Permeabilidade da bicamada fosfolipídica artificial (sem proteínas)
Devido à natureza hidrófoba da sua bicamada fosfolipídica, a membrana celular constitui uma barreira extremamente impermeável à maioria das moléculas orgânicas e impede a maioria dos componentes hidrosolúveis de escapar da célula.
Transporte transmembranar de pequenas moléculas e iões
Transporte em massa
Transporte Passivo (a favor do gradiente)
Difusão simples
Difusão facilitada
Transporte Activo (contra o gradiente)
Transporte activo primário ‐ Bombas
Transporte activo secundário ‐ Cotransporte
Endocitose
Exocitose
Fagocitose
Difusão Simples
(compostos apolares a
favor 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 do
gradiente)
Transporte de iões
mediado por
Ionóforos
(a favor do gradiente de
concentração)
Transporte transmembranar de pequenas moléculas e iões
Os diferentes tipos
de transporte transmembranar
Difusão simples
¾ É o mecanismo mais simples de transporte transmembranar. ¾ Neste transporte, as moléculas simplesmentedifundem‐se na bicamada fosfolipídica,atravessam‐na e finalmente dissolvem‐se no fluido intracelular. ¾ A direcção do transporte é determinada pelas concentrações relativas das moléculas
dentro e fora da célula: o fluxo é sempre do compartimento mais concentrado para o menos concentrado. ¾ Ocorre sem consumo de energia (passivo). ¾ São transportadas por difusão passiva as moléculas pequenas (O2, CO2, benzeno, H2O, etanol,...) ¾ É um transporte pouco específico. ¾ O coeficiente de difusão de uma molécula é proporcional ao seu gradiente de concentração através da membrana e a sua hidrofobicidade.
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Difusão facilitada
¾ A direcção do transporte é determinada pelas concentrações relativas das moléculas
dentro e fora da célula: o fluxo é sempre do compartimento mais concentrado para
o menos concentrado.
¾ Ocorre sem consumo de energia (passivo).
¾ São transportadas moléculas de maior dimensão (glúcidos, aminoácidos, nucleótidos).
¾ É mais rápido e mais selectivo do que a difusão simples.
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Difusão facilitada
proteínas transportadoras
¾ As proteínas transportadoras adoptam alternativamente 2 conformações de modo que o sítio de ligação do soluto esteja sucessivamente acessível nos 2 lados da membrana. ¾ 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 condicionada pelo gradiente de concentração da glucoseOs diferentes tipos de transporte transmembranar
Difusão facilitada
Canais iónicos
¾ Sistema de transporte passivo.
¾ Ocorre a favor do gradiente de concentração.
¾ Transporte muito rápido.
¾ São altamente selectivos.
¾ 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 tamanho e pela carga eléctrica ‐ Passagem livre de água sem afectar o gradiente electroquímico através da membrana celularOs diferentes tipos de transporte transmembranar
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
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.
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Difusão facilitada
Canais iónicos
Canal voltage‐gated Canal ligand‐gated (sinais extracelulares) Canal ligand‐gated (sinais intracelulares) Canal de estimulação mecânicaEstado 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
Selectividade dos canais iónicos
• grupos C=O (filtro de selectividade)
• entra K+ desidratado
Selectividade dos canais iónicos
Gradientes iónicos e potencial eléctrico da membrana
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 muscular acetilcolina receptor activação canal Na+ activado por ligando influxo Na+ despolarização membrana abertura canal Ca2+ activado por voltagem aumento do do Ca2+ intracelular contracção muscularOs diferentes tipos de transporte transmembranar
Transporte activo primário ‐ Bombas
¾ é um transporte contra o gradiente electroquímico
¾ é um transporte que necessita de energia sob a forma de ATP
¾ dá origem a gradientes iónicos nas células
molécula
transportada
proteína
portadora
Canal proteico Difusão através dum canalDifusão
simples
Difusão através dum transportadorTransporte passivo
(difusão facilitada)
Transporte
activo
Gradiente de
concentração
FORA
DENTRO
Bicamada
lipídica
Transporte activo primário ‐ Bombas
Bomba Na+‐K+(ou ATPase Na+‐K+):é uma ATPase que permite manter o gradiente iónico de sódio e de
potássio. A manutenção deste gradiente necessita da hidrólise do ATP, uma vez que a bomba transporta os iões Na+e K+ contra o seu gradiente de concentração.
Gradiente electroquímico do potássio Gradiente electroquímico do sódio Sítio de ligação de Na+ Face citoplasmática Face extracelular Sítio de ligação 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.
