Introdução à Bioquímica

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1 Introdução à Bioquímica Membranas Biológicas Dra. Fernanda Canduri Laboratório de Sistemas BioMoleculares. Departamento de Física.. UNESP São José do Rio Preto - SP.

2 Conteúdo Proteínas de membrana Proteínas integrais de membrana Proteínas ligadas a lipídeos Proteínas periféricas de membrana Estrutura e montagem de membranas O modelo do mosaico fluido A membrana do eritrócito A assimetria dos lipídeos A rota secretória

3 Conteúdo Lipoproteínas e endocitose mediada por receptores Estrutura de lipoproteínas Endocitose de LDL mediada por receptores Transporte através de membranas Mecanismos de transporte mediado Transporte ativo impelido por ATP Transporte ativo impelido por gradiente de íons

4 Membranas biológicas A bicamada lipídica representa uma formidável barreira à passagem de moléculas polares. As membranas organizam os processos biológicos, tornando-os compartimentalizados A natureza dos processos biológicos, que são caracterizados por um equilíbrio dinâmico de fluxos de energia e materiais e pela capacidade de responder a condições externas variáveis, exige que certas moléculas e íons passem através da bicamada lipídica

5 Proteínas de membrana Todas as membranas biológicas são compostas por proteínas associadas a uma matriz de bicamada lipídica, embora os componentes protéicos e lipídicos específicos variem de acordo com a identidade da membrana As proporções de proteínas para lipídeos variam consideravelmente com a função da membrana membranas eucarióticas possuem cerca de 50% de proteínas Podem ser classificadas de acordo com seu modo de interação com a membrana: proteínas integrais ou periféricas, ou como proteínas ligadas a lipídeos

6 Proteínas integrais de membrana Proteínas integrais ou intrínsecas são fortemente ligadas às membranas por meio de interações hidrofóbicas Ligam-se fortemente aos lipídeos Tendem a agregar-se e a precipitar em solução aquosa São moléculas anfifílicas orientadas assimetricamente: os segmentos de proteínas imersos no interior apolar da membrana possuem resíduos superficiais predominantemente hidrofóbicos, ao passo que as porções que se estendem no ambiente aquoso são cobertas por resíduos polares

7 A glicoforina A de eritrócitos humanos é uma proteína transmembrana ela atravessa completamente a membrana

8 Todas as proteínas associadas à membrana estão pelo menos parcialmente expostas ao ambiente aquoso A bacteriorrodopsina contém sete segmentos transmembrana é uma proteína de 247 resíduos de aminoácidos isolada de uma bactéria halofílica A membrana celular da bactéria contém áreas de ~0,5µm de extensão, conhecidas como membranas púrpuras que consistem de 75% de bacteriorrodopsina e 25% de lipídeos

9 É uma bomba de prótons impelida por luz: gera um gradiente de concentração de prótons que fornece energia para a síntese de ATP grupo absorvente de luz é o retinal retinal

10 Proteínas ligadas a lipídeos Algumas proteínas associadas a membranas contêm lipídeos covalentemente ligados a elas, responsáveis pelo ancoramento de tais proteínas à membrana O grupo lipídico pode mediar interações proteína-proteína ou modificar a estrutura e a atividade da proteína à qual ele está fixado Ocorrem em três variedades: proteínas preniladas, proteínas graxo-aciladas e proteínas ligadas a glicosilfosfatidil-inositol Uma proteína pode conter mais de um grupo lipídico covalentemente ligado a ela

11 Proteínas preniladas Possuem lipídeos ligados covalentemente a elas, constituídos por unidades de isopreno (composto de C5) Os grupos isoprenóides mais comuns são os resíduos farnesil C15 e geranilgeranil C20 isopreno

12 O sítio mais comum de prenilação de proteínas é o tetrapeptídeo C-terminal C-X-X-Y, em que C é Cys e X é um resíduo de aminoácido alifático. Y influencia no tipo de prenilação Dois tipos de ácidos graxos, o ácido mirístico e o ácido palmítico, estão ligados a proteínas de membrana O ác. mirístico (C14 saturado) liga-se através de um resíduo de Gly na extremidade N-terminal estão localizadas em vários compartimentos subcelulares, incluindo o citosol, RE, membrana plasmática e núcleo O ác. palmítico (C16 saturado) liga-se a um resíduo de Cys específico. Ocorrem quase exclusivamente na superfície citoplasmática da membrana

13 GPI As proteínas ligadas a glicosilfosfatidilinositol (GPI) ocorrem em todos os eucariotos, mas são abundantes em alguns protozoários parasitas localizam-se apenas na superfície exterior da membrana liga-se ao grupo carboxila C-terminal da proteína

14 Proteínas periféricas de membrana Ao contrário das proteínas integrais, ou aquelas ligadas a lipídeos, podem ser dissociadas das membranas As proteínas periféricas não se ligam a lipídeos associam-se às membranas ligando-se à superfície delas por meio de interações eletrostáticas e ligações de hidrogênio Citocromo C é um exemplo - proteína periférica associada à superfície externa da membrana mitocondrial interna.

15 Estrutura e montagem de membranas O modelo do mosaico fluido

16 Estrutura e montagem de membranas

17 O modelo do mosaico fluido A fluidez demonstrada por bicamadas lipídicas sugere que as membranas biológicas possuem propriedades similares Teoria postulada em 1972 por Jonathan Singer e Garth Nicolson As proteínas integrais são vistas como icebergs flutuando em um mar lipídico bidimensinal Estas proteínas são capazes de difundirem-se lateralmente na matriz lipídica, a menos que esse movimento seja restringido

18 O modelo do mosaico fluido

19 O modelo do mosaico fluido As proteínas de membrana possuem velocidades de difusão lateral variadas Entre 30 a 90% dessas proteínas difundem-se livremente Algumas proteínas difundem-se de modo mais lento e algumas são essencialmente imóveis, devido a conexões sob a membrana

20 A membrana do eritrócito Devido a sua relativa simplicidade, disponibilidade e facilidade de isolamento, tornou-se a membrana biológica mais estudada e melhor compreendida Ela é um modelo para as membranas mais complexas de outros tipos celulares Ela contém uma variedade de proteínas observadas por SDS-PAGE O esqueleto da membrana do eritrócito é responsável pela forma da célula forma de disco bicôncavo que assegura a rápida difusão de O 2 para as moléculas de Hb

21 Membrana do eritrócito A membrana rola através da célula enquanto mantém a sua forma, similar à esteira de um trator Presença de uma rede de proteínas submembrana que funciona como se fosse seu esqueleto A proteína espectrina corresponde a ~75% do esqueleto da membrana de tais células

22 Membrana do eritrócito O citoesqueleto do eritrócito é deformável, o que lhe confere a flexibilidade necessária para que essas células se comprimam através dos capilares Indivíduos com esferocitose hereditária possuem eritrócitos esferoidais relativamente frágeis e inflexíveis sofrem de anemia hemolítica A anemia hemolítica pode ser amenizada pela remoção cirúrgica do baço Síntese reduzida de espectrina

23 O citosol contribui para a heterogeneidade da membrana O modelo de portões e cercas é sustentado pela descoberta de que a destruição parcial do citoesqueleto resulta em uma difusão de proteínas mais livre As proteínas confinadas pelas cercas de elementos citoesqueléticos podem formar diferentes domínios da membrana Acredita-se que muitas proteínas de membrana estejam cercadas por um anel de lipídeos específicos chamados lipídeos anulares