3. Transporte transmembranar -...
Transcript of 3. Transporte transmembranar -...
Permeabilidade da bicamada fosfolipídica artificial (sem proteínas)
Devido à natureza hidrófoba da sua bicamada fosfolipídica, a membrana celular constitui umabarreira extremamente impermeável à maioria das moléculas orgânicas e impede a maioria doscomponentes hidrosolúveis de escapar da célula.
Membranas biológicas
Transporte transmembranar de pequenas moléculas e iões
Transporte em massa
Transporte Passivo (a favor do gradiente)Difusão simplesDifusão facilitada
Transporte Activo (contra o gradiente)Transporte activo primário ‐ BombasTransporte activo secundário ‐ Cotransporte
EndocitoseExocitoseFagocitose
Membranas biológicas
Difusão Simples(compostos apolares afavor 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 dogradiente)
Transporte de iõesmediado por Ionóforos(a favor do gradiente de
concentração)
Transporte transmembranar de pequenas moléculas e iões
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Difusão simples
É o mecanismo mais simples de transporte transmembranar.
Neste transporte, as moléculas simplesmente difundem‐se na bicamada fosfolipídica,atravessam‐na e finalmente dissolvem‐se no fluido intracelular.
A direcção do transporte é determinada pelas concentrações relativas das moléculasdentro e fora da célula: o fluxo é sempre do compartimento mais concentrado parao menos concentrado.
Ocorre sem consumo de energia (passivo).
São transportadas por difusão passiva as moléculas pequenas (O2, CO2, benzeno, H2O, etanol,...)
É um transporte pouco específico.
O coeficiente de difusão de uma molécula é proporcional ao seu gradiente de concentração através da membrana e a sua hidrofobicidade.
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Difusão facilitada
A direcção do transporte é determinada pelas concentrações relativas das moléculasdentro e fora da célula: o fluxo é sempre do compartimento mais concentrado parao menos concentrado.
Ocorre sem consumo de energia (passivo).
São transportadas moléculas de maior dimensão (glúcidos, aminoácidos, nucleótidos).
É mais rápido e mais selectivo do que a difusão simples.
Utiliza proteínas transportadoras (carregadoras) e canais proteicos.
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Difusão facilitada
proteínas transportadoras As proteínas transportadoras adoptam alternativamente 2 conformações de modo que o sítio de ligação do soluto esteja sucessivamente acessível nos 2 lados da membrana.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 condicionadapelo gradiente de concentração da glucose
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Difusão facilitada
Canais iónicos
Sistema de transporte passivo.
Ocorre a favor do gradiente de concentração.
Transporte muito rápido.
São altamente selectivos.
Formam poros na membrana permitindo que moléculas de tamanho e carga apropriada passem através da membrana.
Membranas biológicas
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 tamanhoe pela carga eléctrica
‐ Passagem livre de água sem afectar o gradiente electroquímico através da membrana celular
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Membranas biológicas
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.
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Difusão facilitadaCanais iónicos
Canalvoltage‐gated
Canalligand‐gated
(sinais extracelulares)
Canal ligand‐gated
(sinais intracelulares)
Canal de estimulaçãomecânica
Estado Fechado
Estado Aberto
Membranas biológicas
Gradientes iónicos e potencial eléctrico da membrana
Selectividade dos canais iónicos
Membranas biológicas
• poro estreito (filtro de tamanho)• Ø Na+ = 0.95 Å; Ø K+ = 1.33 Å
Selectividade dos canais iónicos
Membranas biológicas
• grupos C=O (filtro de selectividade)• entra K+ desidratado
Gradientes iónicos e potencial eléctrico da membrana
Selectividade dos canais iónicos
Membranas biológicas
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 muscularacetilcolinareceptor activação canal Na+ activado por ligando influxo Na+despolarização membrana abertura canal Ca2+ activado por voltagemaumento do do Ca2+ intracelular contracção muscular
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Transporte activo primário ‐ Bombas
é um transporte contra o gradiente electroquímicoé um transporte que necessita de energia sob a forma de ATPdá origem a gradientes iónicos nas células
moléculatransportada
proteínaportadora
Canalproteico
Difusão atravésdum canalDifusão
simples
Difusão atravésdum transportador
Transporte passivo(difusão facilitada)
Transporteactivo
Gradiente deconcentração
FORA
DENTRO
Bicamadalipídica
Membranas biológicas
Transporte activo primário ‐ Bombas
Bomba Na+‐K+ (ou ATPase Na+‐K+): é uma ATPase que permite manter o gradiente iónico de sódio e depotássio. A manutenção deste gradiente necessita da hidrólise do ATP, uma vez que a bomba transportaos iões Na+ e K+ contra o seu gradiente de concentração.
Gradienteelectroquímicodo potássio
Gradienteelectroquímicodo sódio
Sítio deligação de Na+
Facecitoplasmática
Faceextracelular
Sítio deligação 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
Membranas biológicas
Transporte activo primário ‐ Bombas
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
Membranas biológicas
Gradientes iónicos e potencial eléctrico da membrana
A composição iónica do citosol é muito diferente da dofluido extracelular. Para evitar o fluxo de água, as bombasiónicas 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
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
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 muitohipotónica
Concentraçãoiónica no espaçoextracelular
Glóbulo vermelho
Plasmólise normal Turgescência lise
A membrana citoplasmática é permeável à água. A água entra e sai das células conformeo seu gradiente de concentração. Este movimento da água através da membrana celularé chamado de OSMOSE. O volume das células é determinado pela diferença de concentraçãoiónica entre os espaços intra e extracelular. A água difunde‐se (osmose) do meio menosconcentrado em iões para o meio mais concentrado.