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Transporte activo primário ‐ Bombas
A bomba Na ‐K permite transferir
3 iões Na+ para fora da célula
contra 2 iões K +para dentro.
fluido extracelular. Para evitar o fluxo de água, as bombas iónicas 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
Transporte activo primário ‐ Bombas
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 muito
hipotónica Concentração
iónica no espaço extracelular Glóbulo vermelho
Plasmólise normal Turgescência lise
A membrana citoplasmática é permeável à água. A água entra e sai das células conforme o seu gradiente de concentração. Este movimento da água através da membrana celular é chamado de OSMOSE. O volume das células é determinado pela diferença de concentração iónica entre os espaços intra e extracelular. A água difunde‐se (osmose) do meio menos
Transporte activo primário ‐ Bombas
Outras bombas iónicas:
Bomba Ca
2+: é uma ATPase que mantém o gradiente do cálcio.
[Ca
2+]int = 0.1 μM
[Ca
2+]ext = 1mM
Transporte activo primário
Transportadores ABC (ATP‐binding cassettes)
¾Existem vários membros de transportadores ABC em procariotas e eucariotas.
¾Possuem domínios de ligação ao ATP altamente conservados.
¾A função principal dos transportadores ABC é eliminar os produtos tóxicos que
entram na célula.
Trata‐se dum transporte activo mediado pela hidrólise de ATP.
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
¾ Utilizando como energia o gradiente transmembranar de uma segunda
molécula.
Transporte secundário
¾ No sistema uniporte, as proteínas transportadoras transportam uma só molécula. Exemplo: difusão facilitada de glucose ¾ No sistema simporte, as proteínas transportadoras transportam 2 moléculas na mesma direcção. Exemplo: transporte de glucose acoplado com o transporte de Na+ ¾ 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 gradiente
de concentração, utilizando a energia do transporte acoplado de Na+. Lúmen do intestino microvilosidades Junção de oclusão Epitélio intestinal Líquido extracelular Proteína de transporte interveniente na difusão facilitada da glucose Simporte da glucose via Na+ Menos concentrado Menos concentrado Mais concentrado em glucose
Transporte transmembranar de pequenas moléculas e iões
Transporte em massa
Transporte Passivo (a favor do gradiente)
Difusão simples
Difusão facilitada
Transporte Activo (contra o gradiente)
Transporte activo primário ‐ Bombas
Transporte activo secundário ‐ Cotransporte
Endocitose
Exocitose
Fagocitose
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
vesículas
membranares, 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 lípidos
após a digestão.
Pinocitose
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).
Endocitose mediada por receptores
Aspecto das vesículas franjadas
observadas em SEM (técnica de
criomoldagem).
A clatrina forma uma rede de
malha hexagonal e pentagonal.
Endocitose mediada por receptores
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 de
colesterol
apoproteína
B100
Estrutura do LDL
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.
Receptor
proteico
de LDL
Membrana
citoplasmática
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 à
depressão franjada.
Caminhos da endocitose mediada por receptores
Enzimas hidrolíticas lisossoma Colesterol libertado endossoma Fusão com o endossoma Vesícula franjada Vesícula não franjada Formação de vesículas de transporte Receptores re‐integrando a membrana 1 2 3 4 1) Após a interiorização do complexo receptor‐LDL, a clatrina dissocia‐se da vesícula que se funde com o endossoma; 2) O pH ácido do endossoma permite 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 é transportado para os lisossoma, a partir do qual o colesterol é libertado na célula.Caminhos da endocitose mediada por receptores
As moléculas contidas no endossoma seguem 3 vias: 1) Reciclagem para re‐integrar a membrana citoplasmática 2) Degradação no lisossoma 3) Transcitose para integrar um outro domínio 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 o
correcto endereço das macromoléculas.
•Vesículas de
clatrina,
participam no:
i) processo de entrada de macromoléculas provenientes do meio
extracelular por
endocitose.
ii) transporte de moléculas da rede
trans de Golgi para os lisossomas.
•Vesículas não cobertas por clatrina
i)
Vesículas COPI:
transporte de moléculas
de Golgi para o RE.
Permite a ingestão de grande partículas
(micro‐organismos e resíduos celulares) em
vesículas com dimensão superior a
250 nm
de diâmetro
.
O material absorvido nos
fagossomas
é
transferido para os lisossomas que passam
a ser chamados de
fagolisossomas
.
O processo de fagocitose é utilizado
principalmente pelas células de defesa do
organismo (
macrófagos e neutrófilos
) para
eliminar os microorganismos e células mortas.
Membrana citoplasmática Glóbulo branco Micrografia (TEM) dum neutrófilo fagocitando uma bactéria em divisãoMicrografia 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)
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,
