TRANSPORTE ATRAVÉS DAS MEMBRANAS

CELULARES

Prof. M.Sc. Hugo D. Hoffmann Santos

MEDICINA

MÓDULO 1 – FUNÇÕES ORGÂNICAS

ESTRUTURA

PARTE I – Distribuição dos Líquidos

Corporais

PARTE II – Transporte Ativo

PARTE I

DISTRIBUIÇÃO DOS LÍQUIDOS CORPORAIS

1. Difusão2. Osmose3. Filtração Capilar4. Distúrbios Volumétricos e Osmóticos

BARREIRAS ENTRE OS COMPARTIMENTOS

• Água Corporal → 60% do peso total• 2/3 água → Líquido Intracelular (LIC)• 1/3 água → Líquido Extracelular (LEC)• LEC → plasma, líquido cérebro-espinhal e o líquido

intersticial• Barreiras Seletivas → Permitem a existência de

compartimentos líquidos com ≠ composições (eletrólitos) resultando em espaços anatômicos e funcionais.

Se alguma alteração do volume plasmático provocar alteração na pressão capilar plasmática ou na concentração proteica do plasma o volume do líquido intersticial irá variar. Se essa

mudança provocar alteração da osmolaridade do LEC ocorrerá equilibração osmótica com o volume de água do LIC

DIFUSÃO• Movimento (soluto ou solvente) → Exige energia• Membrana Celular → Oferece resistência ao

movimento• Fonte de Energia → Gradiente de concentração• Gradiente de Concentração → Elétrico ou

Osmótico• Aumentam a Difusão:

• Maior superfície da área de troca

• Maior gradiente de concentração

• Menor distância de movimento

DIFUSÃOTodas as moléculas e íons no corpo, inclusive as moléculas de água e as substâncias dissolvidas

nos líquidos corporais, estão em constante movimento, cada partícula movendo-se por seu

percurso distinto.

A B A Bestacionári

arepelida

(ganha energia cinética)

DIFUSÃOEsse movimento contínuo de moléculas

colidindo milhares de vezes por segundo umas contra as outras nos líquidos ou nos gases é

chamado difusão.Pode ser dividida em dois tipos:

DIFUSÃO SIMPLES

DIFUSÃO FACILITADA

DIFUSÃO

Movimento molecular aleatório de substâncias cuja energia causadora é a da movimentação cinética normal da

matéria.

DIFUSÃO SIMPLES

DIFUSÃO SIMPLES

• Pode ocorrer através da membrana celular por duas vias:• Pelos interstícios da

bicamada lipídica no caso de substância que se difunde ser lipossolúvel.

• Pelos canais aquosos que penetram por toda a espessura da membrana.

SOLUBILIDADE DO COMPOSTO

LIPOFÍLICO HIDROFÍLICO

DIFUSÃO SIMPLES

BICAMADA FOSFOLIPÍDICA (MEMBRANA)

DIFUSÃO FACILITADA

PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS

DIFUSÃO DE SUBSTÂNCIAS LIPOSSOLÚVEIS

• A lipossolubilidade é determinante para uma rápida difusão pela bicamada lipídica.

• O2, N2, CO2 e álcool tem alta lipossolubilidade (lipofílicas) e se difundem através da membrana celular do mesmo modo que ocorre a difusão de solutos hidrossolúveis em soluções aquosas.

• A velocidade de difusão para cada substâncias é diretamente proporcional à sua lipossolubilidade (O2 é levado para o interior como se não existisse membrana).

DIFUSÃO FACILITADARequer a interação com uma proteína

transportadora que ajuda a passagem das moléculas ou dos íons, através da membrana,

por meio de ligação química com eles.

DIFUSÃO FACILITADA

Na difusão simples a velocidade da difusão

através de um canal aberto aumenta em proporção

direta à concentração da substância difusora.

Na difusão facilitada a velocidade da difusão tende a um máximo á medida que

a concentração da substância difusora

aumenta.

PROTEÍNAS DA MEMBRANAContém espaços aquosos por toda a extensão da molécula, permitindo o livre movimento da água, bem como de íons ou de moléculas selecionadas.

CANAIS

Se ligam às moléculas ou aos íons a serem transportados. Alterações estruturais nas moléculas da proteína movem a substância através dos interstícios da proteína até o outro lado da membrana.

TRANSPORTE

AQUAPORINASSão uma classe proteínas

integrais de membrana que formam poros na

membrana. Defeitos genéticos envolvendo

genes que as codificam têm sido associados a

várias doenças humanas. O Prémio Nobel da Química

do ano de 2003, foi atribuído a Peter Agre por

sua descoberta.

OSMOSEMovimento da água entre os compartimentos dos

líquidos corporais que ocorre em resposta a gradientes osmóticos e em resposta a gradientes

de pressão hidrostática.

Esse movimento exige:• Barreira semipermeável que permita o movimento de

água, mas não o do soluto.

• Diferença na concentração do soluto através da barreira.

