente
concentração?
Normalmente as hemácias estão em suspensão no
plasma,
que é isotónico em relação ao conteúdo celular.
As hemácias humanas apresentam a forma
característica de discos
bicôncavos (situação A).
A
Biologia Unidade 1
No caso de o meio ser hipotónico
relativamente ao meio intracelular,
ocorre entrada de água
e o volume das hemácias aumenta (situação B).
B
Biologia Unidade 1
No entanto, se os glóbulos vermelhos forem colocados
numa solução hipertónica em relação ao conteúdo
celular,
perdem água,
ficando a superfície externa enrugada (situação
C).
C
Biologia Unidade 1
Se o meio for fortemente hipotónico
em relação ao interior das células,
verifica-se um aumento de volume tão acentuado
que a membrana celular rompe,
extravasando o conteúdo da célula.
Dá-se a lise (destruição) celular, que, no
caso concreto das hemácias, se denomina
hemólise (situação D).
Biologia Unidade 1
A lise celular sucede nas células animais, por não
existir a parede esquelética. Nas células das plantas,
das bactérias e dos fungos, a parede esquelética
exerce uma pressão, pressão de parede, em sentido
contrário, o que condiciona a quantidade de água que
penetra na célula, impedindo o seu rebentamento.
Osmose em células vegetais e animais
SOLUÇÃO
ISOTÓNICA
Célula normal
SOLUÇÃO
SOLUÇÃO
HIPERTÓNIC
HIPOTÓNICA
A
Célula túrgida ou com lise
celular
Célula plasmolisada
CÉULA
ANIMAL
Mantém-se o volume
celular.
Aumento do volume celular,
podendo ocorrer
rebentamento.
Diminuição de volume
celular por retracção da
célula.
Célula normal
Célula túrgida
CÉLULA
VEGETAL
Célula plasmolisada
Mantém-se o volume celular.
Aumento do tamanho dos
vacúolos e do volume
citoplasmático.
A parede celular impede a
lise celular.
Diminuição do tamanho dos
vacúolos, sem alteração do
volume celular. Retracção
do citoplasma que apenas
se liga à parede celular
pelos plasmodesmos.
Biologia Unidade 1
Biologia Unidade 1
Comportamento das
diferentes
Célula normal
hemácias em meios com
concentrações
Célula túrgida
Célula plasmolisada
Biologia Unidade 1
 Alterações do volume vacuolar em células vegetais
 Células em meio isotónico
Biologia Unidade 1
 Células em meio hipotónico
Biologia Unidade 1
 Células em meio hipertónico
Biologia Unidade 1
Através da membrana ocorrem movimentos
não mediados
as substâncias transpõem a
membrana sem intervenção
específica de moléculas
transportadoras.
mediados
são proteínas membranares
que transportam as substâncias
do meio extracelular para o
meio intracelular e vice-versa.
osmose
transporte activo
difusão simples
difusão facilitada
Biologia Unidade 1
Transporte mediado
Biologia Unidade 1
Transporte Passivo Mediado
Apesar do carácter hidrofóbico da bicamada lipídica dificultar a
passagem de iões e moléculas polares, verifica-se que as
membranas plasmáticas são permeáveis a:
 Diversos iões como Na+, K+ ou Ca2+
Moléculas polares como açúcares ou aa.
Como explicar esta permeabilidade?
Biologia Unidade 1
Através de proteínas específicas da membrana que intervêm
como proteínas transportadoras.
Canais iónicos
Proteínas canal
Canais hidrofílicos
Difusão facilitada
Proteínas
permeases
Ligam-se transitoriamente
à substância a transportar
transferindo-as para o
outro lado da membrana.
Biologia Unidade 1
TRANSPORTE MEDIADO  Processo
de transporte através da membrana
celular em que as partículas de uma
substância tendem a movimentar-se
com a intervenção de proteínas
transportadoras.
DIFUSÃO FACILITADA Processo de transporte de substâncias
a favor do gradiente de concentração. É mediado por
proteínas transportadoras (permeases) e pensa-se que
ocorre sem mobilização de energia pela célula.
Exemplos:
 Glicose
 glicerina
 Aminoácidos
certas vitaminas.
