As membranas são os contornos das células, compostos por uma bicamada lipídica

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1 Células e Membranas As membranas são os contornos das células, compostos por uma bicamada lipídica Organelas são compartimentos celulares limitados por membranas A membrana plasmática é por si só uma organela. Todas as membranas são topologicamente esféricas (veja diagrama acima) Células procarióticas: 1 compartimento composto de uma única membrana que envolve a célula. O citoplasma e o DNA estão contidos em um único compartimento exemplo: bactéria A maioria das bactérias possui uma parede celular cercada por uma membrana plasmática A membrana plasmática denota o contorno da células. Ela separa o interior da célula do exterior da célula. O DNA nas células das bactérias possui uma extensão de ~1mm. NO entanto, as células possuem uma extensão de apenas 2~2um o DNA é enrolado e dobrado dentro das células. A glicólise ocorre no citoplasma de todos os organismos (procarióticos e eucarióticos)

2 2 Células eucarióticas As células são envoltas pela membrana plasmática. Os compartimentos internos (também chamados organelas) também são envoltos por membranas. As células são definidas pela membrana plasmática externa. As membranas também definem os compartimentos intracelulares. Uma célula eucariótica (de: Membrana Plasmática composta de uma bicamada lipídica Núcleo e Mitocôndria são envoltos por duas membranas (interna e externa) Citosol áreas aquosas dentro do núcleo das células. O citosol não inclui a organelas As células possuem diversos compartimentos, definidos por membranas Exemplo:

3 3 Lisossomo: vesícula ou compartimento onde as proteínas e outras moléculas são degradadas; contém enzimas digestivas O interior dos lisossomos é bastante ácido. O lisossomo contém proteases (que degradam as proteínas) e nucleases que degradam os ácidos nucléicos DNA, RNA) Núcleo: Compartimento celular que contém o DNA RNA é sintetizado no núcleo e enviado para o citoplasma para translação Mitocôndria: organela das células eucarióticas, e o principal sítio de geração (fonte de energia) de ATP. a mitocôndria é composta por uma membrana externa e uma membrana interna intensamente pregueada. Cada organela, inclusive a membrana plasmática, possui sua própria composição de proteínas.

4 4 (de: Estrutura da Membrana bicamada de fosfolipídeos contém proteínas (algumas são proteínas intrínsecas, outras são proteínas transmembrana que transportam moléculas para dentro e para fora das células ou agem como receptores da superfície celular) Exemplo de uma proteína de membrana: Todas as membranas são compostas de uma bicamada lipídica que contém fosfolipídeos compostos de ácidos graxos saturados e insaturados.

5 5 Ácidos graxos insaturados dão mais fluidez à membrana uma vez que possuem C=C e C-C As ligações dos fosfolipídeos resultantes (como o ácido oléico e o ácido linoleico poliinsaturado) fornecem maior fluidez. Ácidos Graxos são longas cadeias de carboidratos ligadas à um grupo carboxílico ex.: CH 3 (CH2) n COOH (n é usualmente 8-12) Fosfolipídeos são formados quando 1 molécula de glicerol é esterificada por dois ácidos graxos. Os fosfolipídeos encontrados nas membrana celulares são modificados no grupo fosfato Um fosfolipídeo com uma modificação etanolamina é chamado: fosfatidiletanolamina Fosfolipídeos podem ser representados como Os fosfolipídeos são armazenados dentro da bicamada lipídica em virtude das reações hidrofóbicas entre as cadeias de ácidos graxos e fosfolipídeos (os emaranhamentos nos ácidos graxos insaturados rompem essas ligações) O armazenamento também protege os ácidos graxos do ambiente hidrofílico.

6 6 O armazenamento das cadeias graxas acil deve-se às interações de Vander Walls e efeitos hidrofóbicos. A distância completa da bicamada lipídica é de aproximadamente 3 nm ou 30 angstroms. Os fosfolipídeos formam espontaneamente bicamadas em soluções líquidas. Cadeias de carboidratos nunca estão expostas à água; bicamadas de fosfolipídeos geralmente formam compartimentos fechados uma membrana contínua sem bordas livres. Os fosfolipídeos geralmente apresentam três formas distintas em solução: Micelos vesículas com um interior hidrofóbico Lipossomos vesículas com interior aquoso Lâminas de Bicamadas (apesar de não haver bicamada lipídica em solução aquosa, teremos bordas livres. Todas as membranas biológicas formam compartimentos fechados e apresentam aparência topográfica semelhante a esferas. Observe o potencial elétrico através de uma membrana celular: A membrana age como um capacitor: armazena uma carga através da membrana. A região hidrofóbica age como um isolante, não permite a passagem de água e íons. Isolante região hidrofóbica (cadeias de ácidos graxos) Capacitor grupo hidrofílico do corpo (grupo fosfato) Em praticamente todas as células, o interior é negativo em relação ao exterior. O potencial elétrico através da membrana é -70mV. 70mV não parece alto. No entanto, se consideramos a espessura da membrana (~3.5 nm) 0,07 V/ 3,5 x10 7 cm = 200,000 volts/centímetro!

