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: Pinocitose: ( ex. Neutrófilo/bactéria) (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 )