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Biofísica de
  Membranas

Prof. Ms. Alexandre Penido


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1.Membrana celular
   Estrutura elástica que circunda toda célula
   Estrutura
     Camada   lipoproteíca
     Barreira à passagem da água e solutos hidrosolúveis
      (camada lipídica)
     Proteínas: “Poros”

   Membrana separa o líquido intracelular no
    interior da célula do líquido extracelular



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Cell membrane




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2.Estruturas Básicas
   Poros ou canais
     Canais     de Na+ etc.
   Zonas de difusão facilitada
     Altaconcentração de moléculas de mesma
      espécie
          Ex: Região para lípides tem alta concentração de
           moléculas lipídicas
              Sistema imune →Permeando Ag-Ac
              Hormônios esteróides




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Estruturas Básicas
   Receptores
     Substânciase liga e causa uma série de
     processos celulares
       Ex. Receptor para insulina, Glucagon
       Hormônios protéicos, adrenalina, acetilcolina

       Calmodulina: Ca+2

       Atropina se liga aos receptores muscarínicos da

        acetilcolina e bloqueia os efeitos da Ach.
   Operadores
     Transporte de substâncias em sentido único
     Transporte ativo
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3.Membranas e Transportes
   Ciclo γ-glutamílico
     γ-glutamil   (glutadiona) + aa: interior da célula
   Íons Ca+2
     ATPase-   Ca+2 (Contração muscular)
   Ionóforos
     Antibióticos
   Difusão
     Simples
     Facilitada
   Transporte ativo
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Transporte através da membrana
   Difusão
     Movimento   ao acaso de substâncias,
      causado pela energia cinética normal da
      matéria
   Transporte ativo
     Movimento  de substâncias como resultado de
      processos químicos que transmitem energia
      para o movimento.




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Difusão




 Difusão, em função dos gradientes de concentração: conceito
                   de equilíbrio dinâmico.
Em I, os fluxos A → B > B → A ; em II, A → B = B → A: atingiu-se
                      o equilíbrio dinâmico

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Diffusion:
is random movement




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Diffusion across membrane




                            10
Fatores que afetam a velocidade
 Concentrações
 Peso molecular
 Distância
 Área da seção
 Temperatura



    Difusão α Diferença de [ ] x Área da seção reta x Temperatura
                               Distância x Raiz PM

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Transporte Passivo
   Difusão Passiva -         Muitas substâncias penetram
    nas células ou delas saem por difusão passiva, isto é,
    como a distribuição do soluto tende a ser uniforme em
    todos os pontos do solvente, o soluto penetra na célula
    quando sua concentração é menor no interior celular do
    que no meio externo, e sai da célula no caso contrário.
    Neste processo não há consumo de energia. Ocorre a
    favor do gradiente.




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PASSAGEM ATRAVÉS DA MEMBRANA
DIFUSÃO : PASSAGEM DE ÍONS
       SIMPLES                      FACILITADA
          ↓                                  ↓
SEM CARREADORES                     PROTEÍNA CARREADORA
                                                 PERMEAVILIDADE SELETIVA
                                                 COMPORTAS
          SUBSTÂNCIA              DIÂMETRO                PERMEABILIDADE

       MOLÉCULA DE AGUA               0,3                       1,0

              URÉIA                  0,36                     0,0006

     ÍON CLORETO HIDRATADO           0,386                   0,0000001

      POTÁSSIO HIDRATADO             0,396                  0,000000006

       SÓDIO HIDRATADO               0,512                  0,000000002



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Transporte através das membranas
    Difusão passiva
      Ocorre através de um gradiente de concentração
      Coeficiente de partição óleo/água
      Lipossolubilidade e permeabilidade

    Difusão facilitada
        Sem gasto energético
    Transporte ativo
      Hidrólise de ATP                          Passivo   Facilitado   Ativo
      Gradiente eletroquímico

    Pinocitose
      Participação direta da membrana
      Gasto de energia
      Não necessita de transportadores

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Transporte Passivo
   Difusão Facilitada
       Algumas substâncias, como a glicose, galactose e alguns
        aminoácidos têm tamanho superior a 8 Angstrons, o que impede
        a sua passagem através dos poros. São, ainda, substâncias
        não solúveis em lipídios, o que também impede a sua difusão
        pela matriz lipídica da membrana. No entanto, estas substâncias
        passam através da matriz, por transporte passivo, contando,
        para isto, com o trabalho de proteínas carregadoras (proteínas
        transportadoras




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Difusão facilitada




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DIFUSÃO FACILITADA
     Fatores que influenciam
     Permeabilidade
     Diferença de Concentração
     Diferença de Pressão
     Diferença de Potencial elétrico.