7 7 Membrana Plasmática da Célula (Modelo do Mosaico Fluido) (De: Características da Membrana Plasmática: Membrana plasmática mantém moléculas pequenas como o ATP, mas também excreta pequenas moléculas residuais Membrana plasmática é uma barreira seletiva. É relativamente impermeável para a maioria das molécula, como íons, açúcares, aminoácidos moléculas que as células precisam absorver. Membrana plasmática contém proteínas que são usadas na absorção e excreção de pequenas moléculas As proteínas nas membrana ajudam a ligar as células moléculas adesivas que unem as células umas às outras para formar os tecidos Certas molécula passam através das membranas plasmáticas por meio das proteínas A membrana plasmática contém diversas proteínas diferentes algumas proteínas são chamadas de receptores (ligam-se a moléculas como os hormônios) e outras são chamadas de proteínas de transporte (transportam as moléculas para dentro/fora das células) As células contém um número diferente de organelas muitas das quais são envoltas por membranas (bicamada lipídica) Cada organela é um órgão especializado, determinado principalmente pelos tipos de proteínas encontradas no seu interior, assim como pelo tipo de proteínas encontradas na membrana celular. Como as proteínas entram nas membranas (quais possuem interiores hidrofóbicos)? Todas as proteínas possuem ligações C=O e N-H... que são ligações polares. Isso não deveria ser um problema no interior hidrofóbico da membrana? Isso não é um problema uma vez que a região transmembrana da proteína forma uma estrutura chamada hélice (hélice alfa), que permite que os grupos C=O e N-H liguem-se uns aos outros e não interajam com a região hidrofóbica da membrana plasmática.

8 8 Estrutura da Hélice (De Dois Pontos a Respeito da Estrutura da Hélice 1) Extensas ligações de hidrogênio entre os grupos NH e C=O. 2) Os grupos polares NH e C=O encontram-se no interior da hélice. Os grupos R (cadeias laterais) dos aminoácidos projetam-se para fora da hélice. Quais tipos de aminoácidos seriam encontrados na região transmembrana de uma proteína? Aminoácidos com grupo R hidrofóbicos. Os grupos R hidrofóbicos interagem de forma favorável com o interior hidrofóbico da membrana plasmática Os aminoácidos a seguir podem ser encontrados na região transmembrana de uma proteína:

9 9 Exemplos de proteínas transmembrana 1) Observe o receptor de insulina (um hormônio) situado na membrana plasmática de uma células 2) Transportados de Glicose:

10 10 Na realidade, as hélices não estão alinhadas, elas estão agrupadas para formar um poro através do qual a glicose pode ser transportada: Esses transportadores são proteínas específicas da membrana que transportam as moléculas (ex.: glicose) através da membrana. As proteínas ligam-se às moléculas, as transportam através da membrana e então as liberam do outro lado. Após o processo, o transportador permanece inalterado: Observe uma organela especializada chamada lisossomo na célula: A membrana do lisossomo contém proteínas especializadas usadas na manutenção da natureza ácida do interior (lúmen) do lisossomo.

11 11 1) Bomba de Prótons (H + ) ativada por ATP a. Bombeia íons H + para o interior dos lisossomos b. Usa a energia obtida a partir da hidrólise do ATP (ATP [x] ADP + Pi) para bombear íons H + para o lúmen dos lisossomos. A aumento da [H+] resulta no ph baixo (acidez) do lisossomo. 2) Proteína do Canal de Cla. Permite o fluxo de Cl- na direção de seu gradiente de concentração para dentro do lisossomo. b. Íons Cl- equilibram i aumento na carga gerada pelos íons H+ A concentração de íons H + é 100x maior no lúmen do lisossomo do que no citosol!!!! Observe uma célula especializada chamada eritrócito: o eritrócito (também conhecido como glóbulo vermelho) é um disco bicôncavo o glóbulo vermelho tornou-se anucleado (perdeu seu núcleo) durante a diferenciação celular (desenvolvimento do glóbulo vermelho) o glóbulo vermelho é composto por hemoglobina (proteína transportadora de oxigênio) A meia-vida do glóbulo vermelho (t 1/2 ) é de 120 dias. Apesar de o glóbulo vermelho possuir um diâmetro de ~7um, ele possui forma flexível, o que permite que ele passe através de capilares mais estreitos no sistema circulatório. A flexibilidade do glóbulo vermelho deve-se e é estendida à rede do citoesqueleto sob a membrana plasmática Observe a membrana plasmática do eritrócito e a rede de proteínas:

12 12 Redes densas de proteínas também conectam células. Duas células podem ser conectadas por uma rede completa de proteínas: juntas Revisão: Todas as membranas são compostas de fosfolipídeos dispostos em uma bicamada

13 13 Todas as organelas são ligadas por membranas Todas as organelas são compostas por proteínas que: Fornecem forma à organela Transportam molécula através das membranas Fornecem características à organela