Membranas celulares: estrutura, propriedades e funções E Introdução à compar;mentalização celular

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1 Membranas celulares: estrutura, propriedades e funções E Introdução à compar;mentalização celular

2 Todas as células são circundadas por uma membrana plasmá;ca! - Barreira semipermeável (separa, protege componentes químicos celulares do ambiente externo à célula). - Membranas internas: em comparamentos envoltos por membrana, mantem diferenças entre seus conteúdos e o citosol. Essencial: A origem das células (vida) esta diretamente ligada ao surgimento de uma MP.

3 Estrutura e componentes básicos das membranas celulares: Bicamada lipídica fluida: barreira semipermeável a passagem de moléculas hidrossolúveis. Proteínas integrais membrana: são moléculas proteicas que se associam ou atravessam a bicamada e medeiam muitas funções das membranas.

4 Exemplos de funções das proteínas de membrana Transporte bidirecional de moléculas (ex. canais de transporte) 2- Estrutura/movimento (ligação com o citoesqueleto e /ou proteínas TM de outras células ou, ainda, componentes da matriz extracelular). 3- Comunicação celular (transmissão de informação) 4- Catálise de reações associadas à membrana (ex. síntese de ATP)

5 A Bicamada Lipídica - Forma a estrutura básica de todas as membranas celulares - Lipídeos: ~50% da massa da maioria das membranas das células animais Fosfoglicerídeos: moléculas anfiylicas variável Cabeça hidrohlica Caudas hidrofóbicas

6 Os quatro principais fosfolipídeos presentes na membrana plasmática (mais da metade da massa de lipídeos) Fosfoglicerídeos Glicerol

7 Fosfolipídeos formam bicamadas espontaneamente quando imersos em ambiente aquoso Forma e natureza anfifílica das moléculas lipídicas. cônico cilíndrico Mas, e as extremidades...??

8 Propriedades 1 ENERGETICAMENTE DESFAVORÁVEL auto-reparo e o auto-selamento são energeticamente favoráveis Bicamada Fosfolipídica planar (extremidades expostas à água (fundamental para a geração das células vivas!!) ComparAmento selado formado por uma bicamada fosfolipídica ENERGETICAMENTE FAVORÁVEL

9 Propriedades 2 Fluidez: fluidos bidimensionais onde as moléculas lipídicas se movem livremente no plano da bicamada, trocando de lugar entre si. Permite: 1) Moléculas podem migrar para diferentes regiões da membrana 2) Difusão de proteínas TM no plano da membrana (interação). 3) Fusão de membranas 4) Redistribuição uniforme durante divisão celular.

10 A fluidez depende de: Composição lipídica e temperatura, Natureza das caudas de hidrocarboneto Cauda de ácidos graxos insaturados (presença dupla ligação C=C) torções Cauda de ácidos graxos saturados (apenas simples ligação C-C) Presença de colesterol.

11 Membranas celulares são geralmente assimétricas e formam domínios com composição dis;nta.. Faces dis;ntas voltadas para o interior e exterior da célula ou organela!!

12 Transferência de membrana entre compar;mentos: membranas retêm sua orientação citosol Lumen citosol Lumen

13 Glicolipídeos e Glicoproteínas: A superycie celular é reves;da por carboidratos

14 Proteínas integrais de membrana e Proteínas periféricas 5 e 6 Proteínas ligadas a membrana por grupamentos lipídicos 1, 2 e 3. Proteínas Transmembrana 4. Proteínas associadas à monocamada 7 e 8 Proteínas associadas indiretamente à membrana

15 Cadeias polipepadicas geralmente cruzam a bicamada lipídica como uma alfa-hélice Segmentos Transmembrana são enriquecidos em aminoácidos de cadeia lateral hidrofóbica p.ex.. L, V, F, I e M Para acomodar o esqueleto hidrohlico dos aa dessas regiões adotam estrutura secundária em alfa-hélice

16 Uma mesma proteína TM pode atravessar a membrana múlaplas vezes, podendo formar poros aquosos, permiando que moléculas hidrossolúveis atravessem a membrana

17 Transporte através da membrana Crucial para a vida da célula: 1) importar nutrientes, como açúcares e aminoácidos; 2) eliminar subprodutos do metabolismo; e 3) controlar a concentração intracelular de alguns íons inorgânicos. Moléculas hidrofóbicas Moléculas pequenas, polares, não carregadas Moléculas grandes, polares, não carregadas Íons (32Da) (18Da) 180Da

18 Proteínas de membrana mediam a transferência de solutos incapazes de atravessar a membrana por simples difusão Portanto, a população de proteínas de transporte presentes na MP, ou na membrana de uma organela, irá determinar exatamente quais solutos irão entrar ou sair de uma determinada célula ou organela.

