Membrana Celular:Estrutura e transporte

Membrana Plasmática• Membrana que envolve todas as células vivas

▫ define os limites e os compartimentos celulares e mantém as diferenças essenciais entre os meios intra e extracelular

Membrana Plasmática

• Estrutura fina, flexível e elástica de 7,5 a 10 nm de espessura;

• Composição aproximada:▫ proteínas – 55%▫ fosfolipídios – 25%▫ colesterol – 13%▫ outros lipídios – 4%▫ carboidratos – 3%

Estrutura• Modelo do Mosaico fluido Singer e Nicolson, 1972

(Science, 175(4023): 720-731).

Propriedades da membrana• Assimetria as duas faces da membrana não

possuem a mesma composição lipídica, glicídica e proteica ▫ carboidratos encontram-se em geral na face externa▫ cargas elétricas se distribuem diferentemente

face citoplasmática em geral com maior carga negativa

Meio extracelular

citoplasma

filamentosprotéicos

PROTEÍNA DE RECONHECIMENTO

RECEPTOR PROTÉICO

PROTEÍNATRANSPORTADOR

ASítio ligante

BICAMADALIPÍDICA

FOSFOLIPÍDIO COLESTEROL

CARBOIDRATO

Propriedades da membrana• Fluidez componentes da

membrana não ocupam posições definidas▫ são susceptíveis a deslocações

bidimensionais de rotação ou de translação

▫ fosfolipídios podem trocar de camada (flip-flop)

http://www.phschool.com/science/biology_place/biocoach/biomembrane1/structure.html

Propriedades da membrana

• Continuidade nunca apresenta bordas livres ou descontínuas e os espaços por ela delimitados são sempre fechados

Propriedades da membrana• Elasticidade e Resistência à tração

devido ao número elevado de 2 tipos principais de ligações não-covalentes:

▫ interações hidrofóbicas entre as cadeias de ácidos graxos dos fosfolipídios

• regiões hidrofóbicas (apolares) tendem a se associar no interior da bicamada lipídica para manter distância do contato com a água

▫ interações hidrofílicas entre• grupos iônicos de proteínas• grupos polares de fosfolipídios

• em contato direto com a fase aquosa das superfícies

▫ outras interações• pontes de hidrogênio• interações eletrostáticas

Propriedades da membrana• Permeabilidade seletiva permeável apenas a

algumas substâncias

http://www.phschool.com/science/biology_place/biocoach/biomembrane1/permeability.html

Por que é importante conhecer a constituição química da membrana plasmática?

Bicamada Lipídica

Fosfolipídios afinidade diferencial com a água

1. Cabeça hidrofílica: voltada para o meio extracelular e para o citoplasma

2. Cauda hidrofóbica: voltada para a parte interna da membrana

Proteínas da Membrana• Dois tipos de proteínas

▫ Integrais ou transmembranas se estendem por toda a membrana

▫ Periféricas estão ancoradas a uma das superfícies da membrana e não a atravessam

Proteína integralProteína periférica

Proteínas Integrais

• Várias funções

Proteínas Integrais – Transporte • Canais (poros)

▫ permitem a passagem de moléculas de água e substâncias hidrossolúveis, principalmente íons, entre os fluidos extra e intracelular

▫ têm propriedades seletivas e permitem a passagem de substâncias específicas.

Canais de vazamento

• Formam verdadeiros poros na membrana e estão sempre abertos

Proteínas Integrais – Canais

Canais regulados por comportas

▫ Possuem comportas que se abrem e se fecham de forma regulada por:

Variações de voltagem canais regulados por voltagem;

Controle químico (por ligantes) canais regulados por ligantes -dependem da ligação de substâncias químicas (ligantes) com a proteína

Proteínas Integrais – Transporte • Proteínas carreadoras (carregadoras)

▫ transportam substâncias de um lado para outro da membrana;

▫ são seletivas e carregam somente substâncias específicas possuem um sítio de ligação, ou seja, um local específico para que a

substância a ser transportada se ligue.

Proteínas Integrais – Enzimas

• Uma ou mais proteínas podem atuar isoladamente ou em conjunto com uma enzima associada a membrana, como se fossem parte de uma “linha de montagem” de uma determinada via metabólica.

Proteínas Integrais - Comunicação

• Junções Gap ou Comunicantes proteínas especiais denominadas conexons - comunicam os citoplasmas de duas células adjacentes ▫ permitem a transferência direta da corrente iônica de

uma célula para outra.

Proteínas Periféricas• Frequentemente ligadas às proteínas integrais

• Funcionam quase sempre como:

▫ enzimas

▫ controladores do transporte de substâncias através dos canais da membrana celular

Quais são as funções da membrana plasmática?

Funções da membrana

1. Individualização da célula

2. Transportes moleculares e iônicos

3. Recepção de informação

4. Transmissão de informação

5. Reconhecimento celular

6. Orientação de reações químicas em cadeia:

enzimas localizadas na superfície da membrana

Reconhecimento e proteção

• Glicocálice

Envoltório externo à membrana plasmática.

• Composição química: moléculas de açúcar associadas aos fosfolipídios e às proteínas da membrana.

Glicocálix

Funções:Funções:

•reconhecimento célula-a-célula;

•adesão celular;

•atua na ingestão de moléculas;

•receptores de membrana;

•retém nutrientes e enzimas;

•proteção contra lesões mecânicas,

físicas e químicas.