Biologia Unidade 1
Admite-se que o processo considerado se efectua em três etapas:
Concentração
de soluto
Elevada
Baixa
Permease
 combinação da molécula a transportar com a
transportadora na face externa da membrana plasmática;
proteína
Biologia Unidade 1
 passagem da molécula através da membrana e sua separação da
proteína transportadora;
 regresso da proteína transportadora à forma inicial.
Como funcionam as permeases?
As proteínas transportadoras têm locais específicos
a que se ligam as moléculas ou iões a transportar, podendo
intervir de diversas formas.
Algumas dessas proteínas ligam-se por algum tempo às moléculas
ou iões e, alterando a sua forma, transferem-nas para o interior do
hialoplasma,
retornando depois à forma inicial.
Exemplo:
A entrada de glicerina em diversas variedades de uma bactéria
(bacilo
subtil)
apresenta
aquelas características – difusão
Biologia
Unidade
1
facilitada (B) enquanto noutras variedades da mesma bactéria tal
não acontece, verificando-se uma difusão simples (A) da
glicerina.
Na difusão simples a
velocidade de movimentação do soluto é directamente
proporcional à diferença de concentração entre os dois
Biologia
Unidade e
1 extracelular).
meios
(intracelular
É o que se verifica com a entrada de glicerina em
determinada variedade do bacilo subtil (A).
Quanto maior for a concentração de glicerina, maior é a
velocidade de penetração através da membrana.
No entanto, quando a concentração de glicerina no meio é
relativamente baixa, vai existir uma competição entre os dois
tipos de bactérias.
Biologia Unidade 1
Nestas circunstâncias, a velocidade de penetração de
glicerina no caso B (difusão facilitada) é maior,
o que indica que as bactérias que possuem esse tipo de
transporte estão em vantagem nesse meio.
No mecanismo de transporte da glicerina, na situação B
(difusão facilitada),
intervêm
proteínas
transportadoras
da
membrana,
chamadas permeases.
O gráfico ao lado representa a variação
da taxa de difusão de duas substâncias
distintas, A e B, face à diferença de
concentração dessas substâncias nos
meios intra e extracelular.
A substância A atravessa a
membrana plasmática através de
difusão facilitada e a substância B
através de difusão simples.
Legenda: Gráfico comparativo
da
taxa
de
difusão
de
substâncias
em
função
da
diferença de concentração entre
os meios nos processos de
difusão facilitada (A) e difusão
simples (B).
Como é possível observar no
gráfico, devido à intervenção das
proteínas transportadoras na
difusão facilitada (A), a velocidade
de difusão neste processo é
substancialmente maior.
Biologia Unidade 1
A velocidade de transporte da substância aumenta
com a concentração dessa substância,
mas quando todos os locais de ligação das
permeases estão ocupados, isto é quando as
proteínas transportadoras ficam saturadas,
a
velocidade de transporte mantém-se constante,
mesmo
que
aumente
a
concentração
da
substância.
Biologia Unidade 1
A glucose e outras moléculas polares podem atravessar a
membrana através do processo de difusão facilitada. Estas
moléculas entram na célula ajudadas por proteínas da
membrana (permeases). As proteínas ligam-se as
moléculas a transportar, sofrem alteração na sua configuração,
permitindo que as moléculas atravessem a membrana. Uma vez
libertadas as moléculas no interior da célula, as permeases
voltam ao seu estado inicial.
Biologia Unidade 1
Este processo, aparentemente sem gasto de energia, envolve a
intervenção de proteínas, por isso, as alterações de
temperatura e a presença de venenos afectam o
transporte, pois podem provocar a desnaturação
(alteração da estrutura) das proteínas envolvidas. Do
mesmo modo, também e explicado que a velocidade de
difusão
facilitada
não
depende
apenas
da
concentração da substancia a transportar, mas
também do numero de permeases disponíveis para
mediar o transporte. Quando todas as proteínas estão
envolvidas no transporte, dizemos que estas ficam saturadas,
estabilizando a velocidade da difusão.
Biologia Unidade 1
TRANSPORTE ACTIVO: Processo de transporte mediado que se
realiza com dispêndio de energia pela célula e contra o gradiente
de concentração, ou seja, as substâncias são transportadas do
local onde a concentração é mais baixa para o local onde a
concentração é mais elevada.
