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Biofísica das Membranas Biológicas: Transporte de Moléculas, Notas de estudo de Fisiologia Humana

A biofísica das membranas biológicas, explorando os mecanismos de transporte de moléculas através delas. Descreve os diferentes tipos de transporte, incluindo transporte passivo (difusão simples e facilitada) e transporte ativo (primário e secundário), com exemplos e explicações detalhadas. O documento também discute a importância das proteínas de membrana no transporte e a aplicação desses conceitos no transporte epitelial.

Tipologia: Notas de estudo

2022

À venda por 09/12/2024

maria-eduarda-de-souza-22
maria-eduarda-de-souza-22 🇧🇷

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- Membrana —> Proteção
- O corpo tem dois compartimentos de fluido
distintos: as células e o fluido que circunda as
células
- LEC: fora das células é o tampão entre as
células e o meio externo do corpo. Tudo o que
entra ou sai da maioria das células passa através
do LEC.
- As concentrações nos líquidos são iguais dos
dois lados da membrana celular. (equilíbrio
osmótico)
- Alguns solutos estão mais concentrados em um
dos compartimentos do corpo (desequilíbrio
químico).
- O cálcio (não mostrado na figura) é mais
concentrado no líquido extracelular do que no
citosol.
- Embora o corpo como um todo seja
eletricamente neutro, alguns íons negativos
extras são encontrados no líquido intracelular,
ao passo que seus íons positivos
correspondentes estão localizados no líquido
extracelular. Como consequência, o interior das
células é ligeiramente negativo em relação ao
líquido extracelular (desequilíbrio elétrico).
- Em resumo, homeostasia não é o mesmo que
equilíbrio. Os compartimentos intracelular e
extracelular do corpo estão em equilíbrio
osmótico, porém estão em desequilíbrio
químico e elétrico.
- O objetivo da homeostasia é manter os estados
estacionários dinâmicos dos compartimentos do
corpo.
OSMOSE E TONICIDADE
- A água é capaz de se mover livremente para
dentro e para fora de quase todas as células no
corpo, atravessando os canais iônicos cheios de
água e os canais especiais de água, criados pela
proteína aquaporina (AQP).
- O movimento da água através de uma
membrana em resposta a um gradiente de
concentração de um soluto é denominado
osmose.
- Na osmose, a água move-se para diluir a
solução mais concentrada. Uma vez que as
concentrações são iguais, o movimento
resultante da água cessa
- O fator importante para osmose é o número de
partículas osmoticamente ativas em um dado
volume de solução, e não o número de
moléculas.
- Por conseguinte, para soluções biológicas
expressamos a concentração como a
osmolaridade, o número de partículas
osmoticamente ativas (íons ou moléculas
intactas) por litro de solução.
- Tonicidade é um termo fisiológico utilizado
para descrever uma solução e como esta afeta o
volume de uma célula se a célula for colocada
nessa solução até o equilíbrio.
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Biofísica das membranas

biológicas

  • Membrana —> Proteção
  • O corpo tem dois compartimentos de fluido distintos: as células e o fluido que circunda as células
  • LEC: fora das células é o tampão entre as células e o meio externo do corpo. Tudo o que entra ou sai da maioria das células passa através do LEC.
  • As concentrações nos líquidos são iguais dos dois lados da membrana celular. (equilíbrio osmótico)
  • Alguns solutos estão mais concentrados em um dos compartimentos do corpo (desequilíbrio químico).
  • O cálcio (não mostrado na figura) é mais concentrado no líquido extracelular do que no citosol.
  • Embora o corpo como um todo seja eletricamente neutro, alguns íons negativos extras são encontrados no líquido intracelular, ao passo que seus íons positivos correspondentes estão localizados no líquido extracelular. Como consequência, o interior das células é ligeiramente negativo em relação ao líquido extracelular (desequilíbrio elétrico).
  • Em resumo, homeostasia não é o mesmo que equilíbrio. Os compartimentos intracelular e extracelular do corpo estão em equilíbrio osmótico, porém estão em desequilíbrio químico e elétrico.
    • O objetivo da homeostasia é manter os estados estacionários dinâmicos dos compartimentos do corpo. OSMOSE E TONICIDADE
    • A água é capaz de se mover livremente para dentro e para fora de quase todas as células no corpo, atravessando os canais iônicos cheios de água e os canais especiais de água, criados pela proteína aquaporina (AQP).
    • O movimento da água através de uma membrana em resposta a um gradiente de concentração de um soluto é denominado osmose.
    • Na osmose, a água move-se para diluir a solução mais concentrada. Uma vez que as concentrações são iguais, o movimento resultante da água cessa
    • O fator importante para osmose é o número de partículas osmoticamente ativas em um dado volume de solução, e não o número de moléculas.
    • Por conseguinte, para soluções biológicas expressamos a concentração como a osmolaridade, o número de partículas osmoticamente ativas (íons ou moléculas intactas) por litro de solução.
    • Tonicidade é um termo fisiológico utilizado para descrever uma solução e como esta afeta o volume de uma célula se a célula for colocada nessa solução até o equilíbrio.

