FUNDAÇÃO PRESIDENTE ANTÔNIO CARLOS - FUPAC
FACULDADE PRESIDENTE ANTÔNIO CARLOS DE UBERLÂNDIA
BIOFÍSICA DE MEMBRANAS
Profª Carla Mamede
Célula
“Todas as criaturas vivas são constituídas de células – pequenas unidades envolvidas
por membranas e preenchidas por uma solução aquosa de agentes químicos, dotadas
com uma extraordinária capacidade de reprodução.” (Bruce Alberts, 1999)
Célula procariótica
Célula eucariótica
Célula procariótica
Célula eucariótica
Membranas celulares
Todas as membranas celulares são compostas por lipídios e proteínas e têm a função
primordial de servir como barreira entre o meio intra e extracelular.
 Importação e
exportação de
substâncias específicas;
 Eliminar produtos
residuais para o
exterior da célula;
 Capacidade sensorial
de responder a
mudanças no meio
celular;
 Propriedades
estruturais, mecânicas
e plásticas.
Membranas celulares : Bicamada lipídica
A bicamada lipídica fornece a estrutura básica da membrana e serve como barreira de
permeabilidade.
 Os lipídios mais abundantes na membrana são os fosfolipídios , nos quais o grupo
da cabeça hidrofílica é ligado às caudas hidrofóbicas de hidrocarbonetos por
intermédio de um grupo fosfato.
Membranas celulares : Proteínas de membrana
A maior parte das
funções da
membrana são
desempenhadas
pelas proteínas de
membrana.
Membranas celulares : Glicocálice
Nas células eucarióticas, muitos lipídios e proteínas apresentam açucares ligados a
eles na face externa da membrana plasmática.
 Protege a superfície celular de
agressões mecânicas e
química, ex. na mucosa
intestinal;
 Atrai cátions e facilita o
transporte desses íons, ex. Na+
em células nervosas e
musculares;
 Reconhecimento e adesão
celular;
 Determina a especificidade
dos grupos sanguíneos do
sistema ABO:
A- acetilgalactosamina;
B- galactose.
Exercícios: Estrutura de membrana
1.
“A compartimentalização é o estabelecimento de duas regiões no espaço, separada
fisicamente por uma barreira, e funcionalmente por um trânsito seletivo (Heneine,
2008).” Nos seres vivos que estrutura é responsável por essa compartimentalização?
Qual a importância dessa estrutura para os seres vivos?
2.
Cinco estudantes em uma sala de aula sempre sentam-se juntos na primeira fila de
carteiras. Isso pode ocorrer porque (A) eles realmente se gostam, ou (B) nenhum outro
aluno quer se sentar junto a eles. Qual das duas explicações também se aplica à
formação da bicamada lipídica? Explique. Suponha que a outra explicação também se
aplique às moléculas lipídicas, quão diferentes seriam as suas propriedades?
3.
4.
Por que a membrana das hemácias precisa de proteínas?
Descreva e exemplifique a importância do glicocálice nas células animais?
Membranas celulares: Permeabilidade
As células vivem e crescem em função das trocas de moléculas com o seu ambiente, e a membrana
plasmática age como uma barreira que controla o trânsito de moléculas para dentro e para fora da célula.
Membranas celulares: Permeabilidade
Membranas celulares:
Transporte passivo
Membranas celulares:
Transporte passivo
Pressão osmótica: pressão com a
qual a água é forçada a atravessar
a membrana. É determinada pelo
número de partículas
por unidade de volume, ou seja
concentração molar da solução.
Membranas celulares:
Transporte passivo
Membranas celulares:
Transporte passivo
 Mecanismos físicos para abertura
e fechamento de proteínas-canal
Membranas celulares: Proteínas carreadoras
No exato instante em que três moléculas de sódio se ligarem aos
seus sítios dessa proteína carreadora na face interna da célula e
duas moléculas de potássio ocuparem seus sítios na face interna
da proteína, então a enzima ATPase cliva energia e produz
alteração conformacional nesta proteína. O resultado será o
deslocamento de 2 moléculas de potássio para o LIC e 3
moléculas de sódio para o LEC.
Com essa atividade alguns objetivos funcionais são garantidos,
sendo eles:
1º evitar o edema celular: ao deslocar o sódio do LIC para o LEC
há menor atração de água para o meio intracelular, evitando o
encharcamento (edema) desse meio.
2º garantir a eletroneutralidade: com a entrada de apenas duas
