3. Transporte transmembranar - files.psicologia1ano.webnode.ptfiles.psicologia1ano.webnode.pt/200000059-e48eae5885/03Biol Celular... · Um dos tipos de vesículas de endocitose são

Membranas Biológicas

Transporte transmembranar

Permeabilidade da bicamada fosfolipídica artificial (sem proteínas)

Devido à natureza hidrófoba da sua bicamada fosfolipídica, a membrana celular constitui umabarreira extremamente impermeável à maioria das moléculas orgânicas e impede a maioria doscomponentes hidrosolúveis de escapar da célula.

Membranas biológicas

Transporte transmembranar de pequenas moléculas e iões

Transporte em massa

Transporte Passivo (a favor do gradiente)Difusão simplesDifusão facilitada

Transporte Activo (contra o gradiente)Transporte activo primário ‐ BombasTransporte activo secundário ‐ Cotransporte

EndocitoseExocitoseFagocitose


Difusão Simples(compostos apolares afavor do gradiente)

Difusão Facilitada(a favor de gradiente)

Transporte Activo Primário(contra o gradiente)

Transporte Activo Secundário(contra o gradiente usando o movimento

de iões a favor do seu gradiente)

Canais Iónicos(a favor dogradiente)

Transporte de iõesmediado por Ionóforos(a favor do gradiente de

concentração)



Os diferentes tipos de transporte transmembranar

Difusão simples

É o mecanismo mais simples de transporte transmembranar.

Neste transporte, as moléculas simplesmente difundem‐se na bicamada fosfolipídica,atravessam‐na e finalmente dissolvem‐se no fluido intracelular.

A direcção do transporte é determinada pelas concentrações relativas das moléculasdentro e fora da célula: o fluxo é sempre do compartimento mais concentrado parao menos concentrado.

Ocorre sem consumo de energia (passivo).

São transportadas por difusão passiva as moléculas pequenas (O2, CO2, benzeno, H2O, etanol,...)

É um transporte pouco específico.

O coeficiente de difusão de uma molécula é proporcional ao seu gradiente de concentração através da membrana e a sua hidrofobicidade.



Difusão facilitada

A direcção do transporte é determinada pelas concentrações relativas das moléculasdentro e fora da célula: o fluxo é sempre do compartimento mais concentrado parao menos concentrado.

Ocorre sem consumo de energia (passivo).

São transportadas moléculas de maior dimensão (glúcidos, aminoácidos, nucleótidos).

É mais rápido e mais selectivo do que a difusão simples.

Utiliza proteínas transportadoras (carregadoras) e canais proteicos.



Difusão facilitada

proteínas transportadoras As proteínas transportadoras adoptam alternativamente 2 conformações de modo que o sítio de ligação do soluto esteja sucessivamente acessível nos 2 lados da membrana.As proteínas transportadoras são responsáveis pelo transporte de açucares, aminoácidos e nucleosídeos.

Exemplo: Transportador da glucose

‐ a proteína transportadora da glucose‐ tem 12 hélices α transmembranares

A direcção do transporte é condicionadapelo gradiente de concentração da glucose



Difusão facilitada

Canais iónicos

Sistema de transporte passivo.

Ocorre a favor do gradiente de concentração.

Transporte muito rápido.

São altamente selectivos.

Formam poros na membrana permitindo que moléculas de tamanho e carga apropriada passem através da membrana.


Difusão facilitada

Aquaporinas

‐ Poro passivo (passagem água movida pelo gradiente osmótico).

‐ Permitem transportar, rapidamente, grandes quantidades de água, comparativamente ao transporte de água por difusão simples

‐ A água é seleccionada pelo tamanhoe pela carga eléctrica

‐ Passagem livre de água sem afectar o gradiente electroquímico através da membrana celular




Difusão facilitada

Canais iónicos

Os canais “ligand‐gated”: abrem‐se após a ligação a um neurotransmissor ou a outra molécula de sinalização.

Os canais “voltage‐gated”: abrem‐se após uma alteração no potencial eléctrico da membrana.



