Biomembranas. Profa. Ana Paula Ulian de Araújo IFSC, USP

Transcrição

1 Biomembranas Profa. Ana Paula Ulian de Araújo IFSC, USP

2 As biomembranas formam estruturas fechadas A estrutura da bicamada é similar para as biomembranas; Composição: lipídica e protéica; Delimitam a célula e seus compartimentos; Controlam o movimento de moléculas;

3 Esquema dos principais componentes da arquitetura celular eucariótica

4 Face exoplásmica Face citosólica Faces das membranas celulares

5 Efeito hidrofóbico dos lipídeos: H 2 O se organiza ao redor

6 Fosfolipídeos formam espontaneamente bicamadas lipídicas

7 Membranas São estruturas dinâmicas, fluidas: a maioria das moléculas é capaz de se mover no plano da bicamada! São auto-selantes : rearranjamse para eliminar ângulos livres.

8 Bicamada da membrana Micrografia eletrônica de uma secção da membrana de um eritrócito. Grupos de cabeças polares Caudas hidrofóbicas Grupos de cabeças polares

9 Propriedades da bicamada Barreira impermeável a compostos hidrofílicos; Estabilidade: mantida via interações hidrofóbicas e van de Waals mantém sua arquitetura mesmo com variações de ph e força iônica do ambiente externo Permitem gradientes iônicos!

10 Composição lipídica das células animais: muitas possibilidades Fosfolipídeos Glicolipídeos Colesterol Fosfoglicerídeos Fosfatidilserina Fosfatidiletanolamina Fosfatidilcolina Fosfatidilinositol Esfingolipídeos Esfingomielina Gangliosídeos Galactocerebrosídeo Ác. siálico

11 Composição lipídica Fosfoglicerídeos (fosfatidilcolina) Cabeça polar Colesterol Esfingolipídeos (esfingomielina) Glicolipídeos Gangliosídeo G M1 TODOS SÃO MOLÉCULAS ANFIPÁTICAS!

12 As partes de um fosfolipídeo (fosfoglicerídeo): Fosfatidilcolina Os maiores componentes lipídicos das membranas biológicas são fosfolipídeos

13 Fosfoglicerídeos Fosfoglicerídeos Cauda hidrofóbica Cabeça polar As 2 cadeias acil graxas podem diferir: - No número de C (~14 a 24); - No grau de insaturação (0, 1 ou 2 =); O fosfoglicerídeo é classificado segundo a natureza de sua cabeça polar.

14 Fosfoglicerídeos

15 Esfingolipídeos esfingomielina Derivados da esfingosina = um álcool amino com uma longa cadeia de hidrocarbonos. A SM, é o esfingolipídeo mais abundante (é um fosfolipídeo também)

16 Fosfolipídeos dispersos em água espontaneamente formam esferas chamadas lipossomas. Cavidade aquosa Variam de 25nm até 1 um de diâmetro

17 Fluidez da bicamada: Uma bicamada de fosfolipídeos pode existir em 2 estados físicos dependendo da temperatura: - estado gel: em baixas temperaturas (baixa fluidez no plano da bicamada) - estado fluido (aumento temperatura) Membranas biológicas são fluidas... A temperatura de transição de fase (mudança de fluido para gel) é dita temperatura de transição. depende da natureza química dos componentes da membrana.

18 Forma gel e fluida dos fosfolipídeos da bicamada

19 Efeito da insaturação nos ác. graxos Efeito na bicamada

20 FLUIDEZ Cadeias acil graxas insaturadas = menos interações membrana + fluida Cadeias acil graxas curtas= > fluidez Longas caudas saturadas= menor fluidez bactérias, leveduras adaptam-se: sob altas T produzem lípideos com caudas mais longas e saturadas Plantas: produzem lipídeos insaturados (fluidos) Animais: já produzem gorduras saturadas, portanto, seus lipídeos são mais sólidos

21 Fluidez Fluidez da bicamada dependende de sua composição e da temperatura Fluidez permite: rápida difusão das proteínas de membrana no plano da bicamada interação com outras proteínas fusão de membranas diferentes com a consequente redistribuição dos lipídeos e proteínas

22 Movimento dos lipídeos nas bicamadas A movimentação térmica permite que as moléculas lipídicas movimentem-se no plano da bicamada. Difusão lateral 10 7 x/seg Rotação flip-flop é raro

23 A bicamada de muitas membranas não é composta exclusivamente de fosfolipídeos, frequentemente há também: COLESTEROL e GLICOLIPÍDEOS

24 Colesterol Especialmente abundante nas membranas plasmáticas de células de mamíferos. Não pode formar estrutura de bicamada, exceto quando misturado a fosfolipídeos.

