Transporte de
Membranas e
Bioeletricidade
Transporte passivo
sem gasto de energia
• DIFUSÃO SIMPLES : mecanismo de passagem natural de
moléculas através da membrana – diferença de concentração
( canais ou poros ). Ex. gases oxigênio do alvéolo/capilar
• DIFUSÃO FACILITADA : mediada por carreadores (proteínas) =
substância penetrante se combina com uma molécula
transportadora (permease) – ex. glicose e alguns aminoácidos/
antígenos-anticorpos
• OSMOSE: Difusão do solvente – a água ( solvente) vai aonde
está o soluto
- O solvente vai até o soluto
- Osmose nada mais é do que a difusão do solvente
Transporte ativo
Com gasto de energia
• Sistemas de Receptores/Operadores
• Ocorre por meio de mecanismos que permitem a
entrada ou saída de moléculas da célula, mesmo
contra um gradiente de concentração.
• Sitios receptores para insulina/permitem a entrada
de glicose na célula
• Bomba de sódio e potássio
• RECEPTOR/permite a ligação
• OPERADOR/mecanismo que desencadeia o
transporte unidirecional
• Transporte de macromoléculas ( endo e exocitose)
•
O transporte ativo pode ocorrer
contra gradientes de
concentração, contra um
gradiente de pressão ou contra
um gradiente elétrico!!
Endocitose
• Fagocitose:
• ( ex. Neutrófilo/bactéria)
• Pinocitose:
• (ex. Gordura/vaso linfáticos )
•Exocitose
( ex. Secreção
de hormônios )
Forças envolvidas no trabalho
de transporte das membranas
( Gasto de energia )
• Gradiente Osmótico – Força de difusão
• Gradiente Elétrico – Força elétrica
Antes , algumas informações:
• As células vivas apresentam diferença de potencial
elétrico ( cargas)entre os dois lados da membrana.
• O interior é sempre negativo e o exterior sempre
positivo!
• A diferença de potencial elétrico, através da
membrana plasmática de células em repouso, é
denominada potencial de repouso da membrana.
• Potencial de repouso = estado fixo, estacionário
• Potencial de ação = variação e propragação brusca
do potencial de repouso – importante na condução
de impulsos.
Energia
• Energia potencial – em repouso, armazenada
• Energia cinética – em movimento – trabalhando
• A conversão de um estado em outro é possível e ocorre
frequentemente nos fenômenos universais e nos sistemas
biológicos
Forças envolvidas no trabalho
de transporte
• Como exemplo a bomba de sódio e potássio:
• Para manter o potencial elétrico das células:
Deve haver pouco sódio e muito potássio em seu interior!!
• Potencial eletrico = capacidade que um corpo energizado
tem de realizar trabalho, ou seja atrair ou repelir outras
cargas eletricas
• Acontece que , normalmente existe alta concentração de
sódio e baixa concentração de potássio fora das células .
• Desta forma qual a tendência de difusão deve ocorrer???
• Portanto, para manter as concentrações ideais
dos dois íons, a bomba de sódio /potássio,
bombeia sódio para fora da célula e potássio
para dentro desta – transporte realizado contra
gradientes de concentração
• A bomba de sódio e potássio é uma proteína
da membrana celular.
• Para cada 3 íons na + que saem da célula,
entram 2 íons K +
• 98% do potássio de nosso corpo está dentro
das células.
• O interior da célula é pobre em outros íons
como sódio, cálcio e cloreto pois os canais
existentes na membrana para estas substâncias
estão fechados
• A manutenção de alta concentração de
potássio dentro da célula é importante para
síntese de proteína , respiração e batimentos
cardíacos.
• Gradiente osmótico – Força de difusão
• Ocorre quando forças de concentração estão
envolvidas
• O gradiente de concentração osmótico, empurra o íon Na+
para fora da célula com energia osmótica ( Eo ), pois fora
desta existe alta concentração deste íon, portanto a tendência
dele é entrar.
• No caso do potássio, ocorre o contrário, ele é jogado para
dentro da célula, pois precisa estar em alta concentração
dentro da mesma
• Gradiente elétrico – Força elétrica
• Ocorre quando forças de cargas elétricas diferentes estão
envolvidas – energia elétrica ( EE )
•
o Na+ é atraído para o lado negativo
• Quando não há movimentação de cargas através
da membrana celular, uma vez que a resultante
entre a força de difusão e a força elétrica é nula
• Dizemos que a célula está em repouso elétrico
Equação de Nernst
• Equação utilizada para calcular a diferença
de potencial elétrico nas células.
• ΔG = Go + RT InQ - Dá qual é a voltagem que
mantém um sistema eletroquímico em equilíbrio
(potencial de repouso).
• O entendimento do potencial de repouso
das células é fundamental para a
compreensão do funcionamento de todo o
nosso organismo, já que os processos
biológicos, principalmente aqueles
regidos pelo sistema nervoso, advém da
modificação desse potencial.
Exercícios
• 1- O que é potencial elétrico de uma célula?
• 2 – O que é potencial de repouso de uma célula? O que ele
tem haver com o potencial elétrico da mesma?
• 3 – O que é potencial de ação?
• 4 – A energia potencial e a cinética são imutáveis?
• 5- Defina gradientes osmótico e elétrico:
• 6 – Explique o funcionamento da bomba de sódio e potássio.
Este é um tipo de transporte – qual? Quais os gradientes estão
envolvidos?