A célula pode manter uma ou várias substâncias em
concentrações muito diferentes nos meios intracelular e
extracelular.
Biologia Unidade 1
>
>
>
Meio
envolvente
Biologia Unidade 1
<
>
Já nas células de Halicystis
há uma maior concentração do ião K+ dentro da célula,
enquanto que a concentração de Na+ se mantém inferior
àquela que existe na água.
Biologia Unidade 1
Após a morte das células os iões difundem-se
rapidamente, até que as concentrações intracelular e
extracelular se igualem.
O facto de a inibição da respiração
impedir a manutenção das diferenças de concentração
levou a pensar que este transporte implica dispêndio
de energia por parte da célula, sendo por isso
designado por transporte activo.
Um outro exemplo de uma situação em que ocorre transporte
activo verifica-se em hemácias.
Estas células trocam certos iões (Na+, K+) com o meio, por
Biologia activo.
Unidade 1
transporte
A manutenção de certas substâncias em concentração diferente
no interior e no exterior das células envolve transporte activo.
A célula mantém a diferença de concentração entre os dois
meios porque:
O sódio entra para a célula por difusão (a favor do gradiente de
concentração) e sai por transporte activo (contra o gradiente de
concentração)
O potássio sai da célula por difusão (a favor do gradiente de
concentração) e entra por transporte activo (contra o
gradiente
concentração).
Biologia de
Unidade
1
Assim o meio extracelular apresenta sempre uma maior
concentração de sódio e o intracelular, uma maior concentração
de potássio.
Se as células forem privadas de ATP as concentrações de iões
nos dois meios tornam-se iguais. O transporte activo deixa-se de
poder realizar-se, continuando a verificar-se difusão até se
igualarem as concentrações nos dois meios.
Biologia Unidade 1
 Bomba sódio - potássio
Baixa
Baixa
Concentração
do Potássio
Concentração
do Sódio
Elevada
Elevada
Biologia Unidade 1
Transporte activo- Transporte mediado
Biologia Unidade 1
Neste processo, as proteínas transportadoras localizadas na
membrana plasmática,
mediante a utilização de energia (resultante da hidrólise do ATP),
transportam essas substâncias, contrariando as leis da difusão, ou
seja, do local onde a concentração é mais baixa para o local onde
a concentração é mais elevada.
Nesta situação, as proteínas transportadoras comportam-se como
enzimas sendo designadas por ATPases (bombas). A bomba de
sódio e potássio é um dos exemplos mais estudados de
transporte activo.
Neste caso, a mesma ATPase promove a movimentação do Na+ e
do K+, através da membrana, contra um gradiente de
concentração.
Funcionamento da bomba de sódio e potássio
Biologia Unidade 1
Através da hidrólise do ATP em ADP e Pi, a bomba de sódio e
potássio promove a saída de três iões Na+ e a entrada de dois
iões K+, assegurando assim a diferença de concentrações entre
os meios intra e extracelular.
O transporte activo é, pois, um processo de transporte:
 mediado
Biologia
Unidade 1
 que se realiza com dispêndio de energia pela célula e
contra o gradiente de concentração.
No transporte activo, ao contrário do que acontece na difusão
facilitada, as mudanças de forma nas proteínas
Transportadoras relacionam-se com a mobilização
de energia celular, resultante da hidrólise do ATP.
Transportes
Não mediados:
osmose
difusão simples
Mediados:
difusão facilitada
transporte activo
Biologia Unidade 1
1. Em que sentido se processa o transporte activo?
Do meio onde a concentração da substância é menor para o meio onde a
concentração da onde a sua concentração é maior, ou seja contra o
gradiente de concentração.
2. Relacione o sentido de transporte activo com o facto de
dispender energia.
Há dispêndio de energia devido o transporte activo fazer-se contra o
gradiente de concentração e também devido às mudanças de forma das
proteínas transportadoras.
Transporte transmembranar
Pode ocorrer por
Transporte não mediado
é
Difusão
simples
Transporte mediado
intervêm
pode ser
Permeases
Transporte
activo
no caso
da água
Transporte em
quantidade
pode ser
Difusão
facilitada
Endocitose Exocitose
por exemplo
Fagocitose Pinocitose
Osmose