Difusão facilitadaCanais iónicos

Canalvoltage‐gated

Canalligand‐gated

(sinais extracelulares)

Canal ligand‐gated

(sinais intracelulares)

Canal de estimulaçãomecânica

Estado Fechado

Estado Aberto


Gradientes iónicos e potencial eléctrico da membrana

Selectividade dos canais iónicos


• poro estreito (filtro de tamanho)• Ø Na+ = 0.95 Å; Ø K+ = 1.33 Å



• grupos C=O (filtro de selectividade)• entra K+ desidratado





Exemplo: Receptor da acetilcolina

Este receptor é composto por 5 subunidades:

2α, 1β, 1γ, 1δ. Cada subunidade α contém um

sítio de ligação da acetilcolina. Quando

esta molécula se liga ao receptor, o canal

iónico abre‐se, permitindoa entrada de iões

Na+ na célula.

Interacção célula nervosa e célula muscularacetilcolinareceptor activação canal Na+ activado por ligando influxo Na+despolarização membrana abertura canal Ca2+ activado por voltagemaumento do do Ca2+ intracelular contracção muscular


Transporte activo primário ‐ Bombas

é um transporte contra o gradiente electroquímicoé um transporte que necessita de energia sob a forma de ATPdá origem a gradientes iónicos nas células

moléculatransportada

proteínaportadora

Canalproteico

Difusão atravésdum canalDifusão

simples

Difusão atravésdum transportador

Transporte passivo(difusão facilitada)

Transporteactivo

Gradiente deconcentração

FORA

DENTRO

Bicamadalipídica



Bomba Na+‐K+ (ou ATPase Na+‐K+): é uma ATPase que permite manter o gradiente iónico de sódio e depotássio. A manutenção deste gradiente necessita da hidrólise do ATP, uma vez que a bomba transportaos iões Na+ e K+ contra o seu gradiente de concentração.

Gradienteelectroquímicodo potássio

Gradienteelectroquímicodo sódio

Sítio deligação de Na+

Facecitoplasmática

Faceextracelular

Sítio deligação de K+e da ouabaína

[K+]in =(10‐20) x [K+]ex[Na+]ex =(10‐20) x [Na+]in

A bomba Na+‐K+

permite transferir

3 iões Na+ para fora

da célula contra

2 iões K + para dentro.




A bomba Na+‐K+ permite transferir

3 iões Na+ para fora da célula

contra 2 iões K + para dentro.




A composição iónica do citosol é muito diferente da dofluido extracelular. Para evitar o fluxo de água, as bombasiónicas mantêm os gradientes iónicos através da membrana.

Concentração (mM)

Ião Intracelular Extracelular

Axónio de lulas

K+ 400 20

Na+ 50 440

Cl- 40 150 560

Ca2+

Proteína (-)

0.0001

300-400

10

5-10

Célula de mamífros

K+ 140 5

Na+ 5 15 145

Cl- 4 110

Ca2+ 0.0001 2.5 5

Proteínas - 138 9



A manutenção do gradiente iónico pela bomba Na+‐K+ é importante para controlar o volume das células.

Bomba Na+‐K+ (ou ATPase Na+‐K+)

hipertónica isotónica hipotónica muitohipotónica

Concentraçãoiónica no espaçoextracelular

Glóbulo vermelho

Plasmólise normal Turgescência lise

A membrana citoplasmática é permeável à água. A água entra e sai das células conformeo seu gradiente de concentração. Este movimento da água através da membrana celularé chamado de OSMOSE. O volume das células é determinado pela diferença de concentraçãoiónica entre os espaços intra e extracelular. A água difunde‐se (osmose) do meio menosconcentrado em iões para o meio mais concentrado.




Outras bombas iónicas:

Bomba Ca2+ : é uma ATPase que mantém o gradiente do cálcio.

[Ca2+]int = 0.1 μM

[Ca2+]ext = 1mM

Bomba H+:mantém a acidez do fluido gástrico e dos lisossomas



Transporte activo primário

Transportadores ABC (ATP‐binding cassettes)

Existem vários membros de transportadores ABC em procariotas e eucariotas.

Possuem domínios de ligação ao ATP altamente conservados.

A função principal dos transportadores ABC é eliminar os produtos tóxicos queentram na célula.

Trata‐se dum transporte activomediado pela hidrólise de ATP.

Os transportadores ABC existem nas células do fígado, do intestino e do rim.