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Transporte activo primário ‐ Bombas
Outras bombas iónicas:
Bomba Ca2+ : é uma ATPase que mantém o gradiente do cálcio.
[Ca2+]int = 0.1 μM
[Ca2+]ext = 1mM
Bomba H+:mantém a acidez do fluido gástrico e dos lisossomas
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Transporte activo primário
Transportadores ABC (ATP‐binding cassettes)
Existem vários membros de transportadores ABC em procariotas e eucariotas.
Possuem domínios de ligação ao ATP altamente conservados.
A função principal dos transportadores ABC é eliminar os produtos tóxicos queentram na célula.
Trata‐se dum transporte activomediado pela hidrólise de ATP.
Os transportadores ABC existem nas células do fígado, do intestino e do rim.
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
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.
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Transporte secundário
Utilizando como energia o gradiente transmembranar de uma segunda molécula.
Transportam compostos polares como aminoácidos, glucose, e alguns iões.
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
Transporte secundário
No sistema uniporte, as proteínas transportadoras
transportam uma só molécula.
Exemplo: difusão facilitada de glucose
No sistema simporte, as proteínas transportadoras
transportam 2 moléculas na mesma direcção.
Exemplo: transporte de glucose acoplado com o
transporte de Na+
No sistema antiporte, as proteínas
transportadoras transportam 2 moléculas em
direcções opostas.
Exemplo: antiporte Na+‐Ca2+
antiporte Na+‐H+
Membranas biológicas
Os diferentes tipos de transporte transmembranar
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 gradientede concentração, utilizando a energia do transporte acoplado de Na+.
Lúmen dointestino
microvilosidades
Junção deoclusão
Epitéliointestinal
Líquidoextracelular
Proteína detransporte
interveniente nadifusão facilitada
da glucose
Simporte daglucose via
Na+
Menosconcentrado
Menosconcentrado
Mais concentradoem glucose
Membranas biológicas
Membrana Celular
Transporte transmembranar de pequenas moléculas e iões
Transporte em massa
Transporte Passivo (a favor do gradiente)Difusão simplesDifusão facilitada
Transporte Activo (contra o gradiente)Transporte activo primário ‐ BombasTransporte activo secundário ‐ Cotransporte
EndocitoseExocitoseFagocitose
Tráfego intracelular de vesículas
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 vesículasmembranares, 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
Tráfego intracelular de vesículas
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 lípidosapós a digestão.
Pinocitose
Endocitose
Tráfego intracelular de vesículas
Endocitose
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).
1 2 3 4
Tráfego intracelular de vesículas
Endocitose
Endocitose mediada por receptores
Aspecto das vesículas franjadas
observadas em SEM (técnica de
criomoldagem).
A clatrina forma uma rede de
malha hexagonal e pentagonal.
Tráfego intracelular de vesículas
Endocitose
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 decolesterolapoproteína
B100
Estrutura do LDL
Tráfego intracelular de vesículas
Endocitose
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.
Receptorproteicode LDL
Membranacitoplasmática
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 àdepressão franjada.
Tráfego intracelular de vesículas
Endocitose
Caminhos da endocitose mediada por receptores
Enzimashidrolíticas
lisossoma
Colesterollibertado
endossoma
Fusão como endossoma
Vesículafranjada
Vesículanão franjada
Formação devesículas detransporte
Receptoresre‐integrandoa membrana
1 2
3
4
1) Após a interiorização do complexo receptor‐LDL, a clatrinadissocia‐se da vesícula que se funde com o endossoma;
2) O pH ácido do endossomapermite 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 étransportado para os lisossoma, a partir do qual o colesterol élibertado na célula.
Tráfego intracelular de vesículas
Endocitose
Caminhos da endocitose mediada por receptores
As moléculas contidas no endossomaseguem 3 vias:
1) Reciclagem para re‐integrar a membrana citoplasmática
2) Degradação no lisossoma
3) Transcitose para integrar um outrodomínio da membrana citoplasmática.
Tráfego intracelular de vesículas
Endocitose
Tráfego intracelular de vesículas
•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 ocorrecto endereço das macromoléculas.
•Vesículas de clatrina, participam no:i) processo de entrada de macromoléculas provenientes do meioextracelular por endocitose.
ii) transporte de moléculas da rede trans de Golgi para os lisossomas.
•Vesículas não cobertas por clatrinai) Vesículas COPI: transporte de moléculas de Golgi para o RE.ii) Vesículas COPII: transporte de moléculas de RE para Golgi.
Fagocitose
Permite a ingestão de grande partículas(micro‐organismos e resíduos celulares) emvesículas com dimensão superior a 250 nmde diâmetro.
O material absorvido nos fagossomas étransferido para os lisossomas que passama ser chamados de fagolisossomas.
O processo de fagocitose é utilizadoprincipalmente pelas células de defesa doorganismo (macrófagos e neutrófilos) paraeliminar os microorganismos e células mortas.
Bactéria
Membranacitoplasmática
Glóbulo branco
Micrografia (TEM) dum neutrófilo fagocitandouma bactéria em divisão
Micrografia 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)
Pseudópodos
Tráfego intracelular de vesículas
Exocitose
Tráfego intracelular de vesículas
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,
neurotransmissores e enzimas digestivas.