Transporte de Matria solutos por Carregadores Transportadores Carregador

Transporte de Matéria (solutos) por Carregadores (Transportadores) • Carregador de uma única espécie química (sem acoplamento) • Carregador de mais de uma espécie química (com acoplamento) • Carregador com acoplamento a energia metabólica (transportes ativos ou bombas) • Transportadores em concerto em células eucarióticas 06/03/2021 1

βi 0 (hidrófílicos) POROS, CANAIS E CARREGADORES 06/03/2021 difusão e eletrodifusão 2

Transporte de Matéria (solutos) por Carregadores (Transportadores) • Carregador de uma única espécie química (sem acoplamento) • Carregador de mais de uma espécie química (com acoplamento) • Carregador com acoplamento a energia metabólica (transportes ativos ou bombas) • Transportadores em concerto em células eucarióticas 06/03/2021 4

Evidências Experimentais – Tranasporte de Glicose em membranas de eritrócitos J/Jmáx 1. 2 1 0. 8 0. 6 0. 4 0. 2 0 0 50 100 150 200 250 [Glicose] - mmo/l 06/03/2021 5

Transporte por CARREGADORES Mecanismo básico Poros e Canais: Difusão restrita 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 6

Transporte por carregadores – Ação de massas C + Sex k 1 k-1 CS S S 06/03/2021 C + Sic Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores k 1 k-1 CS 7

Transporte por carregadores – modelo 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 8

Carregadores – cinética de Michaelis-Menten � 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 9

Mudanças na conformação da proteína por oscilações térmicas 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 10

Glut 1 – Estrutura da proteína 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 11

Km dos Gluts 1, E-04 Glut 1 e 3 1, E-04 V 8, E-05 Glut 4 1 m. M 5 m. M 6, E-05 Glut 2 20 m. M 4, E-05 2, E-05 0, E+00 0 10 20 [Glu]plasma= 4 -6, 7 m. M (80 -120 mg/100 ml) 06/03/2021 30 40 50 [Glucose] Glut 1 -3 Km=1 m. M Todos os fenótipos Glut 2 Km=1520 m. M Fígado células b Glut 4 Km=5 m. M m. esquelético adipócitos (controle 60 70 80 90 100 por insulina) Glut 5 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores Tr. de frutose , intestino 12

Receptores catalíticos Glut 4 Músculo esquelético Adipócitos insulina 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 13

Fenomenologia do transporte por carregador Cinética de Michaelis-Menten - Saturação Vmáx (Vmax)/2 Difusão Km 06/03/2021 [S] Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 14

Transporte de Matéria (solutos) por Carregadores (Transportadores) • Carregador de uma única espécie química (sem acoplamento) • Carregador de mais de uma espécie química (com acoplamento) • Carregador com acoplamento a energia metabólica (transportes ativos ou bombas) • Transportadores em concerto em células eucarióticas 06/03/2021 15

Transporte por carregadores com espécies químicas acoplamento entre E A F A B C D 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 16

Evidências Experimentais – Co-transporte Na+-Glicose “Construção” do conhecimento Luz Na+ Gl Extracelular 3 Na+ 2 K+ K+ Gl J/Jmáx Gl: Glicose 1. 2 1 0. 8 0. 6 0. 4 0. 2 0 Na+=140 m. M Na+=0 m. M 0 06/03/2021 100 200 300 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 17

Transporte por carregadores com acoplamento entre espécies químicas: modificações na afinidade dos sítios 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 18

Mecanismo de transferência de energia livre nos transportes acoplados A B Gradiente eletroquímico para o Na+ Gradiente químico para a glicose carregador Afinidade pela glicose 06/03/2021 >>> Afinidade pela glicose Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 19

Transportes por carregadores com acoplamento entre espécies químicas - modalidades 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 20