Transporte activo primário Transportadores ABC (ATP‐binding cassettes)

Exemplo: o transportador MDR (multidrug resistance)

Trata‐se duma proteína “multipass” com 6 domínios transmembranares e um domínio de ligação de ATP. O transportador MDR funciona como dímero (12 domínios transmembranares e 2 domínios de ligação de ATP). Utilizando a hidrólise de ATP, este transportador exporta as moléculas tóxicas para o espaço extracelular.

O transportador MDR

encontra‐se altamente

expresso nas células

neoplásicas permitindo‐

lhes exportar fora da célula

os agentes

quimioterapêuticos. Isto

explica, em parte, a

resistência das células

cancerosas à

quimioterapia.



Transporte secundário

Utilizando como energia o gradiente transmembranar de uma segunda molécula.

Transportam compostos polares como aminoácidos, glucose, e alguns iões.



Transporte secundário

No sistema uniporte, as proteínas transportadoras

transportam uma só molécula.

Exemplo: difusão facilitada de glucose

No sistema simporte, as proteínas transportadoras

transportam 2 moléculas na mesma direcção.

Exemplo: transporte de glucose acoplado com o

transporte de Na+

No sistema antiporte, as proteínas

transportadoras transportam 2 moléculas em

direcções opostas.

Exemplo: antiporte Na+‐Ca2+

antiporte Na+‐H+



Transporte secundário Exemplo: o transporte de glucose através das células intestinais

O transporte de glucose é mediado pelo “transportador de glucose” que coordena o transportede 2 iões Na+ e de 1 glucose para dentro da célula. A glucose é transportada contra o seu gradientede concentração, utilizando a energia do transporte acoplado de Na+.

Lúmen dointestino

microvilosidades

Junção deoclusão

Epitéliointestinal

Líquidoextracelular

Proteína detransporte

interveniente nadifusão facilitada

da glucose

Simporte daglucose via

Na+

Menosconcentrado

Menosconcentrado

Mais concentradoem glucose


Membrana Celular


Transporte em massa

Transporte Passivo (a favor do gradiente)Difusão simplesDifusão facilitada

Transporte Activo (contra o gradiente)Transporte activo primário ‐ BombasTransporte activo secundário ‐ Cotransporte

EndocitoseExocitoseFagocitose

Tráfego intracelular de vesículas

Endocitose

Exocitose


Transporte de macromoléculas e de partículas através da membrana citoplasmática

As macromoléculas (proteínas, polinucleotídeos ou polissacarídeos) não

podem ser transportadas pelas proteínas transportadoras; o seu transporte faz‐se

através de vesículasmembranares, por:

‐ Endocitose

‐ Exocitose

Partículas de maior tamanho (bactérias ou restos celulares) são transportadas

por fagocitose. Fluidos e solutos são transportados por pinocitose. Ambos os

processos são tipos de endocitose.

Endocitose

Na endocitose, o material a ingerir está progressivamente rodeado por uma porção da membrana citoplasmática que, por invaginação, forma uma vesícula intracelular contendo o material ingerido designada por vesícula de endocitose.

Há 3 tipos de endocitose:

‐ Pinocitose

‐ Endocitose mediada por receptores

‐ Fagocitose


Um dos tipos de vesículas de endocitose são as vesículas de pinocitose, de pequeno tamanho e contendo apenas fluidos ou solutos.

A pinocitose ocorre nas células permanentemente e é responsável, por exemplo, pela absorção dos lípidosapós a digestão.

Pinocitose

Endocitose


Endocitose

Endocitose mediada por receptores

As macromoléculas a interiorizar ligam‐se a receptores específicos que se encontram concentrados em regiões especializadas da membrana: depressões revestidas por clatrina (1); as depressões franjadas invaginam‐se (2) e destacam‐se da membrana (3) para originar pequenas vesículas de endocitose franjadas (4).

Os quatros estádios da formação de uma vesícula franjada.(Microscopia electrónica de transmissão).

1 2 3 4


Endocitose


Aspecto das vesículas franjadas

observadas em SEM (técnica de

criomoldagem).

A clatrina forma uma rede de

malha hexagonal e pentagonal.


