Biomembranas. Capítulo 5 (5.1 e 5.2) Lodish Cap Alberts ( Fundamentos... )

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1 Biomembranas Capítulo 5 (5.1 e 5.2) Lodish Cap Alberts ( Fundamentos... )

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

4 Bicamada da membrana Grupos de cabeças polares Caudas hidrofóbicas Grupos de cabeças polares

5 Face exoplásmica Face citosólica

6 Propriedades da bicamada Barreira impermeável a compostos hidrofílicos; Estabilidade: mantida por interações hidrofóbicas e van de Waals mantém sua arquitetura mesmo com variações de ph e força iônica do ambiente externo

7 Composição lipídica Fosfoglicerídeos Cabeça polar (fosfatidilcolina) colesterol esfingolipídeos TODAS SÃO MOLÉCULAS ANFIPÁTICAS!

8 Fosfoglicerídeos Fosfoglicerídeos Cauda hidrofóbica Cabeça polar As 2 cadeias acil graxas podem diferir: -No número de C (~16 a 18); -No grau de saturação (0, 1 ou 2 =); O fosfoglicerídeo é classificado segundo a natureza de sua cabeça polar.

9 Fosfoglicerídeos

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

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

12 Efeito hidrofóbico: H 2 O se organiza ao redor

13 Formam bicamadas

14 Fosfolipídeos dispersos em água espontaneamente formam esferas chamadas lipossomas. Cavidade aquosa

15 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 mudança de gel-fluido é dita temperatura de transição. depende da natureza química dos componentes da membrana.

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17 FLUIDEZ Cadeias acil graxas insaturadas = menos interações membrana + fluida Cadeias acil graxas curtas= > fluidez Longas caudas saturadas= estado gel bactérias, leveduras adaptam-se: 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

18 Colesterol x fluidez Colesterol = torna as membranas menos fluidas e menos permeáveis Fluidez da bicamada dependende de sua composição Fluidez permite: rápida difusão das proteínas de membrana no plana bicamada interação com outras proteínas fusão de membranas diferentes com a consequente redistribuição dos lipídeos e proteínas

19 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

20 O colesterol apresenta efeito de ordenamento na bicamada de PC

21 Efeito da composição de lipídeos na curvatura da membrana

22 Composição de lipídeos x propriedades físicas da membrana Propriedades características de cada membrana dadas por uma composição particular de lipídeos; Podem refletir uma especialização

23 Assimetria dos lipídeos Aumentam a fluidez Diminuem a fluidez

24 Membranas biológicas

25 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 -catalisadoras (enzimas)

26 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 periféricas de membrana

27 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)

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

29 Princípios do transporte Há diferenças entre a composição dentro e fora da célula; A distribuição de íons dentro e fora da célula é controlada por proteínas transportadoras na membrana e, em parte, pelas características de permeabilidade da própria bicamada.

30 As bicamadas são impermeáveis a solutos e íons A taxa de difusão de uma molécula qualquer varia dependendo de seu tamanho e de suas características de solubilidade... Em geral: quanto menor e + hidrofóbico, + rápido se difunde Transportadores são necessários!!

31 As proteínas de membrana pertencem à duas classes Proteínas carreadoras: Permitem a passagem apenas da molécula soluto que se encaixa no seu sítio de ligação e transfere-na através da membrana por alteração conformacional. Proteínas de canais Discriminam a molécula com base no tamanho e carga elétrica; Se o canal está aberto, moléculas de tamanho e carga apropriados podem passar. São proteínas transmembrana Cada uma fornece uma passagem privada via membrana para uma molécula particular

32 As proteínas de membrana pertencem à duas classes

33 Transporte passivo ou ativo? A direção depende de [soluto] relativas, em grande parte. TRANSPORTE PASSIVO = moléculas fluem de regiões [ ] para [ ] TRANSPORTE ATIVO = moléculas vão contra um gradiente de [ ]