moléculas de potássio em relação à saída de três moléculas de
sódio, há menor estoque de cargas positivas no LIC, garantindo a
negatividade deste meio em relação ao LEC.
3º garantir a diferença iônica/molecular: com o
redirecionamento do sódio para o LEC e do potássio para o LIC,
há manutenção da diferença molecular entre os meios.
Membranas celulares:
Transporte ativo
Membranas celulares: Transporte ativo
Membranas celulares: Permeabilidade
Membranas celulares: Importação e Exportação de partículas
 Colesterol
 Vitaminas
 Ferro
Exercícios: Transporte na membrana
Os canais de cátions controlados por acetilcolina não discriminam entre os íons Na+, K+ e Ca2+, permitindo a passagem
1.
de todos através deles livremente. Neste caso, por que, quando a acetilcolina se liga a esse complexo proteico em
células musculares, o canal se abre e há um influxo fundamentalmente de íons Na+? (Alberts, et al.; 2006)
2. As bicamadas fosfolipídicas formam vesículas esféricas na água. Suponha que você tenha construído vesículas lipídicas
que contenham bombas sódio/potássio como as únicas proteínas de membrana e que cada bomba transporta um sódio
em uma direção e potássio na direção oposta em cada ciclo de bombeamento. Todas as bombas têm a porção da molécula
que normalmente se volta para o citosol orientada para o exterior das vesículas. Determine o que aconteceria se:
a)
Suas vesículas fossem suspensas em uma solução contendo tanto íons sódio como íons potássio e tivessem uma
solução da mesma composição no seu interior.
b)
c)
Você adiciona ATP à suspensão descrita em (a).
Você adiciona ATP, porém a solução – tanto no exterior como no interior das vesículas – contém apenas íons sódio.
d)
Você adiciona ATP, porém em adição a bombas sódio/potássio, a membrana de suas vesículas também contém
canais de escoamento de potássio.
e)
Metade das moléculas-bomba embebidas na membrana de cada vesícula foi orientada ao contrário, de forma que a
porção normalmente citosólica dessas moléculas se volta para o interior das vesículas. Você agora adiciona ATP à
suspensão.
(Alberts, et al.; 2006)
3. (CESGRANRIO-RJ) No desenho abaixo, observamos três tubos de ensaio contendo
soluções de diferentes concentrações de NaCl e as modificações sofridas pelas hemácias
presentes em seu interior. Em relação a este desenho, assinale a alternativa correta:
a) Em 1 a solução é isotônica em relação à
hemácia; em 2 a solução é hipertônica em relação
à hemácia e em 3 a solução é hipotônica à hemácia.
b) As hemácias em 1 sofreram alteração de volume,
porém em 2 ocorreu plasmólise e em 3 turgência.
c) Considerando a concentração isotônica de
NaCl = 0,9 %, a solução 2 certamente possui uma
concentração de NaCl inferior a 0,9 % e a solução 3,
uma concentração de NaCl superior a 0,9 %.
d) As hemácias do tubo 2 sofreram perda de água para a solução, enquanto as do tubo 3
aumentaram seu volume, depositando-se no fundo.
e) A plasmólise sofrida pelas hemácias do tubo 2 ocorreu em razão da perda de NaCl para
o meio.
4. A fibrose cística é uma doença autossômica
recessiva decorrente de mutações ao nível do
cromossomo 7, que interfere na formação
dos canais de cloreto. Isso compromete o
funcionamento das glândulas exócrinas que
produzem substâncias (muco, suor ou
enzimas pancreáticas) mais espessas e de
difícil eliminação. Observando o esquema,
explique a relação dos canais de cloreto com
a fibrose cística.
Membranas celulares: Bioeletricidade
 Todas as células possuem uma diferença no
potencial elétrico, ou potencial de membrana,
através de suas membranas plasmáticas.
 A eletricidade (potencial elétrico) em soluções
aquosas é conduzida por íons, os quais são ou
positivamente
(cátions)
ou
negativamente
(ânions) carregados
 Um fluxo de íons através de uma membrana
celular é detectável como uma corrente elétrica,
e uma acumulação de íons, se não for
exatamente balanceada por íons carregados
antagonicamente, é detectável como uma
acumulação de carga é elétrica ou um potencial
elétrico.
Membranas celulares: Bioeletricidade
