Membranas biológicas e transporte

Transcrição

1 Membranas biológicas e transporte

2 A membrana plasmática tem dois papéis: isola o citoplasma e medeia as interacções entre a célula e o seu ambiente. É formada por proteínas e lípidos polares. membrana

3 Cada tipo de membrana tem lípidos e proteínas característicos Principais componentes da membrana plasmática (% em massa) de vários organismos Mielina humana Fígado de rato Folha de trigo Proteína Fosfolípido Esterol Tipo de esterol Outros lípidos Colesterol Galactolípidos, plsmalogéneos Colesterol Sitoesterol Galactolípidos Levedura Ergosterol TAGs, outros Paramécia Estigmaeste rol E. coli

4 Componentes lipídicos da membrana plasmática Fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina e esfingomielina Fosfatidilinositol (interior) Glicolípidos (exterior) Colesterol (interior e exterior)

5 O modelo do mosaico fluido As membranas são assimétricas as proteínas e lípidos são diferentes nos dois lados da membrana

6 Quando lípidos polares são misturados com água, podem-se formar três tipos de agregados: M Micelas Ácidos gordos Lisofosfolípidos Detergentes

7 Bicamadas A bicamada lipídica é a base estrutural das membranas biológicas

8 Vesícula Cavidade aquosa Lipossoma

9 As proteínas das membranas associam-se com a membrana de várias maneiras Proteínas integrais e periféricas

10 A ligação das proteínas integrais à membrana é feita através de interacções hidrófobas. Disposição transmembranar da glicoporina dos eritrócitos

11 Proteínas integrais de membranas H 3 N + Tipo I - OOC H 3 N + - OOC Tipo II Tipo III Tipo IV Tipo V Tipo VI Interior Exterior

12 Proteínas integrais da membrana dos eritrócitos Hélices α transmembranares

13 A membrana externa contém porinas que formam canais aquosos (folhas pregueadas β) permitindo a passagem de iões e pequenas moléculas Membranas externas de bactérias

14 Proteínas periféricas podem estar ancoradas na membrana por lípidos e glicolípidos. (ác. gordos, derivados glicosilados do fosfatidilinositol) As proteínas periféricas também se ligam aos lípidos por ligações iónicas, ou de hidrogénio

15 As membranas biológicas são flexíveis devido às interacções não covalentes entre os lípidos. A estrutura e flexibilidade depende do tipo de lípidos e varia com a temperatura. Estado fluido Estado paracristalino (gel) Acima da temperatura fisiológica, o calor provoca o movimento das cadeias Abaixo da temperatura fisiológica, os movimentos estão constrangidos

16 À temperatura fisiológica - (mamíferos ) os lípidos estão num estado ordenado líquido. Há menos movimento térmico nas cadeias do que a temperaturas elevadas, mas o movimento lateral no plano da bicamada é permitido.

17 À temperatura fisiológica: O empacotamento (estado paracristalino) é favorecido por: Ácidos gordos saturados de cadeia longa Colesterol O estado fluido é favorecido por: Ácidos gordos saturados de cadeia mais curta Ácidos gordos insaturados

18 As células regulam a sua composição lipídica para manter a fluidez das membranas nas várias condições fisiológicas. Composição em lípidos de células de E.coli cultivadas a diferentes temperaturas % de ácidos gordos totais 10 o C 20 o C 30 o C 40 o C Ác. mirístico (14:0) Ác. palmítico (16:0) Ác. palmitoleico (16:1) Ác. oleico (18:1) Ác. Hidroximirístico Razão insat/sat 2,9 2,0 1,6 0,38 Retirado de D.L. Nelson, M.M. Cox, Lehninger Principles of Biochemistry, 5th ed., Worth, N.Y

19 Movimento de fosfolípidos numa bicamada Às temperaturas fisiológicas a difusão flipflop de uma molécula de um lípido ocorre muito lentamente. Enzimas que promovem o flipflop : Flipases, flopases, scramblases

20 Os lípidos e as proteínas difundem-se lateralmente na bicamada lipídica. A difusão lateral dos lípidos no plano da bicamada é muito rápida.

21 A difusão lateral das proteínas e lípidos pode ser restringida por junções entre as células Célula epitelial polarizada

22 Os esfingolípidos e o colesterol agregam-se em jangadas de lípidos (zonas mais espessas e menos fluidas da membrana) As jangadas são ricas em proteínas periféricas ancoradas a membrana por ác. gordos saturados e derivados glicosilados do inositol proteínas GPI.