LEC LIC

DEPLEÇÃO VOLUMÉTRICA

SEM ALTERAÇÃO VOLUMÉTRICA

EXPANSÃO VOLUMÉTRICA

Movimento Água = MAIOR OSMOLARIDADE → menor osmolaridade

DEPLEÇÃO VOLUMÉTRICA (eliminação renal ou gastrinstestinal)

PACIENTE ISOTÔNICO

PACIENTE HIPERTÔNICO

PACIENTE HIPOTÔNICO

A diarreia é um tipo de perda de líquido isotônico pelo TGI restrito

ao LEC

O suor é perda de líquido hipotônico

e eleva a osmolaridade

plasmática

A secreção excessiva de ADH (SIADH) resulta na excreção renal de urina hipertônica

Atividade Física

Transpiração (suor)

Glândulas Sudoríparas (Termorregulaç

ão)

Diminui Atividade

Adrenérgica (SNS)

Aumenta o Fluxo

Sanguíneo

Promove Vasodilataç

ão

Resulta na Perda de Volume

Líquido Hipotônico

(pouco soluto + muita água)

Aumenta a concentraçã

o dos solutos no

LEC

Eleva a osmolaridad

e plasmática

Movimento de água LIC → LEC

Paciente Hipertônico

EXPANSÃO VOLUMÉTRICA (ingestão dietética e infusão intravenosa)

PACIENTE HIPOTÔNICO

Infusão intravenosa de solução

fisiológica 0,9% não altera osmolaridade

plasmática

Infusão de salina hipertônica 7,5% aumenta o osmol

do plasma

Infusão intravenosa de solução dextrose

5% reduz a osmolaridade do LEC

ao reduzir sua concentração

PACIENTE ISOTÔNICO

PACIENTE HIPERTÔNICO

O equilíbrio hídrico corporal exige a regulação da ingestão (sede) e da excreção renal, a fim de

compensar a perda não regulada de água, pela respiração e pela sudorse

FILTRAÇÃO CAPILAR

• A pressão osmótica também contribui para o movimento transcapilar de líquido no sistema cardiovascular.

• A pressão osmótica na barreira capilar é determinada pela concentração das grandes proteínas do plasma é denominada pressão coloidosmótica ou oncótica.

Pressão Hidrostática

CapilarCAPILAR

INTERSTÍCIO

Pressão Coloidosmóti

ca Capilar

Pressão Hidrostática Intersticial

Pressão Coloidosmóti

ca Intersticial

O balanço das forças coloidosmótica e hidrostáticas determina a troca nos capilares entre o plasma e o

líquido intersticial

HemorragiaPerda

Isotônica de Líquido

Perda de Volume

Plasmático

Redução da Pressão Capilar

Reabsorção de Líquido

IntersticialRedução do Hematócrito

Redução na concentração de albumina

Redução da Pressão

Oncótica do Plasma

Aumento do Líquido

Intersticial

CHECK POINT Parte I

O que ocorrerá com o LIC de uma pessoa que ingeriu um

Gatorade após realizar atividade física em uma

academia?

CHECK POINT Parte I

O que ocorrerá com o LIC de uma pessoa que ingeriu um

Gatorade após realizar atividade física em uma

academia?Estará hipertônica (perda de líquido hipotônico). No LEC, o isotônico reduz a

osmolaridade e aumenta o volume. Assim, a osmolaridade do LIC será maior, atraindo

água por osmose até que volume e osmolaridade de ambos ambientes se

equilibrem.

PARTE II

TRANSPORTE ATIVO

1. Primário2. Secundário

OS ÍONS

• Os íons mais importantes na célula são: potássio, magnésio, fosfato, sulfato, bicarbonato.

• Em menores quantidades: sódio, cloreto e cálcio.

• Componentes inorgânicos para as reações celulares.

• Necessários para a transmissão de impulsos eletroquímicos nos nervos e fibras musculares.

COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS

LÍQUIDOS EXTRA E

INTRACELULAR

Essas diferenças são produzidas

pelos mecanismos de transporte das

membranas celulares

TRANSPORTE ATIVO• Útil quando é necessário grande concentração

de uma substância no líquido intracelular, embora o líquido extracelular só a tenha em baixa concentração (K+).

• Importante também para manter baixas concentrações de outros íons dentro das células, mesmo que sua concentração no líquido extracelular seja alta (Na+).

• Nenhum desses dois efeitos pode ocorrer por difusão simples que, com o passar do tempo, tende a equilibrar a concentração nos dois lados da membrana.

TRANSPORTE ATIVO• Alguma fonte de energia deve causar maior

deslocamento dos íons potássio para o interior da célula e deslocamento mais intenso de íons sódio para fora das células.

• Um transporte ativo ocorre quando a membrana celular transporta as moléculas ou os íons contra um gradiente de concentração.

• É o que ocorre também com vários açúcares e a maioria dos aminoácidos.

TRANSPORTE ATIVO

PRIMÁRIO SECUNDÁRIO

A energia é derivada diretamente da

degradação de ATP ou qualquer outro

composto de fosfato com alta energia.

A energia é derivada secundariamente da

energia armazenada na forma de diferentes

concentrações iônicas de substâncias moleculares.