Endocitose


Exemplo: Transporte do colesterol

O colesterol circula no sangue sobe

a forma dum complexo: LDL (“Low

Density Lipoprotein”). Cada LDL

contém ~1500 moléculas de ester de

colesterol envoltos por uma camada

composta por 800 fosfolípidos, 500

moléculas de colesterol e 1 proteína: a

apoproteína B100.

colesterol

fosfolípido

Ester decolesterolapoproteína

B100

Estrutura do LDL


Endocitose

Endocitose mediada por receptores Exemplo: Transporte do colesterol

As células dos mamíferos sintetizam receptores de LDL que integram a membrana citoplasmática. A interiorização do LDL por endocitose faz‐se através da ligação aos seus receptores, que se encontram concentrados nas depressões franjadas.

Receptorproteicode LDL

Membranacitoplasmática

citoplasma

A) Receptores proteicos de LDL ligados à depressão franjada numa célula normal.

B) Uma célula mutante com receptores de LDL anormais não possuindo o sítio de ligação àdepressão franjada.


Endocitose

Caminhos da endocitose mediada por receptores

Enzimashidrolíticas

lisossoma

Colesterollibertado

endossoma

Fusão como endossoma

Vesículafranjada

Vesículanão franjada

Formação devesículas detransporte

Receptoresre‐integrandoa membrana

1 2

3

4

1) Após a interiorização do complexo receptor‐LDL, a clatrinadissocia‐se da vesícula que se funde com o endossoma;

2) O pH ácido do endossomapermite a dissociação do LDL e do receptor;

3) O endossoma forma vesículas que transportam os receptores para a membrana (reciclagem), enquanto que

4) o endossoma contendo o LDL étransportado para os lisossoma, a partir do qual o colesterol élibertado na célula.


Endocitose

Caminhos da endocitose mediada por receptores

As moléculas contidas no endossomaseguem 3 vias:

1) Reciclagem para re‐integrar a membrana citoplasmática

2) Degradação no lisossoma

3) Transcitose para integrar um outrodomínio da membrana citoplasmática.


Endocitose


•O transporte de macromoléculas em vesículas é regulado através de proteínas presentes na face citosólica da membrana vesicular.

•O transporte intracitoplasmático através de diferentes vesículas assegura ocorrecto endereço das macromoléculas.

•Vesículas de clatrina, participam no:i) processo de entrada de macromoléculas provenientes do meioextracelular por endocitose.

ii) transporte de moléculas da rede trans de Golgi para os lisossomas.

•Vesículas não cobertas por clatrinai) Vesículas COPI: transporte de moléculas de Golgi para o RE.ii) Vesículas COPII: transporte de moléculas de RE para Golgi.

Fagocitose

Permite a ingestão de grande partículas(micro‐organismos e resíduos celulares) emvesículas com dimensão superior a 250 nmde diâmetro.

O material absorvido nos fagossomas étransferido para os lisossomas que passama ser chamados de fagolisossomas.

O processo de fagocitose é utilizadoprincipalmente pelas células de defesa doorganismo (macrófagos e neutrófilos) paraeliminar os microorganismos e células mortas.

Bactéria

Membranacitoplasmática

Glóbulo branco

Micrografia (TEM) dum neutrófilo fagocitandouma bactéria em divisão

Micrografia mostrando um macrófago fagocitando 2 hemácias modificadas quimicamente. As setas indicam os bordos dos prolongamentos finos (pseudopódeos) do macrófago engolindo as hemácias. (microscopia electrónica de varrimento)

Pseudópodos


Exocitose


Na exocitose, as vesículas fundem‐se com a membrana citoplasmática e libertam o seu conteúdo

no espaço extracelular.

Existem 2 tipos de exocitose: exocitose constitutiva e exocitose regulada.

Na exocitose constitutiva, vesículas de transporte transportam constantemente proteínas

sintetizadas pela célula. As proteínas transportadas integram a membrana, ou são segregadas na

matriz extracelular. Esta via funciona em todas as células.

Na exocitose regulada, as moléculas sintetizadas pela células estão armazenadas nas vesículas

de secreção. Uma estimulação da célula, por um sinal extracelular, induz a fusão das vesículas de

secreção com a membrana citoplasmática e, consequentemente, leva à libertação do seu conteúdo.

Esta via funciona só nas células especializadas na secreção rápida de hormonas,

neurotransmissores e enzimas digestivas.

Exocitose


Exocitose


Exemplo: Exocitose regulada nos mastócitos do rato‐ Figura A) mostra a célula (não estimulada) com vesículas contendo a histamina;‐ Figura B) mostra a célula após libertação da histamina, a seguir a uma estimulação.

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