Biofísica das membranas

BIOFÍSICA DAS MEMBRANAS: MECANISMOS DE TRANSPORTE E

TRANSDUÇÃO DE SINAIS

DISCIPLINA: FÍSICA E BIOFÍSICA PROFª. MARGARETH MAYER

FUNÇÕES NAS CÉLULAS

As membranas biológicas são essenciais

para a vida pois:

Definem os limites celulares (membrana

plasmática);

Dividem as células em compartimentos

discretos (organelas);

Organizam sequências de reações complexas;

Atuam na recepção de sinais internos e

externos;

Participam de transformações de energia;

ESTRUTURA DAS MEMBRANAS

• COMPARTIMENTALIZAÇÃO DE ORGANELAS E ENZIMAS;

• REGULAÇÃO DO TRANSPORTE;

• DETECÇÃO E TRANSMISSÃO DE SINAIS INTRA E INTERCELULARES.

MODELO DE SINGER & NICHOLSON – MOSAICO FLUIDO

COMPOSIÇÃO

• As membranas são compostas de proteínas e lipídios,

em combinações variáveis que são específicas para

cada espécie, tipo celular e organela;

• A bicamada lipídica é a unidade estrutural básica das

membranas biológicas;

• As bicamadas se organizam nas membranas com

as cadeias de ácidos graxos dos fosfolipídios

orientados para o interior da bicamada

• As interações hidrofóbicas dos lipídios tornam as bicamadas

estruturas estáveis e flexíveis;

• As células necessitam manter a fluidez da membrana constante

mesmo quando as condições externas são alteradas;

• A fluidez depende da temperatura, composição

de ácidos graxos e conteúdo de esterol;

• Os lipídios e a maioria das

proteínas pode se difundir

lateralmente na membrana;

COMPOSIÇÃO - LIPÍDIOS

Molécula ANFIPÁTICA

ESTRUTURA DAS MEMBRANAS

A FLUIDEZ DA MATRIZ LIPÍDICA É AFETADA POR FATORES COMO: CALOR QUE AUMENTA A

ENERGIA CINÉTICA DAS MOLÉCULAS E POR EXCESSO LIGAÇÕES INSATURADAS NOS ÁCIDOS

GRAXOS QUE DIMINUEM A PROXIMIDADE DAS CAUDAS HIDROFÓBICAS.

A TRANSMISSÃO NERVOSA É GERADA PELO

BOMBEAMENTO DE ÍONS. QUANDO A MEMBRANA

É MUITO FLÚIDA ISSO INTERFERE COM OS

CANAIS IÔNICOS (PROTEÍNAS TRANSMEMBRANA)

E EVITAM A PASSAGEM RÁPIDA DE ÍONS. ESSE

É O MECANISMO DE AÇÃO DE ANESTÉSICOS

LOCAIS COMO A LIDOCAÍNA.

As proteínas de membrana são de dois tipos: INTEGRAIS E

PERIFÉRICAS;

As proteínas integrais estão ligadas firmemente à membrana,

enquanto as proteínas periféricas ligam-se mais frouxamente;

As proteínas de membrana estão inseridas na bicamada

lipídica com ladeamento específico (assimetria estrutural) o

que torna a membrana funcionalmente assimétrica;

COMPOSIÇÃO - PROTEÍNAS

ESTRUTURAS FUNCIONAIS



PERMEABILIDADE DAS MEMBRANAS-

TRANSPORTE E DIFUSÃO

POROS SÃO FORMADOS POR PROTEÍNAS

INTEGRAIS, HIDROFÓBICAS JUNTO À MATRIZ

LIPÍDICA E HIDRÓFILAS NO INTERIOR –

PERMITEM A PASSAGEM ÁGUA

E SUBSTÂNCIAS HIDROSOLÚVEIS

A bicamada lipídica é impermeável a substâncias polares;

Substâncias polares cruzam as membranas biológicas apenas através

de interação com moléculas específicas;

Proteínas podem formar canais iônicos que apresentam poros

hidrofílicos através dos quais íons selecionados podem se difundir,

movimentando-se na direção de seus gradientes eletroquímicos

Proteínas transportadoras específicas

(transportadores) podem movimentar íons

e compostos através das membranas

biológicas;

O transporte através dessas proteínas

pode ser passivo (independente de energia

metabólica) ou ativo (dependente de

energia metabólica);


AS MEMBRANAS SÃO MUITO HIDROFÓBICAS ENTÃO, COMO A ÁGUA E AS MOLÉCULAS

HIDROSSOLÚVEIS A CRUZAM ? EXISTEM TRÊS PRINCIPAIS FORMAS:

DIFUSÃO SIMPLES: SUBSTÂNCIAS PASSAM POR SIMPLES DIFUSÃO (NÃO MEDIADA)

IMPULSIONADAS PELO GRADIENTE DE CONCENTRAÇÃO;

DIFUSÃO FACILITADA : O TRÂNSITO OCORRE COM A AJUDA DE PROTEÍNAS DA MEMBRANA,

MAS IMPULSIONADAS PELO GRADIENTE DE CONCENTRAÇÃO;

TRANSPORTE ATIVO: O TRÂNSITO OCORRE COM A AJUDA DE PROTEÍNAS DA MEMBRANA

CONTRA O GRADIENTE DE CONCENTRAÇÃO.