● Se uma célula é colocada na solução e incha ao ganhar água em equilíbrio, a solução é hipotônica para a célula. ● Se a célula perde água e murcha em equilíbrio, a solução é hipertônica. ● Se a célula na solução não muda de tamanho em equilíbrio, a solução é isotônica.

  • Estas são as regras para predizer a tonicidade:
  1. Se a célula possui uma concentração maior de solutos não penetrantes do que a solução, haverá um movimento resultante de água para dentro da célula. A célula incha, e a solução é hipotônica.
  2. Se a célula tem uma concentração de solutos não penetrantes mais baixa do que a solução, haverá um movimento resultante de água para fora da célula. A célula encolhe, e a solução é hipertônica.
  3. Se as concentrações de solutos não penetrantes são as mesmas na célula e na solução, não haverá movimento resultante de água em equilíbrio. A solução é isotônica para a célula.
  • A osmolaridade descreve o número de partículas de soluto dissolvidas em um volume de solução. Ela tem unidades, como osmoles/litros. A osmolaridade pode ser medida por um aparelho, chamado de osmômetro. Já a tonicidade, não tem unidades; ela é apenas um termo comparativo. PROCESSOS DE TRANSPORTE
  • A forma mais geral de transporte biológico é o fluxo de massa (fluxo global) de fluidos dentro de um compartimento.
  • No fluxo de massa, um gradiente de pressão faz o fluido fluir de regiões de pressão mais alta para regiões de pressão mais baixa.
  • A composição de lipídeo e proteína de uma dada membrana da célula determina quais moléculas podem entrar na célula e quais podem sair
    • O transporte passivo através das membranas utiliza a energia cinética inerente das moléculas e a energia potencial armazenada em gradientes de concentração.
    • A difusão pode ser definida como o movimento de moléculas a partir de uma área de maior concentração para uma de baixa concentração dessas moléculas. A diferença na concentração de uma substância entre dois locais é chamada de gradiente de concentração, também conhecido como gradiente químico.
    • A taxa de difusão depende da magnitude do gradiente de concentração. Quanto maior o gradiente, mais rápido a difusão ocorre.
    • A difusão é um processo passivo.
    • O movimento líquido de moléculas ocorre até que a concentração é igual em todos os lugares.
    • O estado de equilíbrio dinâmico em difusão significa que a concentração se igualou em todo o sistema, mas as moléculas continuam a se mover (As moléculas individuais ainda estão se movendo em equilíbrio, mas para cada molécula que sai de uma área, uma outra entra).
    • A difusão é rápida em curtas distâncias, mas muito mais lenta em longas distâncias.
    • A difusão é diretamente relacionada à temperatura. Nas temperaturas mais altas, as moléculas movem-se mais rapidamente.
    • As moléculas menores precisam de menos energia para se mover por uma distância e, portanto, difundem-se mais rápido
    • A difusão pode ocorrer em um sistema aberto ou através de uma divisória que separa dois sistemas.
    • A difusão através das membranas é um pouco mais complicada do que a difusão em um sistema aberto. Apenas moléculas solúveis em lipídeos (lipofílicas) podem se difundir pela bicamada lipídica.
    • A difusão direta através da bicamada fosfolipídica de uma membrana é denominada difusão simples.