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Difusão Pelos poros
   Dimensão dos poros
   Efeito da diferença de concentração
   Permeabilidade
     Intensidadedo transporte através da membrana para
      uma diferença de concentração determinada.
   Carga elétrica dos íons sobre a capacidade de
    se difundir pelos poros da membrana
     Canais de Na+ (canais revestidos por carga -)
     Canais de K+
     Canais de H2O




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Canais




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Osmose
   Osmose
     A água flui nos
     dois sentidos,
     (devido a uma
     diferença de
     concentração)
     mantendo o
     volume
     constante da
     célula

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Transporte Passivo
   Osmose
    É o fenômeno de difusão em presença de uma
     membrana semipermeável. Nele, duas soluções
     de concentrações diferentes estão separadas por
     uma membrana que é permeável ao solvente e
     praticamente insolúvel ao soluto. Há, então,
     passagem do solvente de onde está em maior
     quantidade (solução hipotônica) para onde está
     em menor quantidade (solução hipertônica).

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Osmose
   Ao invés, a célula vegetal é vulnerável aos ambientes hipertónicos. A
    saída da água contida no seu vacúolo, provoca uma diminuição do
    volume celular e, consequentemente, o afastamento da membrana
    plasmática relativamente à parece celular. Este fenómeno designa-se
    comumente por plasmólise




                  Célula
                         a                 Plasmólise
                  Túrgid
                                          Deplasmólise

                                                                   mento
                                                            Desliga
                                                                   ed e
                                                            da par
                                                                    r
                                                             celula


                             Prof. Ms. Alexandre Penido
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Pressão osmótica
   Força necessária para interromper a
    osmose




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                     alex.penido@ufma.br       23
Pressão reversa




           Prof. Ms. Alexandre Penido
              alex.penido@ufma.br       24
Influência da pressão osmótica




           Prof. Ms. Alexandre Penido
              alex.penido@ufma.br       25
Osmose para
dentro da célula




              Prof. Ms. Alexandre Penido   Osmose para
                                                        26
                 alex.penido@ufma.br
                                           fora da célula
Equilíbrio osmótico entre líq.
Intracelular e extracelular                Hipo
Hiper




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                 alex.penido@ufma.br              27
Equilíbrio
   Célula colocada meio
    hipotônica
       Passagem da água, por
        osmose através da
        membrana celular
            Aumento do volume
             intracelular (Inchaço)
            Diminuição do volume
             extracelular
            Diluição das substâncias
             dissolvidas no intracelular
            Concentração aumentada
             das substâncias
             dissolvidas no líquido
             extracelular

                                Prof. Ms. Alexandre Penido
                                   alex.penido@ufma.br       28
Equilíbrio
   Célula colocada em
    solução hipertônica
       Passagem da água, por
        osmose, para fora da
        célula.
            Diminuição do volume
             intracelular
            Aumento do volume
             extracelular
            Concentração do líquido
             intracelular
             Diluição do líquido
             extracelular


                              Prof. Ms. Alexandre Penido
                                 alex.penido@ufma.br       29
Transporte Ativo
   Transporte de substância contra um gradiente
    de concentração.
   É a passagem de uma substância de um menos
    concentrado para um meio mais concentrado
    ( contra o gradiente), que ocorre com gasto de
    energia
   Utilização de um carreador
   Proteínas

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                       alex.penido@ufma.br       30
Indigestão e digestão de nutrientes
pela célula
   Endocitose: englobamento de materiais
     Fagocitose:    Matéria particulada
       Bactéria
       Outra célula

       Partícula de tecido em degeneração

     Pinocitose
         Ingestão de quantidades diminutas de líquido
          extracelular e de substâncias nele dissolvidas.

