O documento descreve as principais funções e estruturas das membranas biológicas, incluindo o modelo de mosaico fluido de Singer e Nicholson. Apresenta os mecanismos de transporte através das membranas, como difusão simples, difusão facilitada e transporte ativo, este último requerendo energia para bombear íons contra o gradiente eletroquímico.

1. DISCIPLINA: FÍSICA E BIOFÍSICA
PROFª. MARGARETH MAYER
BIOFÍSICA DAS MEMBRANAS:
MECANISMOS DE TRANSPORTE E
TRANSDUÇÃO DE SINAIS

3. FUNÇÕES NAS CÉLULAS
As membranas biológicas são essenciais
para a vida pois:
 Definem os limites celulares (membrana
plasmática);
 Dividem as células em compartimentos
discretos (organelas);
 Organizam sequências de reações complexas;
 Atuam na recepção de sinais internos e
externos;
 Participam de transformações de energia;

4. ESTRUTURA DAS MEMBRANAS
MODELO DE SINGER & NICHOLSON – MOSAICO FLUIDO
•
•
•
COMPARTIMENTALIZAÇÃO DE ORGANELAS E ENZIMAS;
REGULAÇÃO DO TRANSPORTE;
DETECÇÃO E TRANSMISSÃO DE SINAIS INTRA E INTERCELULARES.

5. COMPOSIÇÃO
• As membranas são compostas de proteínas e lipídios,
em combinações variáveis que são específicas para
cada espécie, tipo celular e organela;
• A bicamada lipídica é a unidade estrutural básica das
membranas biológicas;
• As bicamadas se organizam nas membranas com
as cadeias de ácidos graxos dos fosfolipídios
orientados para o interior da bicamada

6. COMPOSIÇÃO - LIPÍDIOS
• As interações hidrofóbicas dos lipídios tornam as bicamadas
estruturas estáveis e flexíveis;
• As células necessitam manter a fluidez da membrana constante
mesmo quando as condições externas são alteradas;
• A fluidez depende da temperatura, composição
de ácidos graxos e conteúdo de esterol;
• Os lipídios e a maioria das
proteínas pode se difundir
lateralmente na membrana;
Molécula ANFIPÁTICA

7. ESTRUTURA DAS MEMBRANAS
A FLUIDEZ DA MATRIZ LIPÍDICA É AFETADA POR FATORES COMO: CALOR QUE AUMENTA A
ENERGIA CINÉTICA DAS MOLÉCULAS E POR EXCESSO LIGAÇÕES INSATURADAS NOS ÁCIDOS
GRAXOS QUE DIMINUEM A PROXIMIDADE DAS CAUDAS HIDROFÓBICAS.
A TRANSMISSÃO NERVOSA É GERADA PELO
BOMBEAMENTO DE ÍONS. QUANDO A MEMBRANA
É MUITO FLÚIDA ISSO INTERFERE COM OS
CANAIS IÔNICOS (PROTEÍNAS TRANSMEMBRANA)
E EVITAM A PASSAGEM RÁPIDA DE ÍONS. ESSE
É O MECANISMO DE AÇÃO DE ANESTÉSICOS
LOCAIS COMO A LIDOCAÍNA.

8. COMPOSIÇÃO - PROTEÍNAS
 As proteínas de membrana são de dois tipos: INTEGRAIS E
PERIFÉRICAS;
 As proteínas integrais estão ligadas firmemente à membrana,
enquanto as proteínas periféricas ligam-se mais frouxamente;
 As proteínas de membrana estão inseridas na bicamada
lipídica com ladeamento específico (assimetria estrutural) o
que torna a membrana funcionalmente assimétrica;

9. ESTRUTURAS FUNCIONAIS

10. ESTRUTURAS FUNCIONAIS

11. ESTRUTURAS FUNCIONAIS

12. PERMEABILIDADE DAS MEMBRANASTRANSPORTE E DIFUSÃO
 A bicamada lipídica é impermeável a substâncias polares;
 Substâncias polares cruzam as membranas biológicas apenas através
de interação com moléculas específicas;
 Proteínas podem formar canais iônicos que apresentam poros
hidrofílicos através dos quais íons selecionados podem se difundir,
movimentando-se na direção de seus gradientes eletroquímicos
 Proteínas transportadoras específicas
(transportadores) podem movimentar íons
e compostos através das membranas
biológicas;
 O transporte através dessas proteínas
pode ser passivo (independente de energia
metabólica) ou ativo (dependente de
energia metabólica);
POROS SÃO FORMADOS POR PROTEÍNAS
INTEGRAIS, HIDROFÓBICAS JUNTO À MATRIZ
LIPÍDICA E HIDRÓFILAS NO INTERIOR –
PERMITEM A PASSAGEM ÁGUA
E SUBSTÂNCIAS HIDROSOLÚVEIS

13. PERMEABILIDADE DAS MEMBRANAS
TRANSPORTE E DIFUSÃO
AS MEMBRANAS SÃO MUITO HIDROFÓBICAS ENTÃO, COMO A ÁGUA E AS MOLÉCULAS
HIDROSSOLÚVEIS A CRUZAM ? EXISTEM TRÊS PRINCIPAIS FORMAS:
DIFUSÃO SIMPLES: SUBSTÂNCIAS PASSAM POR SIMPLES DIFUSÃO (NÃO MEDIADA)
IMPULSIONADAS PELO GRADIENTE DE CONCENTRAÇÃO;
DIFUSÃO FACILITADA : O TRÂNSITO OCORRE COM A AJUDA DE PROTEÍNAS DA MEMBRANA,
MAS IMPULSIONADAS PELO GRADIENTE DE CONCENTRAÇÃO;
TRANSPORTE ATIVO: O TRÂNSITO OCORRE COM A AJUDA DE PROTEÍNAS DA MEMBRANA
CONTRA O GRADIENTE DE CONCENTRAÇÃO.
DIFUSÃO SIMPLES: SUBSTÂNCIAS DE BAIXO
PESO MOLECULAR E SEM CARGA ELÉTRICA
COMO GASES E PEQUENAS MOLÉCULAS
ORGÂNICAS COMO:
• O2
• CO2
• ALCOOL
• ANESTÉSICOS
• PESTICIDAS

