Lípidos e proteínas como componentes das membranas biológicas

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1 BIOQUÍMICA I 2010/2011 Ensino teórico - 1º ano Mestrado Integrado em Medicina 5ª Aula teórica Lípidos e proteínas como componentes das membranas biológicas 28/09/2010 Bibliografia Stryer, Biochemistry, 5ª Ed, 2006, Capítulo 12. Nelson & Cox, Lenhinger Principles of Biochemistry, 4ª Ed, 2004, Capítulo 11 (parte). 1

2 Objectivos Identificar as propriedades estruturais dos fosfolípidos como constituintes principais das membranas biológicas Avaliar o papel dos lípidos e das proteínas nas características das membranas biológicas Explicar a importância da estrutura em bicamada lipídica e das proteínas membranares COMPARTIMENTALIZAÇÃO As membranas biológicas não só existem a delimitar a célula do exterior como são utilizadas para definir meios intracelulares tornando possível: - restringir meios reaccionais apropriados (p.e. lisossomas, baixo ph) - agrupar num espaço físico restrito determinado conjunto de biomoléculas. - concentração (vesículas sinápticas, grânulos de insulina) - actividades hidrolíticas (lisossomas) - processos baseados em gradientes (síntese de ATP) 2

3 Interacções hidrófobas > lipídos - membranas - trans cis Membranas biológicas 3

4 Interacções hidrófobas e membranas biológicas Propriedades estruturais dos fosfolípidos que fazem deles os principais constituintes das membranas biológicas; Estrutura dos lípidos (glicero-, esfingo-lípidos, colesterol) Organização estrutural de membranas biológicas (lípidos e proteínas) Fluidez membranar Importância das proteínas na permeabilidade selectiva das membranas biológicas Transporte passivo e activo Importância das proteínas do citoesqueleto na estrutura/função de membranas (controlo da viabilidade do eritrócito) LÍPIDOS Definição: Moléculas orgânicas insolúveis na água e solúveis em solventes apolares Interacções hidrófobas Na maioria são: Ésteres de ácidos gordos ou Amidas de ácidos gordos Na presença de moléculas anfotéricas (sabões; detergentes), a tensão superficial da H 2 O diminui, favorecendo interacção de moléculas não polares com a água Elementos estruturais das membranas biológicas 4

5 Ácidos Gordos Nomenclatura, Classificação e Propriedades 18:0 Ácido n-octadecanóico Ácido esteárico 18:1 9 ou 18:1 w 9 cis Ácido cis-9-octadecanóico Ácido oleíco Fluidez (ordem membranar): Comprimento da cadeia Insaturações Configuração cis/trans Triglicerídeos, glicerofosfolípidos e esfingolípidos Colesterol principal esterol de origem animal Único substituinte polar 5

6 Lípidos polares Glicerofosfolípidos Ácido fosfatídico (PA) Fosfatidiletanolamina (PE) ou cefalina Fosfatidilcolina (PC) ou lecitina Fosfatidilserina (PS) Fosfatidilglicerol (PG) Fosfatidilinositol-4,5- -bisfosfato (PIP 2 ) Cardiolipina ou Difosfatidilglicerol (DPG) Lípidos polares Esfingolípidos Ceramida Esfingomielina Glucosilcerebrósido Lactosilceramida Gangliósido (GM2) 6

7 Estrutura dos fosfolípidos na presença de água MICELA BICAMADA LIPOSSOMA Características das membranas AS BICAMADAS SÃO FLUIDAS No estado de gele, as cadeias hidrocarbonadas adoptam uma conformação trans Acima da temperatura de transição, as cadeias sofrem rápidos movimentos de rotação em volta das ligações C-C conformação cis O efeito fluidizante (abaixo da Tm) ou condensante (acima da Tm) do colesterol 7

8 Características das membranas Difusão Lateral (rápida) e Difusão Transversal (ou flip-flop, muito lenta) dos lípidos membranares Ácidos gordos e fluidez membranar Fluidez (ordem membranar) - Comprimento da cadeira (nº C) - Insaturações - Configuração cis/trans ácidos gordos saturados Mistura de ácidos gordos saturados e insaturados A ordem membranar é modificada na presença de ligações duplas nos ácidos gordos membranares 8

9 Colesterol e fluidez membranar COLESTEROL orientação entre fosfolípidos cabeça Polar parte Apolar Colesterol preenche o espaço deixado pelo ângulo dos ácidos gordos insaturados Efeito CONDENSANTE acima da Tm Distribuição dos fosfolípidos na membrana Distribuição assimétrica dos fosfolípidos entre as duas monocamadas da membrana plasmática do eritrócito 9

10 DIFERENTES PERCENTAGEM DE LÍPIDOS EM DIFERENTES MEMBRANAS DIFERENTE PERCENTAGEM DE FOSFOLÍPIDOS EM DIFERENTES TECIDOS Fosfolípido Cérebro Coração Fígado Pulmão PC 36,8 36,6 52,2 46,2 PE 36,4 29,7 25,2 22,2 PI 3,1 3,7 7,6 3,9 PS 11,8 3,2 3,4 9,0 Sph) 5,7 3,1 4,2 10,0 PA 1,2 0,3 0,4 0,3 PG 2,2 12,2 4,8 3,3 Outros 2,8 11,2 2,2 5,1 Membrana plasmática - barreira delimitando a célula Preserva o interior mas isola do exterior Adequação e interacção com o exterior exige: Aferir modificações do meio ambiente (para adequar o funcionamento celular) RECEPTORES MEMBRANARES Trocar nutrientes e detritos metabólicos com o exterior SISTEMAS DE TRANSPORTE 10

11 O modelo do mosaico fluído apresenta, para além dos lípidos em bicamada, proteínas integrais (a, b, c) e proteínas periféricas (d, e) annulus lipídico o colesterol é excluído Razões geométricas Hidrofobicidade Fosfolípidos da zona fluidizante (movimentação rápida, 10-7 s) Fosfolípidos do anulus lipídico (movimentação lenta, < 10-7 s) Os lípidos criam o meio adequado para a actividade funcional das proteínas Proteínas periféricas e integrais Acção de detergentes extracção de proteínas integrais As proteínas periféricas podem ser isoladas através de alterações de ph, força iónica, remoção de Ca 2+ ou adição de ureia Proteínas periféricas que interagem com lípidos membranares (ex. glicosil-pi) podem ser isoladas após tratamento com fosfolipase C As proteínas integrais podem ser isoladas após extracção com detergentes, que destroem as interacções hidrofóbicas com a bicamada lipídica 11

12 Membranas biológicas características comuns: a. Estrutura em folha Espessura Å Limites fechados entre os compartimentos celulares b. Componentes principais: Lípidos e Proteínas Relação proteína:lípido 1:4 a 4:1 Minoritários: Hidratos de carbono c. Os lípidos das membranas são moléculas anfipáticas Estrutura em Bicamada d. Proteínas específicas medeiam funções específicas - Receptores, Bombas iónicas, Enzimas e. Os componentes das membranas interagem por forças não-covalentes f. As membranas são assimétricas Estrutura das membranas biológicas = Mosaico fluído = g. As membranas são estruturas fluidas: Mobilidade de lípidos e proteínas BIOQUÍMICA I 2010/2011 Ensino teórico - 1º ano Mestrado Integrado em Medicina 6ª Aula teórica Transportadores membranares: estrutura das membranas celulares exemplo do eritrócito 04/10/