O potencial de membrana é gerado e mantido a partir dos movimentos de íons para dentro e para fora de uma
célula em um estado latente (não-estimulado).
As cargas negativas das moléculas orgânicas confinadas dentro da célula são balanceadas por K+. A alta
concentração intracelular de K+ é em parte gerada pela bomba de Na+/K+, que promove uma maior concentração
de K+ dentro da célula. Entretanto, a membrana contém canais de escoamento de K+, que oscilam aleatoriamente
entre os estados abertos e fechados.
Qualquer transferência de carga positiva (K+) ao exterior deixa para trás cargas negativas desbalanceadas dentro
da célula, criando, dessa forma, um potencial de membrana que se opõem a qualquer movimento de K+ para fora
da célula.
O potencial de membrana é forte o suficiente para contrabalancear a tendência do K+ de mover-se a favor do seu
gradiente de concentração, ou seja, o gradiente eletroquímico de K+ é zero.
Bioeletricidade das células nervosas
Eletricidade é um processo natural em nosso
organismo e está envolvida na função específica
de certas células especiais no cérebro e nos
músculos estriados e lisos. Cada padrão de luz,
som, calor, dor, cada piscar de olhos, estalar de
dedos, cada pensamento, se traduz em uma
sequência de pulsos elétricos.
O impulso nervoso é conhecido por potencial de
ação. O potencial de ação é um fenômeno de
natureza eletro-química e ocorre devido a
modificações na permeabilidade da membrana
do
neurônio.
Essas
modificações
de
permeabilidade permitem a passagem de íons de
um lado para o outro da membrana. Como os
íons são partículas carregadas eletricamente,
ocorrem também modificações no potencial
elétrico gerado por essas cargas.
Para você imaginar como acontece o impulso nervoso,
observe as figuras . A percepção da dor aguda quando um
objeto pontiagudo entra em seu pé é causada pela geração
de certos potenciais de ação em certas fibras nervosas na
pele. Acredita-se que a membrana destas fibras possui
canais de sódio que se abrem quando o terminal nervoso da
célula é esticado. A cadeia inicial de eventos é assim:
1. Objeto pontiagudo entra na pele;
2. A membrana das fibras nervosas na pele é esticada;
3. Os canais permeáveis ao sódio (Na+) se abrem.
Bioeletricidade das células nervosas
Os canais de Na+ se abrem mais rapidamente do
que os canais de K+. quanto mais sódio passa pelo
canal, mais ele fica permeável. É uma avalancha de
despolarização, que leva a um ponto em que a
corrente despolarizante de Na+ é muito maior que
a corrente repolarizante de K+; a esse ponto dá-se o
nome de POTENCIAL LIMIAR.
A partir do momento em que ele é atingido, o
processo não pode mais ser revertido e ocorre uma
abrupta inversão da polarização da membrana, ou
seja, o POTENCIAL DE AÇÃO. Se o limiar não for
atingido, ou seja, a despolarização ou o influxo de
sódio não forem suficientemente fortes, não ocorre
o potencial de ação. A fase de despolarização (que
inverte o potencial de membrana) do potencial de
ação é abrupta e muito rápida: ocorre em menos de
um milissegundo.
Após ter ocorrido o potencial de ação, os canais de
Na+ passam para um estado inativo no qual não são
capazes de responder a um novo estímulo, ou seja,
ficam fechados a novos influxos de sódio. Enquanto
isso, os canais de K+, que ainda estão se abrindo,
permanecem ativos e permitem uma grande saída
de íons K+, provocando a REPOLARIZAÇÃO da
membrana. Ela chega a ser "exagerada" na sua fase
final, provocando inclusive uma pequena e
transitória HIPERPOLARIZAÇÃO.
Bioeletricidade das células nervosas
Bioeletricidade das células nervosas
Sinapse elétrica
Bioeletricidade das células musculares
O impulso nervoso chega ao terminal nervoso
e libera acelticolina

Acetilcolina estimula a abertura de canais de
Na+ na célula muscular

Membrana da célula muscular se despolariza

A despolarização leva a liberação de Ca++ do
retículo sarcoplasmático para o citoplasma

Ca++ forma complexo com as proteínas
contráteis

Os filamentos de actina /miosina se
contraem, levando à diminuição do tamanho
do sarcômero

Muitos sarcômeros contraindo-se juntos
levam à contração de todo o músculo