Transporte através da membrana

Transportes através da membrana

• Não mediados por proteínas

▫ Difusão simples (transporte de soluto)▫ Osmose (transporte de água)

• Mediados por proteínas

▫ Difusão facilitada (por canais ou carreadores)▫ Transporte ativo (bombas)

ENERGIA

Transportes passivos

Transportes através da membrana

• Mediados por vesículas

▫ Endocitose

pinocitose fagocitose mediada por receptores de membrana

▫ Exocitose

ENERGIA

OsmoseDifusão simplesDifusão Facilitada

Não ocorre gasto energético...

Osmose• É a difusão de um fluido através de uma

membrana com permeabilidade seletiva • Pode ser entendida como difusão do solvente

Transporte de água

Meio Hipotônico → Meio hipertônico(menor concentração de soluto) (maior concentração de soluto)

ocorre sempre

Osmose – Efeitos nas células

Difusão• Processo espontâneo• Princípio físico

Moléculas de solvente e soluto em constante movimento (energia cinética)

Começam a se chocar

Espalhamento

Difusão

• É o movimento de um soluto através de uma

membrana com permeabilidade seletiva;

Transporte de soluto

Meio Hipertônico → Meio Hipotônico(maior concentração de soluto) (menor concentração de soluto)

ocorre sempre

Difusão simples• As moléculas se movem do meio mais concentrado

para o meio menos concentrado porque existe uma diferença de concentração gradiente▫ Soluto atravessa livremente pela membrana, não necessita de

canais.

Difusão simples

Membrana semi-permeável

http://www.phschool.com/science/biology_place/biocoach/biomembrane1/passive.html

Não necessita de canais...

Assim...

• É sempre a favor do gradiente químico não necessita de energia celular▫ a energia que direciona o

movimento é a energia cinética das moléculas

• Aumenta em proporção direta com a temperatura ▫ quanto maior for a

temperatura, maior o movimento térmico das moléculas e dos íons em solução

• Depende da capacidade das moléculas se dissolverem na bicamada lipídica

http://eighth.grade.science.tripod.com/life_science/life_science.html

Difusão simples

Continuando...

• É diretamente proporcional à área de superfície da membrana

• É inversamente proporcional a ▫ espessura da membrana

quanto maior espessura, mais lenta será a difusão▫ tamanho e forma da partícula

quanto maiores a massa e o raio da partícula, menor será a velocidade média da partícula e mais lenta será a difusão

▫ viscosidade do meio maior viscosidade do meio difusão mais lenta

Difusão simples

Difusão facilitada• Segue as regras da difusão sempre é a favor do

gradiente eletroquímico▫ não precisa de energia celular

• Precisa ser mediada por canais ou proteínas carreadoras

Assim, a difusão facilitada também depende de...

• Número de canais proteicos pelos quais a substância pode passar ▫ a velocidade da difusão é diretamente proporcional

ao número de canais por unidades de área

• Diâmetro da molécula▫ à medida que o diâmetro molecular se aproxima do

diâmetro do canal, a resistência aumenta de forma muito acentuada uma membrana pode ser centenas a milhões de vezes mais

permeável às pequenas moléculas que às grandes moléculas.

Difusão facilitada

• Transporte de várias moléculas importantes para as células

▫ glicose

▫ íons

▫ diversos hormônios

Difusão facilitada da glicoseInsulina Glicose

Primário

Secundário

Ocorre gasto energético...

• TiposTipos▫ Primário (UNIPORTE)

Bomba de sódio e potássio Transporte ativo de íons.

▫ Secundário co-transporte (SIMPORTE) Contratransportes (ANTIPORTE)

• Ocorre contra o gradiente de concentração ▫ do meio hipotônico para o meio hipertônico

• Sempre realizado por proteínas transportadoras presentes na membrana plasmática (bombas)

• Envolve gasto de energia celular ▫ utiliza a energia da hidrólise do ATP

Transporte ativo

Resumindo...

EndocitoseExocitose

Transportes mediados por vesículas - Endocitose• Fagocitose

▫ englobamento de partículas sólidas por meio de emissão de pseudópodes vesículas >250 nm diâmetro ocorre em certos protozoários (ex.:

amebas) e células da defesa responsáveis pela fagocitose de partículas estranhas

Transportes mediados por vesículas - Endocitose

• Pinocitose▫ englobamento de fluidos e macromoléculas por meio de

invaginação da membrana vesículas <150 nm diâmetro ocorre em praticamente todos os tipos celulares

Transportes mediados por vesículas - Endocitose

• Endocitose mediada por receptores de membrana▫ ocorre a partir da ligação de moléculas denominadas ligantes

com receptores proteicos da membrana celular.

Resumindo...

Transportes mediados por vesículas - Exocitose• Processo pelo qual a célula

▫ secreta para o meio extracelular ou para cavidades ou superfícies corporais substâncias importantes para o corpo

Hormônios; Neurotransmissores; muco células caliciformes dos epitélios de revestimento do

intestino e da traqueia; glândulas exócrinas;

▫ suor, saliva▫ secreção da porção exócrina do pâncreas (enzimas digestivas)

▫ elimina os resíduos da endocitose.

Exocitose

Exocitose

Bons estudos...Bons estudos...