aminoácidos do canal são carregados positivamente, os íons positivos são repelidos, e os íons negativos podem passar através do canal. ● As proteínas-canal são como portas estreitas para a célula. Se a porta está fechada, nada pode passar através dela. Se a porta está aberta, há uma contínua passagem entre as duas salas conectadas por ela. O estado aberto ou fechado de um canal é determinado por regiões das moléculas das proteínas que atuam como “portões” de vaivém. ● As proteínas carreadoras, também chamadas de transportadoras, ligam-se aos substratos que são carreados por elas, porém nunca formam uma conexão direta entre os líquidos intracelular e extracelular, os carreadores estão abertos para um lado da membrana ou para o outro, mas não para ambos os lados simultaneamente, como nas proteínas canal. ● Os carreadores, embora mais lentos, são melhores na discriminação entre moléculas estreitamente relacionadas. Os carreadores podem transportar moléculas maiores do que os canais transportam, embora sejam mais lentos. ● Alguns carreadores transportam apenas um tipo de molécula,sendo conhecidos como uniportes. ● Uma proteína carreadora que transporta mais de um tipo de molécula simultaneamente é denominada cotransportadora. ● Se as moléculas sendo transportadas se movem na mesma direção, seja para dentro ou para fora da célula, a proteína é chamada de simporte. ● Se as moléculas estão sendo transportadas em direções opostas, as proteínas são antiportes

  • Como dito anteriormente, a difusão facilitada é um transporte mediado por proteínas. A difusão facilitada sempre transporta as moléculas a favor do seu gradiente de concentração. Por exemplo, a família de proteínas carreadoras chamadas de transportadores GLUT transportam a glicose e outros açúcares pelas membranas.
  • Assim que uma molécula de glicose entra na célula via GLUT, ela é fosforilada à glicose-6-fosfato, o primeiro passo da glicólise (p. 107). A adição do grupo fosfato impede o acúmulo de glicose dentro da célula e também impede que a glicose deixe a célula.
  • O transporte ativo é um transporte mediado por proteínas que requer uma fonte externa de energia, seja ATP ou energia potencial armazenada no gradiente

de concentração que foi criado pelo uso de ATP, a energia para o transporte ativo vem direta ou indiretamente das ligações fosfato ricas em energia do ATP. É um processo que transporta as moléculas contra os seus gradientes de concentração – isto é, de áreas de concentração mais baixa para áreas de concentração mais alta.

  • No transporte ativo primário (direto), a energia que empurra as moléculas contra os seus gradientes de concentração vem diretamente das ligações fosfato de alta energia do ATP.
  • Já que o transporte ativo primário usa ATP como fonte de energia, muitos transportadores ativos primários são chamados de ATPases.
  • As ATPases são, às vezes, chamadas de bombas, como na bomba sódio-potássio, ou Na-K-ATPase
  • Mantém os gradientes de concentração de Na e K através da membrana celular. O transportador encontra-se disposto na membrana celular de modo que bombeia 3 Na para fora da célula e 2 K para dentro da célula para cada ATP consumido.
  • O transporte ativo secundário (indireto) usa a energia potencial armazenada no gradiente de concentração de uma molécula para empurrar outras moléculas contra os seus gradientes de concentração.
  • O transporte ativo secundário utiliza a energia cinética de uma molécula que se move a favor do seu gradiente de concentração para empurrar outras moléculas contra seus gradientes de concentração.
    • Os sistemas de transporte ativo secundário mais comuns são impulsionados pelo gradiente de concentração do sódio. Conforme um Na entra na célula, ou ele leva uma ou mais moléculas com ele ou troca de lugar com moléculas que saem da célula.
    • O mecanismo do cotransportador Na-glicose ativo secundário (SGLT). Tanto o Na como a glicose se ligam à proteína SGLT no lado do líquido extracelular. O sódio liga-se primeiro, causando uma mudança conformacional na proteína que cria um sítio de ligação de alta afinidade para a glicose.
    • Em contrapartida, os transportadores GLUT são reversíveis e podem transportar a glicose para dentro ou para fora das células, dependendo do gradiente de concentração.
    • Todas as formas de transporte mediado por carreadores apresentam especificidade, competição e saturação.
    • Competição: Um transportador pode mover vários membros de um grupo relacionado de substratos, mas os substratos competem um com o outro por locais de ligação no transportador.
    • Saturação: A taxa de transporte do substrato depende da concentração de substrato e o número de moléculas de