Célula: Membrana Plasmática Curso de Nutrição Disciplina Fisiologia Humana I Prof. Dr. Leandro Cattelan leandrocattelan@hotmail.com Agosto 2017
I. ESTRUTURA E FUNÇÃO CELULAR
Estrutura e função celular Guyton e Hall (2011)
Principais estruturas de uma célula típica Guyton e Hall (2011)
Silverthorn (2010)
Estrutura celular Membrana celular: envolve toda célula e separa o líquido extracelular do intracelular; Citoplasma: substância que preenche o espaço limitado pela membrana celular; Retículo endoplasmático liso: sintetiza carboidratos e substâncias lipídicas. Retículo endoplasmático rugoso: sintetiza proteínas e alguns carboidratos.
Estrutura celular Ribossomos: pequenas, sólidas e em quantidade, fixadas principalmente no RER e responsável por sintetizar as proteínas da célula; Complexo de Golgi: estrutura semelhante ao RE. As substâncias sintetizadas no RE passam pelo CG e sofrem nova etapa em seu processamento. CG: Centro de processamento e distribuição da célula. Sintetiza os lisossomas, vesículas secretórias e outros componentes citoplasmáticos.
Estrutura celular Mitocôndria: em grande quantidade na célula, responsável por extrair energia dos alimentos conforme são metabolizados com oxigênio, Lisossomas: vesículas que possuem enzimas digestivas. Microtúbulos: principal função de conduzir líquidos especiais de um lado para outro.
Estrutura celular Centríolos: se replicam antes da divisão celular (aparelho mitótico) que serve de orientação para a célula durante a divisão celular. Microfilamentos: geralmente reforçam a membrana celular mas podem ter funções especiais (célula muscular: actina). Núcleo: regula as reações químicas (metabolismo) e armazena informação genética.
Retículo endoplasmático Guyton e Hall (2011)
O aparelho (complexo) de Golgi
Peroxissomos
Lisossomos
Citoesqueleto
Mitocôndria Usina energética da célula Guyton e Hall (2011)
Molécula de ATP (a moeda energética da célula) Guyton e Hall (2011)
ATP H O ATP ase ADP Pi 7 12 Kcal / mol 2
Guyton e Hall (2011)
Guyton e Hall (2011)
Núcleo
Membrana celular Estrutura da membrana plasmática: (I) Bicamada lipídica (II) Proteínas integrais Guyton e Hall (2011)
Silverthorn (2010)
Silverthorn (2010)
Membrana celular Características da bicamada lipídica: Barreira entre os líquidos intra e extracelulares (barreira para o movimento das moléculas de água e substâncias hidrossolúveis) Permeabilidade seletiva (escolha do que entra e sai da célula, permitindo que a célula mantenha o seu equilíbrio interior)
Membrana celular Características das proteínas de membrana Interrompem a continuidade da bicamada lipídica Função de proteínas de transporte: Proteínas de canal proteínas carreadoras (altamente seletivas)
Silverthorn (2010)
Silverthorn (2010)
Silverthorn (2010)
Difusão e transporte ativo Fig. 4.2 Vias de transporte através da membrana celular e os mecanismos básicos de transporte. Guyton e Hall (2011)
II. TRANSPORTE DE ÍONS E MOLÉCULAS ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR
Difusão através da membrana celular A difusão através da membrana celular é dividida em difusão simples e difusão facilitada. Difusão simples: movimento de moléculas e íons através dos pertuitos da membrana ou dos espaços intermoleculares, ou ainda através de poros aquosos, sem a necessidade de fixação a proteínas carreadoras. Sua velocidade depende: quantidade de substância, velocidade cinética e número de orifícios
Difusão através da membrana celular Lipossolubilidade: um dos fatores mais importantes para determinar a rapidez do transporte de uma substância. Ex: gases (oxigênio, nitrogênio, dióxido de carbono) e àlcoois atravessam diretamente a membrana celular Água e outras moléculas insolúveis em água (apolares), desde que em tamanhos pequenos, também conseguem atravessar a bicamada lipídica de mesmo modo.