25 O colesterol apresenta efeito de ordenamento na bicamada de PC Colesterol = em concentrações normais, tende a tornar as membranas menos deformáveis e menos permeáveis à água, mas não menos fluidas. [colesterol] = inibe possíveis transições de fase para cristalização

26 Composição de lipídeos x propriedades físicas da membrana As propriedades características de cada membrana são dadas por uma composição particular de lipídeos; Podem refletir uma especialização

27 Efeito da composição de lipídeos na curvatura da membrana

28

29 A assimetria da bicamada A composição lipídica das 2 monocamadas da bicamada é distinta! Essa assimetria é funcionalmente importante, principalmente na sinalização; Diminuem a fluidez

30 Glicolipídeos

31 Glicolipídeos Encontrados na superfície de todas as membranas plasmáticas Lipídeos com maior assimetria de distribuição nas membranas; Localizam-se exclusivamente na monocamada nãocitosólica, principalmente em microdomínios Face não-citosólica

32 Microdomínios A maior parte dos tipos de lipídeos de membrana está misturada ao acaso na monocamada; Alguns lipídeos e proteínas podem unir-se temporariamente em pequenos microdomínios especializados (lipid rafts ou balsas lipídicas); Comuns nas membranas animais, são ricos em esfingolipídeos e colesterol; Bicamada é mais espessa e pode acomodar melhor certas proteínas.

33 Membranas biológicas As quantidades e tipos de proteínas das membramas são altamente variáveis

34 Proteínas de membrana A bicamada lipídica promove a estrutura básica de todas as membranas celulares e é uma barreira semipermeável a moléculas. A maior parte das funções da membrana são desempenhadas pelas proteínas de membrana. Podem ser: - transportadoras; âncoras; receptoras e enzimas

35 Como as proteínas de membrana se associam a bicamada lipídica? Bicamada lipídica Proteínas integrais de membrana: é preciso desmontar a bicamada para extraí-las. Proteínas ancoradas a lipídeos Proteínas periféricas de membrana

36 Barris de fitas β podem atravessar a membrana periplasma Modelo de uma porina (OmpX) encontrada na membrana externa de E. coli

37 Barris β formados a partir de diferentes números de fitas β (1) E. coli OmpA (8 fitas β) serve como um receptor viral. (2) E. coli OMPLA (12 fitas β) é uma lipase (3) Porina de Rhodobacter capsulatus, que forma poros na memb. ext. (4) E. coli FepA (22 fitas β) é um tranportador de íons. Dentro do barril há um domínio globular (azul) que liga ferro.

38 As hélices α embebidas na membrana são as estruturas secundárias predominantes nas proteínas transmembrana Modelo estrutural da bacteriorrodopsina, que atua como fotorreceptor em algumas bactérias (exporta H + ativamente)

39 Proteínas transmembrana Domínio exoplásmico - Polipeptídeo que se extende da membrana para o lado externo da célula ou para o lúmen de organelas. - Obedece as mesmas regras que as proteínas solúveis, pode ter funções variadas e é frequentemente glicosilado. Domínio citoplásmico - Polipeptídeo que se extende da membrana para o citoplasma da célula. Também é solúvel. - Geralmente há 2 aminoácidos carregados (+) imediatamente após o domínio transmembrana.

40 Domínio exoplásmico Domínio citoplásmico

41 Plotagem de hidropatia para localizar potenciais segmentos de α-hélice que atravessam a membrana Glicoforina: Proteína de Membrana Unipassagem

42 Plotagem de hidropatia para Bacteriorrodopsina: 7 α-hélices transmembrana Proteínas de membrana multipassagem

43 Solubilização de proteínas integrais de membrana

44 Proteínas Periféricas de Membrana: Não interagem com a bicamada, ligam-se não-covalentemente à: - proteínas integrais de membrana (interações eletrostáticas e/ou ligações de hidrogênio) ou - superfície da própria bicamada (interações eletrostáticas)

45 The photosynthetic reaction centre of a purple bacterium Proteína extracelular periférica de membrana Proteína Integral de membrana (multi-passo com 11 hélices TM) Proteína Intracelular periférica de membrana

46 Proteínas ancoradas à Lipídeos : lipídeos ligados covalentemente à proteína. A proteína em si não penetra na bicamada. Fenilação Acilação

47 As proteínas de membrana são móveis Dependendo do tipo celular, 30 a 90% das proteínas de membrana são móveis; A taxa de difusão lateral na membrana intacta é ~10 a 30 x mais baixa do que da mesma proteína em lipossomos; mobilidade restrita por interações com o citoesqueleto! Formas de restringir a mobilidade lateral de proteínas: A) Auto-agrupamento; B e C) interações com macromoléculas; D) Interação com proteínas de superfície.

48 FRAP

49 Referências Alberts, B. Biologia Molecular da Célula - 5ª Ed., Editora: Artmed, Niemelä, P. S. Membrane Proteins Diffuse as Dynamic Complexes with Lipids. J. Am. Chem. Soc., 2010, 132 (22), pp DOI: /ja101481b