TRANSPORTE ATIVO• Nos dois casos o transporte depende de

proteínas transportadoras que penetram por toda a membrana celular, como ocorre na difusão facilitada.

• Mas difere desse tipo de transporte pois no transporte ativo as proteínas transportadoras são capazes de transferir energia para a substância transportada para movê-la contra o gradiente eletroquímico.

BOMBA DE SÓDIO-POTÁSSIO• Base para a função nervosa, transmitindo sinais

por todo sistema nervoso.• O mecanismo de transporte ativo mais

estudado em seus detalhes é a bomba Na+/K+: bombeia íons sódio para fora ao mesmo tempo que bombeia íons potássio para dentro.

• Bomba responsável pela manutenção das diferenças de concentração e estabelecimento de voltagem elétrica negativa dentro das células.

BOMBA DE SÓDIO-POTÁSSIO• Possui três receptores para ligação de íons sódio

na porção interna da proteína transportadora.• Possui dois receptores para ligação de íons

potássio na porção externa da proteína transportadora.

• A porção interna da proteína transportadora tem atividade ATPase (enzimas que catalisam a decomposição do ATP).

BOMBA DE SÓDIO-POTÁSSIO• Outra importante função é controlar o volume

celular, sem o qual a maioria delas incharia até estourar.

• Dentro da célula, proteínas e moléculas orgânicas fixas tem carga negativa atraindo grande número de potássio, sódio e outros íons positivos, provocando osmose de água para o interior da célula.

• Essa bomba impede que isso ocorra com seu saldo positivo (sai 3 Na+ entra 2 K+) de envio de íons positivos para o exterior “puxando” água junto com o soluto para fora.

BOMBA DE SÓDIO-POTÁSSIO• O saldo de transferência dessa bomba significa

que uma carga positiva é transportada do interior da célula para o exterior.

• Resultando em positividade do lado externo da célula, mas cria um déficit interno de íons positivos (função eletrogênica).

• Produz potencial de ação através da membrana celular, mecanismo essencial para a transmissão dos sinais musculares nas fibras desse tecido.

BOMBA DE CÁLCIO• Sob condições normais os íons Ca++ estão em

quantidade extremamente baixa (10.000 vezes menor) no ambiente intracelular de todas as células do corpo.

• Em grande parte isso é um efeito do transporte ativo primário por duas bombas de cálcio. • Uma na membrana transportando Ca++ para o

exterior.• A outra bombeia cálcio para dentro de organelas

(retículo sarcoplasmático das células musculares e as mitocôndrias).

Fármaco nefrotóxico utilizado no tratamento de

insuficiência cardíaca, aumenta a força de

contração cardíaca por meio da reversão da bomba Na+-

K+ que aumenta a quantidade de sódio no

cardiomiócito. Diminuindo a eficiência do trocador de sódio-cálcio, aumenta a concentração

celular de cálcio armazenado no retículo sarcoplasmático,

que aumenta a força da contração cardíaca e diminui

a frequência cardíaca.

COTRANSPORTE (SIMPORTE)• O excesso de Na+ no LEC tenta se difundir para

o LIC e essa energia cinética pode empurrar outras substâncias junto com o sódio através da membrana celular (cotransporte).

• Uma outra proteína transportadora é necessária e, no caso do sódio, precisa ter um local de ligação para este íon e outro local de ligação para a substância a ser cotransportada.

• A fonte de energia é o gradiente de energia do sódio e não da substância, por isso transporte ativo secundário.

COTRANSPORTE SÓDIO-GLICOSE

COTRANSPORTE SÓDIO-GLICOSE

• A glicose e muitos aminoácidos são transportados para dentro das células contra grandes gradientes de concentração.

• Essas bombas são especialmente importantes no transporte de glicose através do epitélio de células renais e intestinais.

• Nos túbulos renais promove a importante absorção de glicose pelo sangue.

CONTRATRANSPORTE (ANTIPORTE)

• Neste tipo o sódio de liga na proteína transportadora no lado externo da célula enquanto que a substância a ser transportada se liga no sítio localizado na parte interna da célula.

• Uma vez que ambos já se ligaram, ocorre alteração conformacional e a energia liberada pelo sódio, em sua difusão para dentro da célula, faz com que a outra substância seja transportada para o exterior.

CONTRATRANSPORTE SÓDIO-CÁLCIO

• Ocorre através de todas ou quase todas as membranas celulares, permitindo a movimentação de íons sódio para o interior e cálcio para o exterior da célula, ambos ligados à mesma proteína transportadora.

• Esse mecanismo é complementar ao transporte ativo primário de cálcio.

CHECK POINT Parte II

Cite duas as implicações fisiológicas da produção de

voltagem elétrica negativa no interior das células pela bomba

Na+/K+ ATPase?

CHECK POINT Parte II

Cite duas as implicações fisiológicas da produção de

voltagem elétrica negativa no interior das células pela bomba

Na+/K+ ATPase? Controle do volume celular, produz potencial de ação na membrana e possibilita diferentes gradientes de

concentração