34 Proteínas carreadoras Transportam moléculas orgânicas pequenas (açúcares, aminoácidos, nucleotídeos, etc.); Altamente seletivas; Cada membrana têm seu conjunto próprio; Facilitam transportes ativo e passivo; Carreador de glicose: mudança conformacional da proteína carreadora pode mediar o transporte passivo de um soluto como glicose

35 Carreador de glicose da membrana plasmática de células hepáticas de mamíferos Numa conformação o carreador expõe sítios de ligação p/ glicose no exterior da célula, noutra expõe sítios no interior... Embora passivo, o transporte é seletivo! A direção é dada pelo gradiente de [ ]

36 Para moléculas carregadas... A maioria das membranas possui uma diferença no potencial elétrico em cada lado Potencial de membrana Essa diferença de potencial exerce uma força em qualquer molécula eletricamente carregada... Em geral: o lado citoplasmático está com potencial negativo em relação ao lado de fora, Há uma tendência a puxar cátions e impelir ânions, mas o soluto também tende a mover-se de acordo com seu gradiente de [ ].

37 Assim: As forças do gradiente de [ ] + voltagem através da membrana geram Gradiente eletroquímico de soluto (força motriz líquida) Determina a direção do transporte passivo através da membrana O transporte ativo move solutos contra seu gradiente eletroquímico

38 O transporte ativo O transporte passivo não é suficiente... O transporte ativo se dá em 3 formas principais: Transportadores acoplados: ligam o transporte desfavorável de um soluto ao transporte favorável de outro soluto; Bombas ativadas por ATP: acoplam o transporte desfavorável à hidrólise de ATP; Bombas movidas à luz: unem o transporte desfavorável a uma entrada de energia luminosa.

39 Bombas ativadas pelo ATP Todas são proteínas de transmembrana com um ou + sítios de ligação para o ATP na face citosólica da membrana; ATPases que normalmente não hidrolisam ATP em ADP + P i a não ser que os íons ou outras moléculas sejam transportados simultaneamente. As células animais usam a energia da hidrólise do ATP para bombear Na+ para fora da célula na bomba de Na+/K+

40 Bomba de Na+/K+

41 Gradientes de H + São utilizados para impelir o transporte de membrana em plantas, fungos e bactérias, pois estes não possuem bombas de Na + /K + Contam com um gradiente eletroquímico de H + no lugar de Na + Criado por bomba de H + na membrana plasmática A captura de muitos açúcares e aminoácidos para o interior das células bacterianas é conseguido por simportadores de H +

42 Transportadores acoplados Proteínas carreadoras nas quais o movimento favorável do 1 o soluto fornece energia para o transporte desfavorável do 2 o soluto. São usados em transporte passivo e ativo. ANTIPORTADOR SIMPORTADOR = se os 2 vão para a mesma direção ANTIPORTADOR = se deslocam-se em direções opostas SIMPORTADOR

43 Canais iônicos CANAIS hidrofílicos = forma + simples de permitir que uma molécula hidrossolúvel atravesse de um lado ao outro da membrana; Proteínas de canais fazem isso! - algumas formam grandes poros (p.e. porinas), porém são muito permissivos. - A maioria possui poros estreitos e altamente seletivos; - Quase todas são canais iônicos (Na +, K +, Cl - e Ca + ) - Em geral, não estão continuamente abertos. estados aberto/fechado alternam por mudança conformacional. - Taxa de transporte é mais rápida que aquela das proteínas carreadoras (até mil vezes >), mas não fazem transporte ativo...

44 Estrutura do canal de K

45 Canais iônicos Há mais de 100 tipos de canais iônicos; Diferem quanto 1) seletividade iônica 2) condições que influenciam na abertura O controle da abertura-fechamento pode ser por: voltagem, ligante ou pressão mecânica

46 O movimento da água A pressão osmótica causa o movimento da água através das membranas; As bicamadas lipídicas puras são quase impermeáveis, mas a > parte das membranas celulares tem proteínas de canal de água Aquaporinas aumentam a permeabilidade das membranas celulares à água

47 Expressão de aquaporina por oócitos de rã (acima) e controle (abaixo) em solução hipotônica