Difusão através da membrana celular Incapacidade de íons de se difundirem através da bicamada lipídica: qualquer transporte significativo desses íons através da membrana celular deve ocorrer pelos canais nas proteínas Características importantes dos canais: (1) seletivamente permeáveis a determinadas substâncias (2) sistemas de comportas
Os canais são seletivos E podem ser regulados: Voltagem (voltagemdependentes Ligantes (ligantedependentes Guyton e Hall (2011)
Difusão através da membrana celular A difusão através da membrana celular é dividida em difusão simples e difusão facilitada. Difusão facilitada: interação dos íons ou moléculas com uma proteína carreadora (atravessando a membrana de forma fixada)
Exemplo: Transporte de glicose (glucose transporters GLUT) Fig. 4.7 Um mecanismo proposto para a difusão facilitada. Guyton e Hall (2011)
Difusão simples x difusão facilitada Guyton e Hall (2011)
Fatores que influenciam a velocidade efetiva da difusão (1) Permeabilidade da membrana (2) Diferença de concentração da substância difusora nos dois lados da membrana (3) Diferença de pressão através da membrana (4) Diferença do potencial elétrico entre as duas faces da membrana (íons)
(1) Fatores que influenciam a permeabilidade da membrana Guyton e Hall (2011)
Guyton e Hall (2011) Diferença de concentração (gradiente de concentração) Diferença de potencial elétrico Diferença de pressão (ex. difusão dos gases respiratórios)
Osmose Movimento de água entre meios com diferentes concentrações de soluto Guyton e Hall (2011) A água movimenta-se de um meio hipotônico para um meio hipertônico
Crenação: a célula murcha Hemólise: a célula estoura
Transporte ativo Nenhuma substância pode difundir-se contra um "gradiente eletroquímico (soma de todas as forças difusionais que agem sobre a membrana) Portanto, é dito que as substâncias não podem difundir-se "ladeira acima". Contudo, é por vezes necessária grande concentração de uma substância no líquido intracelular, embora o líquido extracelular só contenha quantidade diminuta dela.
Transporte ativo Quando a membrana celular transfere moléculas ou íons "ladeira acima contra um gradiente de concentração (ou "ladeira acima contra gradiente elétrico ou de pressão), o processo é chamado de transporte ativo. Entre as diferentes substâncias que são transportadas ativamente, através das membranas celulares, estão os íons sódio, potássio, cálcio, ferro, hidrogênio, cloreto, iodeto, urato, diversos e distintos açúcares e a maioria dos aminoácidos.
Transporte ativo O transporte ativo é divido em 2 tipos, segundo a fonte de energia utilizada para o transporte: Transporte ativo primário: a energia derivada da degradação do ATP Transporte ativo secundário: a energia é derivada de gradientes iônicos criados pelo transporte ativo primário
Transporte ativo O transporte depende de proteína carreadoras (que atravessam a membrana plasmática) Proteína carreadora é capaz de transferir energia para a substância transportada, a fim de que possa mover-se contra o gradiente eletroquímico.
Transporte ativo Primário: A Bomba de sódio-potássio (Na+/K+) 3 sítios de ligação Na+ 2 sítios de ligação K+ Atividade ATPase Guyton e Hall (2011)
Transporte ativo
Bomba de Na+/K+: Bombeia 3 íons Na+ para o exterior e 2 íons K+ para o interior da célula Contra o gradiente de concentração e, portanto, utilizando a energia da degradação do ATP
Transporte ativo Uma das mais importantes funções da bomba Na+- K+ é a de controlar o volume das células. Sem essa função da bomba, a maioria das células iria inchar até estourar Natureza eletrogênica (criação de um potencial elétrico através da membrana) O transporte ativo fica saturado de modo idêntico ao da difusão facilitada
Bombas de cálcio Íons cálcio são mantidos em concentrações extremamente baixas no citosol (cerca de 10.000 vezes menor que no líquido extracelular) 2 bombas, que atuam como uma ATPase: (1) Membrana celular (Bombeia cálcio para fora da célula) (2) Bombeia cálcio para o interior de organelas (retículo sarcoplasmático músculo e mitocôndrias)
Bombas de cálcio
Transporte ativo Secundário: utiliza o reservatório de energia gerado pelo transporte ativo primário (gradiente de concentração de sódio muito intenso). Energia indireta ou secundária Essa energia de difusão do sódio pode, literalmente, puxar outras substâncias, junto com o sódio, através da membrana. Esse fenômeno é chamado de cotransporte.
Guyton e Hall (2011) Fig. 4.12 Mecanismo proposto para o co-transporte sódio-glicose. O co-transporte de sódio com glicose ou aminoácidos ocorre, de forma especial, nas células epiteliais do tubo intestinal e dos túbulos renais
Transporte ativo Contratransporte de íons sódio e íons hidrogênio
Resumo dos mecanismos de transporte através da membrana celular Transporte passivo: ocorre a favor do gradiente de concentração (mais concentrado ao menos concentrado). Sem gasto de energia. Ex: difusão simples e difusão facilitada Transporte ativo: ocorre contra o gradiente de concentração. Com gasto de energia (ATP). Ex: transporte ativo primário e secundário.
Em resumo...
Questões de estudo 1. Quais são as principais estruturas celulares e suas respectivas funções? 2. Descreva a estrutura da membrana celular. 3. Quais são os mecanismos de transporte de substâncias através da membrana celular? 4. Quais são as diferenças entre difusão simples e facilitada? 5. Cite e explique os fatores que afetam a velocidade da difusão.
6) Diferencie transporte ativo primário de transporte ativo secundário. 7) Qual é a importância da bomba de Na+/K+? 8) O que é osmose? Questões de estudo
Bibliografia básica Guyton, AC; Hall, JE. Tratado de fisiologia médica. 12ª ed. Editora Elsevier, 2011. Silverthorn, D. Fisiologia Humana, 5ª. Ed., Artmed Editora, 2010. Koeppen, BM; Stanton, BA. Berne & Levy Fisiologia. 6ª. Ed., Editora Elsevier, 2009.