Família (gene) Descrição Superfamília dos Carregadores de Solutos SLC 1(7) SLC 2(14) SLC 3(2) SLC 4(10) Exemplos Transportadores de glutamato Transporte de hexoses Subunidades pesadas de transportadores heterodiméricos de aminoácidos (SLC 7) Trocadores e cotransportadores de HCO 3 EAAT 1 GLUT 1, GLUT 4 AE 1 ( trocador Cl x HCO 3) NBCe 1 (cotransportador eletrogênico Na+- HCO 3) NBCn 1 (cotransportador eletroneutro Na+- HCO 3) NDCBE (trocador Cl x HCO 3 movido por Na+) SLC 5(8) SLC 6 (16) Cotransportadores Na+-Glicose SGLT 1 a 5 Cotransportadores de neurotransmissores acoplados a B 0 AT 1 (Na-aminoácido) Na+ e a Cl. GAT 1 -3, GBT 1 (GABA acoplado a Na + e a Cl-) ATB 0 (aminoácido acoplado a Na+ e a Cl-) SLC 7(14) SLC 8(3) SLC 9 (9) SLC 10(6) SLC 11(2) Subunidades de transportadores heterodiméricos de aminoácidos Trocadores Na+-Ca 2+ Trocador Na+- H+ Cotransportadores Na+-sais biliares Cotransportadores de íons metálicos movidos a H+ SLC 12(9) Cotransportadores de Cl- acoplados a cátions SLC 13(5) SLC 14(2) SLC 15(4) Cotransportadores de sulfato e carboxilato acoplados a Na. DC 1 (mono, di e tri carboxilatos), Na. S (sulfato) Na+ Transporte facilitado de ureia UT + Transportadores de oligopeptídeos movidos a H Pep. T 1 SLC 16(14) Transportadores de monocarboxilatos 06/03/2021 NCX 1 a 3 NHE 1 a 8 DMT 1 NHCC 1, NKCC 1 (cotransportador Na+- K+ -Cl-) NCC (cotransportador Na+- Cl-) KCC 1 (cotransportador K+- Cl-) MCT 1 (cotransporte de monocarboxilatos acoplados a H+ TAT 1 (difusão facilitada de aminoácidos aromáticos) Na. Pi-I Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 21

Superfamília dos Carregadores de Solutos SLC 18(3) SLC 20(2) SLC 21(11) Transportadores de amina vesiculares Cotransportadores de Na-fosfato tipo II Transportadores de ânions orgânicos SLC 22(18) Transportadores de cátions, ânions e zwitterions orgânicos SLC 23 (4) SLC 26 (3) Transportadores Na+-ácido ascórbico Trocadores multifuncionais de ânions SLC 28(3) SLC 34(3) SLC 36(4) Transportadores Na+-nucleosídeo Cotransportadores Na+-fosfato tipo II Cotransportadore acoplados de H+aminoácidos SLC 38(6) Transportadores de aminoácidos movidos a Na + SNAT 3 (cotransporta aminoácidos com Na + em troca por H+ Sistema N (cotransporta aminoácidos com Na + em troca por H+ SNAT 1, 2, 4 (Sistema A – cotransporta aminoácidos e Na +) SLC 39(14) SLC 40 (1) SLC 42(3) Transportador de íon metálico Transportador basolateral de Fe Canais NH 3 ZIP 1 (captação de Zn 2+) Ferroportin (MTP 1, Fe 2+) Rh. AG 06/03/2021 Na. Pi-III OATP PGT OCT 1 a 3 (difusão facilitada de cátions orgânicos) OAT 1 a 5(troca ou difusão facilitada de ânions orgânicos URAT (trocador de urato) DRA (trocador Cl x HCO 3) Pendrin (trocador HCO 3 x Cl- ou I-) CFEX (troca Cl- , HCO 3, oxalato ou formato) Na. Pi. IIa, Na. Pi. IIc PAT 1 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 22

Transporte de Matéria (solutos) por Carregadores (Transportadores) • Carregador de uma única espécie química (sem acoplamento) • Carregador de mais de uma espécie química (com acoplamento) • Carregador com acoplamento a energia metabólica (transportes ativos ou bombas) • Transportadores em concerto em células eucarióticas 06/03/2021 23

Transportes ativos (contra diferença de potencial eletroquímico usando energia metabólica ) 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 24

Evidências Experimentais – Co-transporte Na+-Glicose “Construção” do conhecimento Luz Na+ Gl Extracelular 3 Na+ 2 K+ K+ Gl J/Jmáx Gl: Glicose 1. 2 1 0. 8 0. 6 0. 4 0. 2 0 Na+=140 m. M Na+=0 m. M 0 06/03/2021 100 200 300 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 25

ATPases tipo P • • Bomba Na-K Bomba K-H Bomba de Ca (PCMA e SERCA) Bomba de Cu (ATP 7 B) Bombas de H • ATPase de tipo F - F 0 F 1 – Mitocôndria • ATPase de tipo V – organelas (lisosoma, Golgi, vesículas de secreção, endosoma), membrana apical em regiões do nefro. 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 26

Bomba de Na-K = Na-K-ATPase ( ATPase – tipo P) 3 2 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 27

Na-K-ATPase – Bomba de Na/K Alternating access mode Morth et al. , Nature, 2007 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 28