DIFERENÇA DE POTENCIAL
ELÉTRICO
• A modificação da diferença de potencial elétrico
nas células, é fundamental para funções como:
• contração muscular
• distribuição de informações pelos neurônios
• transporte de substâncias nos túbulos renais e na
mucosa do trato digestivo.
• Resumindo: DDP é uma grandeza que mede
a diferença de concentração de elétrons
entre 2 pontos
Voltagem
Exemplo da pilha elétrica
• Polo POSITIVO – região com déficit de elétrons
• Polo NEGATIVO – região com excesso de elétrons
• PILHA - a circulação elétrica ocorre do polo negativo para o
polo positivo – ou seja de onde há maior concentração de
elétrons para onde há menor concentração de elétrons
• Quanto maior a diferença de concentração de elétrons entre
os polos positivo e negativo, maior a força com que estes
elétrons serão movidos de um polo ao outro através da
corrente elétrica
Por isto quanto maior a DDP, maior a velocidade de
trânsito desses elétrons entre os polos
• Sem a DDP:
• Os músculos esqueléticos não poderiam se
contrair
• O coração não poderia bombear sangue
• Os nervos não poderiam transmitir
impulsos
• DDP = é a voltagem – nada mais é do que a medida da
diferença de concentrção de elétrons entre dois polos de uma
pilha:
• EXEMPLO :
Podemos considerar que a membrana celular
se comporta como uma pilha, pelos seguintes
motivos:
• Existe uma diferença na concentração de elétrons entre as faces
interna e externa da membrana
• Uma das faces é o polo negativo e outra o polo positivo
• Entre os polos elétricos da célula há uma diferença de potencial
( DDP ) que varia de -50 até -90 mV
• Uma corrente elétrica entre as faces interna e externa da
membrana pode ocorrer, originando assim, uma força elétrica
entre os meios interno e externo da célula
• Quando ocorre uma corrente elétrica, a DDP entre as superfícies
interna e externa da membrana se altera, logo, ocorre uma
modificação no valor da força elétrica entre as faces da
membrana
Potencial de ação
Fenômenos elétricos e a
membrana celular
• A corrente elétrica no casos das células, flui por meio da
solução eletrolítica ou iônica ( composta por água e
íons), existente entre as superfícies interna e externa da
membrana – corrente elétrica flui por meio de íons
• Íons negativos = ânions - ex.: cl• Íons positivos = cátions - ex.: K+
• A variação brusca do potencial de repouso da
membrana plasmática ou seja mudança neste equilíbrio
da corrente elétrica é o potencial de ação!
Estímulos que podem deflagrar o
potencial de ação:
• Químicos – ação de substâncias como
neurotransmissores, hormônios, medicamentos
• Alteração de pH
• Elétricos – alteração de campo elétrico
• Mecânicos – tensão mecânica sobre a membrana
• Há células especiais, auto-excitáveis, que geram
ritmicamente o potencial de ação - exemplos células que
compõem tecidos com movimentos biológicos
repetitivos : batimentos cardíacos e frequência
repiratória
Potencial de Ação
• Ocorre através de um estímulo que excita a célula e
ocorre em 3 fases:
• 1 - DESPOLARIZAÇÃO = primeira fase do potencial de
ação, ocorre um aumento da permeabilidade da
membrana aos íons sódio.
Neste caso, devido a grande entrada de íons sódio para
dentro da célula, o meio intracelular se torna mais rico em
cargas positivas, gerando um potencial de membrana
inverso daquele encontrado no potencial de repouso
normal da célula ( negativo dentro e positivo for a) =
Potencial de membrana passa a ser positivo ( + 45 mV )
• 2 - REPOLARIZAÇÃO = ocorre logo em seguida a despolarização
• Durante um curto período, a permeabilidade na membrana
celular aos íons sódio retorna ao normal e, simultaneamente,
ocorre agora um significativo aumento na permeabilidade aos
íons potássio. Isso provoca um grande fluxo de íons potássio de
dentro para fora da célula.
• Enquanto isso ocorre, os íons sódio (cátions) que estavam em
grande quantidade no interior da célula, vão sendo
transportados ativamente para o exterior da mesma, pela
bomba de sódio-potássio.
• Tudo isso faz com que o potencial na membrana celular volte a
ser negativo (mais cargas negativas no interior da célula e mais
cargas positivas no exterior da mesma)
• O potencial de membrana neste período passa a ser algo em
torno de -95 mv. (ligeiramente mais negativo do que o potencial
membrana em estado de repouso da célula.)
• 3 - Repouso
• É a terceira e última fase: É o retorno às
condições normais de repouso encontradas na
membrana celular antes da mesma ser excitada
e despolarizada.
• Nesta fase a permeabilidade aos íons potássio
retorna ao normal e a célula rapidamente
retorna às suas condições normais. O potencial
de membrana celular retorna ao seu valor de
repouso (cerca de -90 mv.).
• As despolarizações e repolarizações podem
ocorrer de 2 a 3 mil vezes por segundo
Resumo do P.A
1 - Despolarização:
• Aumento da permeabilidade da membrana aos íons sódio
• Entrada de íons sódio – interior passa a ser POSITIVO
• Potencial de membrana passa a ser POSITIVO ( + 45 mV )
2 – Repolarização:
• Permeabilidade aos íons sódio volta ao normal/ aumento da
permeabilidade aos ions potássio
• Saída de íons potássio – interior passa a ser NEGATIVO
• Potencial de membrana passa a ser NEGATIVO ( - 95 mV )