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Transporte Ativo
   Fagocitose:
     É o nome dado ao processo pelo qual a célula,
      graças à formação de pseudópodos, engloba, no seu
      citoplasma, partículas sólidas. A fagocitose é um
      processo seletivo, conforme pode ser observado no
      exemplo da fagocitose de paramécios pelas amebas.
      Nos mamíferos, a fagocitose é feita por células
      especializadas na defesa do organismo, como os
      macrófagos.


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                         alex.penido@ufma.br          32
Fagocitose
Células fagocíticas possuem
carga eletronegativas (-)
Objetos que possuem carga
eletronegativa são repelidos
Cargas eletropositivas são
susceptíveis à fagocitose
Maioria dos objetos
particulados normais do líquido
extracelular possui carga
negativa
Vírus, invasores: POSITIVOS
                        Prof. Ms. Alexandre Penido
                           alex.penido@ufma.br       33
Vesícula digestiva




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Transporte Ativo
   Pinocitose
    É  nome dado ao processo pelo qual a célula, graças
      à delgadas expansões do citoplasma, engloba
      gotículas de líquido. Formam-se assim vacúolos
      contendo líquido. Muitas células exibem esse
      fenômeno, como os macrófagos e as dos capilares
      sangüíneos.




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Pinocitose




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                alex.penido@ufma.br       36
Transporte Ativo




Partículas sólidas   Prof. Ms. Alexandre Penido
                        alex.penido@ufma.br       Partículas líquidas
                                                                 37
BOMBA SÓDIO POTÁSSIO




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Prof. Ms. Alexandre Penido
   alex.penido@ufma.br       39
Transporte Ativo
    Bomba de NA+ e K+ Este tipo de transporte se dá,
    quando íons como o sódio (Na+) e o potássio (K+), tem
    que atravessar a membrana contra um gradiente de
    concentração.
   Encontramos concentrações diferentes, dentro e fora da
    célula, para o sódio e o potássio.
   Na maioria das células dos organismos superiores a
    concentração do sódio (Na+) é bem mais baixa
    dentro da célula do que fora desta.
   O potássio (K+), apresenta situação inversa, a sua
    concentração é mais alta dentro da célula do que
    fora desta.

                       Prof. Ms. Alexandre Penido
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Transporte Ativo
 Juntos esses dois receberam o nome de
  bomba de sódio e potássio.
 Todo este mecanismo de transporte ativo
  que mantém tais distribuições iônicas é de
  suma importância para a transmissão do
  impulso nervoso.


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                   alex.penido@ufma.br       41
Resumo
   Transporte Passivo
     Difusão simples
     Difusão Facilitada
     Osmose
   Transporte Ativo
     Bomba   sódio-potássio
     Fagocitose
     Pinocitose