Transportadores ABC • Transportadores ABC (ATP-binding cassette) • Humanos: 49 genes, 7 subfamílias – ABCA – ABCG. Alguns fazem transporte ativo, hidrolisando ATP, outros formam canais iônicos e outros tem função reguladora. • ABCA 1: efluxo de fosfolipídios e colesterol em macrófagos. • Transportadores na resistência a múltiplas drogas (MDR, Pglicoproteína): transporte para fora de drogas e metabólitos catiônicos. • Subfamília MRP – CFTR: canal para Cl de baixa condutância, regulador de outros canais. 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 29

06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 30

Na+ 3 Na+ ADP+Pi i H+ 3 Na+ ADP+P ATP Ca 2+ 2 K+ ATP A. A. Na+ K+ 2 Cl. Na+ Gli Na+ Síntese: Transportes acoplados (“ativos secundários”) Cl. K+ 3 Na+ - Cl O 3 HC 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 31

Transportes ativos primários - BOMBAS PCMA ATP H+ ADP+P 2 K+ 06/03/2021 ATP 3 Na+ ADP+P Ca 2+ ADP+P ATP H+ ADP+P H+ K++ Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 32

H+ ADP+P ATP BOMBAS em organelas SERCA ATP 2 Ca 2+ ADP+P 06/03/2021 2 H+ Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 33

CANAIS E CARREGADORES EM CONCERTO 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 34

K+ ++++++++ ------------- E 2~P + K+ 2 Cl. Na+ K+ E 2~P~K+ Pi 2 K+ ATP Cl. K+ 3 Na+ ADP+ Pi E 2~K+ E 1+K+ 06/03/2021 [K+]=120 m. M [K+]=4 m. M Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 35

06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 36

2 TM - Kir (“inward rectifiers”, retificadores para dentro) 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 37

D-Gli Na+ ++++++++ ------------- E 1+ATP+Na+ A. A. Na+ ENa. C E 1~P~Na+ E 2 ~P-Na+ H+ ATP 2 K+ 3 Na+ ADP+ Pi Na+ E 1+K+ Ca- 2+ Na+ 3 Na+ K+ 2 Cl. Na+ Nav [Na+]=15 m. M [Na+]=145 m. M Na+ Cl- 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 38

ENa. C 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 39

Topologia do Nav Canais para cátions, sensíveis a voltagem 06/03/2021 difusão e eletrodifusão 40

Ca 2+ ++++++++ ------------Ca 2+ ATP 2 K+ ATP 3 Na+ ADP+ Pi ATP 2 H+ Ca 2+ ADP+P Ca 2 + ADP+ P Ca-2+ 3 Na+ +++ Ca 2+ IP 3 [Ca 2++]=100 n. M [Ca++]=1. 5 m. M 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 41

Ca. V Classificação: a. Ativados por despolarização forte - L: sensíveis a dihidropiridinas - N: neuronais - P: Neuronais - Q: Neuronais - R: Neuronais b. Sensíveis a despolarização pouca (ativam-se em voltagens mais negativas) - T: cardíacos, neuronais 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 42

H+ ++++++++ ------------- HA A- + HA CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 ATP p. H~7, 0 3 Na+ ATP Ca 2+ ADP+P 06/03/2021 Na+ ATP H+ 2 H+ ADP+ Pi ATP Cl- H+ H+ ADP+P K+ ADP+P 2 K+ H+ + HCO 3 - p. H~7, 35 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 43

Cl. K+ 2 Cl. Na+ ATP 2 K+ 3 Na+ HA ADP+ Pi HCO 3 - Cl- ------------Cl- K+ ++++++++ Na+ [Cl-]=110 m. M 06/03/2021 Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores 44

Questões 1. Discuta a operação do transportador de glicose em células hepáticas em duas condições distintas, uma de hiperglicemia e outra de hipoglicemia, esta por consumo elevado do monossacarídeo pelas células musculares. 2. Discuta as etapas do ciclo de uma ATPase E 1 E 2. Tome como exemplo a bomba de Na+-K+. 3. No esquema A estão representados os processos de reabsorção de glicose em um célula do epitélio de túbulos proximais. Discuta a reabsorção. 4. No esquema B estão os processos envolvidos na reabsorção de bicarbonato pela célula epitelial de túbulo proximal. Discuta. 5. O esquema C mostra os transportadores envolvidos na reabsorção de Na. Cl pelo ramo ascendente espesso da alça de Henle. Discuta-os. . A B Luz Na+ Gl C Luz Extracelular Na 3 Na+ K+ ~ 2 K+ CO 2+H 2 O H 2 CO 3 H+ 3 Na CO 2+H 2 O H 2 CO 3 ~ 2 K+ Luz Extracelular Na 2 Cl K 3 Na+ K Cl Na+ Gl H++HCO 3 3 HCO 3 Na+ + Gl: Glicose 06/03/2021 2 K+ Cl- K K+ ~ Fisiologia de membranas – Transporte por carregadores K+ 45