14. TRANSPORTE E DIFUSÃO
A TAXA DE DIFUSÃO DEPENDE:
• DO GRADIENTE DE CONCENTRAÇÃO
ENTRE O MEIO INTERNO E O EXTERNO
•DO TAMANHO DA MOLÉCULA
•DA SOLUBILIDADE DA MOLÉCULA NA
MATRIZ LIPÍDICA
•DA VISCOSIDADE DA FASE HIDROFÓBICA
•DA ESPESSURA DA MEMBRANA.
A VELOCIDADE DO FLUXO É DESCRITO PELA
LEI DE FICK QUE RELACIONA OS SEGUINTES
PARÂMETROS:
dN ⁄ dt = − D A ∆C ⁄ x
dN ⁄ dt = TAXA DE DIFUSÃO POR UNIDADE DE ÁREA
D= COEFICIENTE DE DIFUSÃO
A =ÁREA
∆C= VARIAÇÃO DE CONCENTRAÇÃO
X = ESPESSURA DA FASE HIDROFÓBICA
 O SINAL NEGATIVO INDICA O MOVIMENTO DO LADO MAIS
CONCENTRADO PARA O MAIS DILUÍDO.

15. BIOFÍSICA DAS MEMBRANAS
DIFUSÃO FACILITADA – PORO
ESPECÍFICO PARA A ÁGUA – CANAL
HIDROFÍLICO - SELETIVIDADE PELO
TAMANHO
DIFUSÃO FACILITADA DIFERE DA DIFUSÃO SIMPLES POR:
• ENVOLVE A AÇÃO DE UMA MOLÉCULA DE PROTEÍNA ESPECÍFICA
• EXISTE ESPECIFICIDADE PARA A MOLÉCULA TRANSPORTADA EX. NÃO PASSA ALCOOL
• MAIS RÁPIDA E APRESENTA CINÉTICA DE SATURAÇÃO
• PODE SER REGULADO

16. BIOFÍSICA DAS MEMBRANAS
• MOLÉCULAS CARREGADAS DIFUNDEM A UMA TAXA MENOR E NÃO OBEDECEM À LEI DE
FICK POIS RESPONDEM A DOIS GRADIENTES, O ELÉTRICO E O DE CONCENTRAÇÃO. EXISTE
UM POTENCIAL ELÉTRICO ENTRE OS LADOS DA MEMBRANA SE NDO NEGATIVO O
POTENCIAL DO LADO INTERNO DA MEMBRANA . ESSE POTENCIAL É MENOR EM CÉLULAS
ANIMAIS -50 mV, QUE NAS CÉLULAS DE PLANTAS -200 mV. OS ÍONS DIFUNDEM POR CANAIS
IÔNICOS IMPULSIONADOS PELO GRADIENTE ELETROQUÍMICO.
• ESSES CANAIS SÃO ALTAMENTE SELETIVOS
• A DIFUSÃO DO SÓDIO ATRAVÉS DA MEMBRANA É FACILITADA POR UM CANAL IÔNICO
SELETIVO PELO TAMANHO DO PORO E CARGAS ELÉTRICAS EM AMINO ÁCIDOS DENTRO DO
PORO.
• K+ É MUITO GRANDE PARA PASSAR E O Cl− É MUITO NEGATIVO. O Li+ PASSA POIS É
MENOR QUE O Na+. ELE É USADO PARA TRATAMENTO DE TRANSTORNOS MANÍACO
DEPRESSIVOS QUE SÃO CAUSADOS POR PROBLEMAS NOS CANAIS DE Na+ e K+.

17. BIOFÍSICA DAS MEMBRANAS
TRANSPORTE ATIVO
ÍON
CÉLULA
(mM)
SANGUE
(mM)
K+
139
4
Na+ 12
145
Cl−
4
116
0.0002
A CONCENTRAÇÃO DE ÍONS ATRAVÉS DA MEMBRANA
NÃO ESTÁ EM EQUILÍBRIO TERMODINÂMICO – A CÉLULA
GASTA ENERGIA (ATP) PARA MANTER ESSES GRADIENTES.
TRANSPORTE ATIVO DIFERE DA DIFUSÃO FACILITADA EM :
BOMBEIA MOLÉCULAS CONTRA GRADIENTE ELETROQUÍMICO
REQUER CONSUMO DE ENERGIA
É SEMELHANTE EM:
PRECISA DE PROTEÍNAS ESPECÍFICAS COMO CARREADORAS
1.8
Ca2
+
A ATPase (Na+/k+) EXPORTA 3 NA+ E IMPORTA 2 K+
ATRAVÉS DA MEMBRANA POR ATP. OS ÍONS SÃO
TRANSPORTADOS CONTRA GRADIENTE
ELETROQUÍMICO. ESSA BOMBA MULTIFUNCIONAL
É A PRINCIPAL GERADORA DO POTENCIAL
DA MEMBRANA EM CÉLULAS ANIMAIS.