                    Prof. Ms. Alexandre Penido
                       alex.penido@ufma.br       42

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Biofisica das membranas

  • 1. Biofísica de Membranas Prof. Ms. Alexandre Penido Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 1
  • 2. 1.Membrana celular  Estrutura elástica que circunda toda célula  Estrutura  Camada lipoproteíca  Barreira à passagem da água e solutos hidrosolúveis (camada lipídica)  Proteínas: “Poros”  Membrana separa o líquido intracelular no interior da célula do líquido extracelular Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 2
  • 4. 2.Estruturas Básicas  Poros ou canais  Canais de Na+ etc.  Zonas de difusão facilitada  Altaconcentração de moléculas de mesma espécie  Ex: Região para lípides tem alta concentração de moléculas lipídicas  Sistema imune →Permeando Ag-Ac  Hormônios esteróides Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 4
  • 5. Estruturas Básicas  Receptores  Substânciase liga e causa uma série de processos celulares  Ex. Receptor para insulina, Glucagon  Hormônios protéicos, adrenalina, acetilcolina  Calmodulina: Ca+2  Atropina se liga aos receptores muscarínicos da acetilcolina e bloqueia os efeitos da Ach.  Operadores  Transporte de substâncias em sentido único  Transporte ativo Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 5
  • 6. 3.Membranas e Transportes  Ciclo γ-glutamílico  γ-glutamil (glutadiona) + aa: interior da célula  Íons Ca+2  ATPase- Ca+2 (Contração muscular)  Ionóforos  Antibióticos  Difusão  Simples  Facilitada  Transporte ativo Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 6
  • 7. Transporte através da membrana  Difusão  Movimento ao acaso de substâncias, causado pela energia cinética normal da matéria  Transporte ativo  Movimento de substâncias como resultado de processos químicos que transmitem energia para o movimento. Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 7
  • 8. Difusão Difusão, em função dos gradientes de concentração: conceito de equilíbrio dinâmico. Em I, os fluxos A → B > B → A ; em II, A → B = B → A: atingiu-se o equilíbrio dinâmico Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 8
  • 9. Diffusion: is random movement Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 9
  • 11. Fatores que afetam a velocidade  Concentrações  Peso molecular  Distância  Área da seção  Temperatura Difusão α Diferença de [ ] x Área da seção reta x Temperatura Distância x Raiz PM Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 11
  • 12. Transporte Passivo  Difusão Passiva - Muitas substâncias penetram nas células ou delas saem por difusão passiva, isto é, como a distribuição do soluto tende a ser uniforme em todos os pontos do solvente, o soluto penetra na célula quando sua concentração é menor no interior celular do que no meio externo, e sai da célula no caso contrário. Neste processo não há consumo de energia. Ocorre a favor do gradiente. Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 12
  • 13. PASSAGEM ATRAVÉS DA MEMBRANA DIFUSÃO : PASSAGEM DE ÍONS SIMPLES FACILITADA ↓ ↓ SEM CARREADORES PROTEÍNA CARREADORA PERMEAVILIDADE SELETIVA COMPORTAS SUBSTÂNCIA DIÂMETRO PERMEABILIDADE MOLÉCULA DE AGUA 0,3 1,0 URÉIA 0,36 0,0006 ÍON CLORETO HIDRATADO 0,386 0,0000001 POTÁSSIO HIDRATADO 0,396 0,000000006 SÓDIO HIDRATADO 0,512 0,000000002 Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 13
  • 14. Transporte através das membranas  Difusão passiva  Ocorre através de um gradiente de concentração  Coeficiente de partição óleo/água  Lipossolubilidade e permeabilidade  Difusão facilitada  Sem gasto energético  Transporte ativo  Hidrólise de ATP Passivo Facilitado Ativo  Gradiente eletroquímico  Pinocitose  Participação direta da membrana  Gasto de energia  Não necessita de transportadores Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 14
  • 15. Transporte Passivo  Difusão Facilitada  Algumas substâncias, como a glicose, galactose e alguns aminoácidos têm tamanho superior a 8 Angstrons, o que impede a sua passagem através dos poros. São, ainda, substâncias não solúveis em lipídios, o que também impede a sua difusão pela matriz lipídica da membrana. No entanto, estas substâncias passam através da matriz, por transporte passivo, contando, para isto, com o trabalho de proteínas carregadoras (proteínas transportadoras Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 15
  • 16. Difusão facilitada Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 16
  • 17. DIFUSÃO FACILITADA Fatores que influenciam Permeabilidade Diferença de Concentração Diferença de Pressão Diferença de Potencial elétrico. Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 17
  • 18. Difusão Pelos poros  Dimensão dos poros  Efeito da diferença de concentração  Permeabilidade  Intensidadedo transporte através da membrana para uma diferença de concentração determinada.  Carga elétrica dos íons sobre a capacidade de se difundir pelos poros da membrana  Canais de Na+ (canais revestidos por carga -)  Canais de K+  Canais de H2O Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 18
  • 19. Canais Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 19
  • 20. Osmose  Osmose  A água flui nos dois sentidos, (devido a uma diferença de concentração) mantendo o volume constante da célula Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 20