23 Gases Permeabilidade das bicamadas lipídicas Moléculas hidrófobas Pequenas moléculas polares Grandes moléculas polares Moléculas carregadas H + Cl -

24 Transporte de moléculas através das membranas Difusão passiva (a) Difusão facilitada: proteinas canal (canais iónicos)(b) proteínas transportadoras (glúcidos, aa e nucleósidos)(c) Transporte activo (d)

25 Difusão passiva Difusão através da membrana Transporte a favor do gradiente de concentração Processo não selectivo Não requer energia Difusão facilitada Transporte a favor do gradiente de concentração e do potencial eléctrico (moléculas carregadas) Mediada por proteínas Processo selectivo Não requer energia

26 Quando iões de carga oposta estão separados por uma membrana permeável há um gradiente eléctrico transmembranar potencial de membrana (Vm). O potencial de membrana é uma força condutora para o movimento dos iões que tende a reduzir o Vm. Antes do equilíbrio Depois do equilíbrio

27 A direcção do movimento de um soluto carregado através de uma membrana, depende: Do gradiente químico (diferença de concentrações) Do gradiente eléctrico (Vm) Estes dois factores são designados por gradiente electroquímico

28 Exemplo 1: proteína transportadora da glucose Estrutura da proteína transportadora de glucose Modelo para a difusão facilitada da glucose

29 Exemplo 2: Permutador cloreto-bicarbonato da membrana do eritrócito

30 Proteinas canal formam poros na membrana permitindo a passagem de moléculas com tamanho e carga apropriados. Ex. Porinas (bactérias) - passagem de iões e pequenas moléculas polares através da membrana externa. Junções Gap passagem de moléculas entre células. Aquaporinas passagem de moléculas de água através das membranas de algumas células. Canais iónicos Os mais bem caracterizados. Permitem a passagem de iões através das membranas.

31 Modelo de um canal iónico Na conformação fechada o fluxo de iões está bloqueado por um gate. A abertura do gate permite a passagem dos iões. O canal tem um poro estreito que restringe a passagem a iões com o tamanho e carga adequada.

32 Propriedades dos canais iónicos: 1- O transporte é muito rápido. 2- São altamente selectivos (tamanho dos poros e cargas no canal). 3 A abertura dos canais é regulável por gates em resposta a estímulos : ligandos ( ligand-gated ) ou variações no potencial eléctrico ( voltage-gated ).

33 Ex. Canal iónico ( ligand-gated ) Sinalização pela libertação de um neurotransmissor numa sinapse O neurotransmissor liga-se a receptores e abre canais iónicos na membrana plasmática da célula alvo.

34 Modelo do receptor nicotínico da acetilcolina (células do músculo) A ligação da acetilcolina abre um canal que é permeável a Na + e K +. O canal é rodeado por aa com carga negativa que impedem o fluxo de iões negativos

35 Transporte activo transporte contra gradientes electeoquímicos. Requer energia. Gradientes iónicos através da membrana plasmática de uma célula típica As baixas concentrações de Na + e Cl - no interior equilibram a elevada concentração de compostos orgânicos igualando a pressão osmótica e impedindo o influxo de água.

36 Transporte activo acoplado á hidrólise de ATP Modelo para a acção da bomba de Na + /K + Consome cerca de 25% do ATP usado por muitas células animais.

37 O transporte activo de Ca 2+ é feito por uma bomba de Ca 2+, estruturalmente parecida com a bomba de Na + - K +. Também depende da hidrólise de ATP A proteína transporta Ca 2+ para fora da célula. Ca 2+ intracelular : 0,1 µm Ca 2+ extracelular: 1mM Pequenas variações no Ca 2+ intracelular são sinalização para contracção muscular.

38 A maior família de transportadores de membrana são transportadores ABC (ATP Binding Cassete) Ex. transportador MDR que torna as células cancerosas resistentes à quimioterapia

39 Transporte ativo conduzido por gradientes iónicos (Transporte ativo secundário) Nas células animais, a bomba de Na + - K + mantém as diferenças nas concentrações citosólicas e extracelulares de Na + e K + e o gradiente resultante, é usado como fonte de energia para outros processos de transporte. Ex. O gradiente de Na + é usado para transportar glucose para dentro das células epiteliais do intestino.

40 Transporte ativo primário e secundário S S S S S X X X X X X X X

41 Ex. Transporte activo da glucose conduzido pelo gradiente de Na +. O transportador conduz uma molécula de glucose e dois iões Na + para dentro da célula.

42 Tipos de transporte: Simporte transporte de 2 moléculas na mesma direcção. Ex. captura coordenada de glucose de Na +. Uniporte transporte de uma única molécula. Ex. difusão facilitada de glucose. Antiporte Duas moléculas são transportadas em direcções opostas. Ex. bomba de Na + - K +, proteína que troca Na + - H + (reguladora do ph intracelular)