DIFUSÃO SIMPLES: SUBSTÂNCIAS DE BAIXO

PESO MOLECULAR E SEM CARGA ELÉTRICA

COMO GASES E PEQUENAS MOLÉCULAS

ORGÂNICAS COMO:

• O2

• CO2

• ALCOOL

• ANESTÉSICOS

• PESTICIDAS

PERMEABILIDADE DAS MEMBRANAS


A TAXA DE DIFUSÃO DEPENDE:

• DO GRADIENTE DE CONCENTRAÇÃO

ENTRE O MEIO INTERNO E O EXTERNO

•DO TAMANHO DA MOLÉCULA

•DA SOLUBILIDADE DA MOLÉCULA NA

MATRIZ LIPÍDICA

•DA VISCOSIDADE DA FASE HIDROFÓBICA

•DA ESPESSURA DA MEMBRANA.

A VELOCIDADE DO FLUXO É DESCRITO PELA

LEI DE FICK QUE RELACIONA OS SEGUINTES

PARÂMETROS:

dN ⁄ dt = − D A ∆C ⁄ x

dN ⁄ dt = TAXA DE DIFUSÃO POR UNIDADE DE ÁREA

D= COEFICIENTE DE DIFUSÃO

A =ÁREA

∆C= VARIAÇÃO DE CONCENTRAÇÃO

X = ESPESSURA DA FASE HIDROFÓBICA

O SINAL NEGATIVO INDICA O MOVIMENTO DO LADO MAIS

CONCENTRADO PARA O MAIS DILUÍDO.

BIOFÍSICA DAS MEMBRANAS

DIFUSÃO FACILITADA – PORO

ESPECÍFICO PARA A ÁGUA – CANAL

HIDROFÍLICO - SELETIVIDADE PELO

TAMANHO

DIFUSÃO FACILITADA DIFERE DA DIFUSÃO SIMPLES POR:

• ENVOLVE A AÇÃO DE UMA MOLÉCULA DE PROTEÍNA ESPECÍFICA

• EXISTE ESPECIFICIDADE PARA A MOLÉCULA TRANSPORTADA EX. NÃO PASSA ALCOOL

• MAIS RÁPIDA E APRESENTA CINÉTICA DE SATURAÇÃO

• PODE SER REGULADO

• MOLÉCULAS CARREGADAS DIFUNDEM A UMA TAXA MENOR E NÃO OBEDECEM À LEI DE

FICK POIS RESPONDEM A DOIS GRADIENTES, O ELÉTRICO E O DE CONCENTRAÇÃO. EXISTE

UM POTENCIAL ELÉTRICO ENTRE OS LADOS DA MEMBRANA SE NDO NEGATIVO O

POTENCIAL DO LADO INTERNO DA MEMBRANA . ESSE POTENCIAL É MENOR EM CÉLULAS

ANIMAIS -50 mV, QUE NAS CÉLULAS DE PLANTAS -200 mV. OS ÍONS DIFUNDEM POR CANAIS

IÔNICOS IMPULSIONADOS PELO GRADIENTE ELETROQUÍMICO.

• ESSES CANAIS SÃO ALTAMENTE SELETIVOS

• A DIFUSÃO DO SÓDIO ATRAVÉS DA MEMBRANA É FACILITADA POR UM CANAL IÔNICO

SELETIVO PELO TAMANHO DO PORO E CARGAS ELÉTRICAS EM AMINO ÁCIDOS DENTRO DO

PORO.

• K+ É MUITO GRANDE PARA PASSAR E O Cl− É MUITO NEGATIVO. O Li+ PASSA POIS É

MENOR QUE O Na+. ELE É USADO PARA TRATAMENTO DE TRANSTORNOS MANÍACO

DEPRESSIVOS QUE SÃO CAUSADOS POR PROBLEMAS NOS CANAIS DE Na+ e K+.


ÍON CÉLULA

(mM)

SANGUE

(mM)

K+ 139 4

Na+ 12 145

Cl− 4 116

Ca2

+ 0.0002 1.8


TRANSPORTE ATIVO A CONCENTRAÇÃO DE ÍONS ATRAVÉS DA MEMBRANA

NÃO ESTÁ EM EQUILÍBRIO TERMODINÂMICO – A CÉLULA

GASTA ENERGIA (ATP) PARA MANTER ESSES GRADIENTES.

TRANSPORTE ATIVO DIFERE DA DIFUSÃO FACILITADA EM :

BOMBEIA MOLÉCULAS CONTRA GRADIENTE ELETROQUÍMICO

REQUER CONSUMO DE ENERGIA

É SEMELHANTE EM:

PRECISA DE PROTEÍNAS ESPECÍFICAS COMO CARREADORAS

A ATPase (Na+/k+) EXPORTA 3 NA+ E IMPORTA 2 K+

ATRAVÉS DA MEMBRANA POR ATP. OS ÍONS SÃO

TRANSPORTADOS CONTRA GRADIENTE

ELETROQUÍMICO. ESSA BOMBA MULTIFUNCIONAL

É A PRINCIPAL GERADORA DO POTENCIAL

DA MEMBRANA EM CÉLULAS ANIMAIS.

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