  • 21. Transporte Passivo  Osmose É o fenômeno de difusão em presença de uma membrana semipermeável. Nele, duas soluções de concentrações diferentes estão separadas por uma membrana que é permeável ao solvente e praticamente insolúvel ao soluto. Há, então, passagem do solvente de onde está em maior quantidade (solução hipotônica) para onde está em menor quantidade (solução hipertônica). Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 21
  • 22. Osmose  Ao invés, a célula vegetal é vulnerável aos ambientes hipertónicos. A saída da água contida no seu vacúolo, provoca uma diminuição do volume celular e, consequentemente, o afastamento da membrana plasmática relativamente à parece celular. Este fenómeno designa-se comumente por plasmólise Célula a Plasmólise Túrgid Deplasmólise mento Desliga ed e da par r celula Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 22
  • 23. Pressão osmótica  Força necessária para interromper a osmose Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 23
  • 24. Pressão reversa Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 24
  • 25. Influência da pressão osmótica Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 25
  • 26. Osmose para dentro da célula Prof. Ms. Alexandre Penido Osmose para 26 alex.penido@ufma.br fora da célula
  • 27. Equilíbrio osmótico entre líq. Intracelular e extracelular Hipo Hiper Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 27
  • 28. Equilíbrio  Célula colocada meio hipotônica  Passagem da água, por osmose através da membrana celular  Aumento do volume intracelular (Inchaço)  Diminuição do volume extracelular  Diluição das substâncias dissolvidas no intracelular  Concentração aumentada das substâncias dissolvidas no líquido extracelular Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 28
  • 29. Equilíbrio  Célula colocada em solução hipertônica  Passagem da água, por osmose, para fora da célula.  Diminuição do volume intracelular  Aumento do volume extracelular  Concentração do líquido intracelular  Diluição do líquido extracelular Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 29
  • 30. Transporte Ativo  Transporte de substância contra um gradiente de concentração.  É a passagem de uma substância de um menos concentrado para um meio mais concentrado ( contra o gradiente), que ocorre com gasto de energia  Utilização de um carreador  Proteínas Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 30
  • 31. Indigestão e digestão de nutrientes pela célula  Endocitose: englobamento de materiais  Fagocitose: Matéria particulada  Bactéria  Outra célula  Partícula de tecido em degeneração  Pinocitose  Ingestão de quantidades diminutas de líquido extracelular e de substâncias nele dissolvidas. Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 31
  • 32. Transporte Ativo  Fagocitose:  É o nome dado ao processo pelo qual a célula, graças à formação de pseudópodos, engloba, no seu citoplasma, partículas sólidas. A fagocitose é um processo seletivo, conforme pode ser observado no exemplo da fagocitose de paramécios pelas amebas. Nos mamíferos, a fagocitose é feita por células especializadas na defesa do organismo, como os macrófagos. Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 32
  • 33. Fagocitose Células fagocíticas possuem carga eletronegativas (-) Objetos que possuem carga eletronegativa são repelidos Cargas eletropositivas são susceptíveis à fagocitose Maioria dos objetos particulados normais do líquido extracelular possui carga negativa Vírus, invasores: POSITIVOS Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 33
  • 34. Vesícula digestiva Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 34
  • 35. Transporte Ativo  Pinocitose É nome dado ao processo pelo qual a célula, graças à delgadas expansões do citoplasma, engloba gotículas de líquido. Formam-se assim vacúolos contendo líquido. Muitas células exibem esse fenômeno, como os macrófagos e as dos capilares sangüíneos. Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 35
  • 36. Pinocitose Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 36
  • 37. Transporte Ativo Partículas sólidas Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br Partículas líquidas 37
  • 38. BOMBA SÓDIO POTÁSSIO Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 38
  • 39. Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 39
  • 40. Transporte Ativo  Bomba de NA+ e K+ Este tipo de transporte se dá, quando íons como o sódio (Na+) e o potássio (K+), tem que atravessar a membrana contra um gradiente de concentração.  Encontramos concentrações diferentes, dentro e fora da célula, para o sódio e o potássio.  Na maioria das células dos organismos superiores a concentração do sódio (Na+) é bem mais baixa dentro da célula do que fora desta.  O potássio (K+), apresenta situação inversa, a sua concentração é mais alta dentro da célula do que fora desta. Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 40
  • 41. Transporte Ativo  Juntos esses dois receberam o nome de bomba de sódio e potássio.  Todo este mecanismo de transporte ativo que mantém tais distribuições iônicas é de suma importância para a transmissão do impulso nervoso. Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 41
  • 42. Resumo  Transporte Passivo  Difusão simples  Difusão Facilitada  Osmose  Transporte Ativo  Bomba sódio-potássio  Fagocitose  Pinocitose Prof. Ms. Alexandre Penido alex.penido@ufma.br 42