19 Classes de proteínas que medeiam transporte de solutos específicos através da membrana A) Transportador B) Canal proteico Envolve interação do soluto com um siao de ligação Geralmente descriminam com base no tamanho e carga elétrica

20 Modalidades de transporte através da membrana 1) Transporte passivo ou difusão facilitada Não envolve gasto de energia pela proteína transportadora pois o transporte ocorre a favor do gradiente de concentração 2) Transporte a;vo Ocorre contra o gradiente de concentração do soluto e a proteína acopla seu trabalho a algum outro processo que forneça energia. (bombas)

21 Transporte passivo Ex. Transporte de glicose no Hgado A transição entre os dois estados pode ocorrer aleatoriamente (independente da ligação do soluto). O soluto será mais frequentemente capturado no lado da membrana no qual esaver mais abundante.

22 Transporte passivo de moléculas eletricamente carregadas Gradiente eletroquímico: força motora líquida (gradiente de concentração e voltagem) Potencial posi;vo Potencial de membrana Potencial nega;vo Alto gradiente eletroquímico quando voltagem e concentração trabalham na mesma direção. Ex. Na+ Baixo gradiente eletroquímico quando voltagem e concentração trabalham em direção opostas. Ex. K+

23 Transporte A;vo Transportam substâncias contra seu gradiente de concentração ou eletroquímico Transportadores acoplados Bombas acionadas por luz Bombas acionadas por ATP

24 Transportadores acoplados Uniporte (passivo) Simporte cotransportador AnAporte ou permutador Transporte acoplado (aavo)

25 Ex. Simporte de Na+ e Glicose para o interior da célula (a favor do gradiente eletroquímico de sódio) Oscila entre dois estados conformacionais A ligação de glicose ao seu si;o de ligação no transportador é muito favorecida quando Na+ também está esta ligado.

26 Ver animação em anexo no Moodle

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29 Transporte A;vo Transportam substâncias contra seu gradiente de concentração ou eletroquímico Transportadores acoplados Bombas acionadas por luz Bombas acionadas por ATP

30 Bombas acionadas por ATP Hidrolisam ATP em ADP e fosfato (P) e usam a energia liberada para bombear íons ou outros solutos Exemplo: Bomba de Na+-K+ (ou Na+-K+ ATPase) Encontrada em praacamente todas as MP de células animais Uma fosforilação induz modificações conformacionais na proteína [ ]~30 x maior no citosol

31 Os íons Na+ se ligam na porção citosólica do transportador aavando seu domínio ATPase Com a hidrólise de ATP um grupo P e transferido ao transportador, A ligação a K + induz a desfosforilação da bomba que volta a sua conformação original carregando K+ para o interior da célula. mudança conformacional que desloca o siao de ligação do Na + para fora da célula liberando o íon.

32 Modalidades de transporte através da membrana 1) Transporte passivo ou difusão facilitada Não envolve gasto de energia pela proteína transportadora pois o transporte ocorre a favor do gradiente de concentração 2) Transporte a;vo Ocorre contra o gradiente de concentração do soluto e a proteína acopla seu trabalho a algum outro processo que forneça energia. (bombas)

33 Canais Formam passagens hidrohlicas na membrana possibilitando o transporte passivo de moléculas solúveis em água. - Conexinas (Junções comunicantes) passagem ----1kDa - Porinas (membrana interna das mitoc.) passagem -5 kda Poros rela;vamente grandes e permissivos Nunca conectam diretamente o citoplasma com o espaço extracelular - Canais Iônicos: Transporte de íons inorgânicos como: Na+, K+, Cl- e Ca++ Seleção de íons pela combinação de tamanho e carga Controle do fluxo de solutos em resposta a esamulos

34 Um canal iônico de potássio (ver animação anexada no Moodle)

35 Um canal iônico de potássio Filtro de sele;vidade (estreito e carregado nega;vamente) A região central tem diâmetro exato para para acomodar apenas um ions K+ Átomos de O do grupo carbonila (carga negaava) Aminoácidos de carga negaava Ions K+ hidratados

36 Controle de canais iônicos Controlados por Voltagem (diferenças no potencial de membrana) Controlados por ligante Ex. neurotransmissores Controlados mecanicamente

37 Como lipídeos e proteínas (e membranas) são distribuídos entre os compar;mentos celulares?? Portanto, a população de proteínas de transporte presentes na MP, ou na membrana de uma organela, irá determinar exatamente quais solutos irão entrar ou sair de uma determinada célula ou organela.

38 Compartimentos intracelulares envoltos por membrana e direcionamento de proteínas Micrografia eletrônica (vida real) Célula pituitária Lydia Yuan

39 Principais compartimentos intracelulares envoltos por membrana de uma célula animal Um desenho esquemático Qual a importância/significância da presença de compartimentos envoltos por membranas nos eucariotos?

40 Topologia Origem das organelas citoplasmáticas

41 Origem das organelas citoplasmáticas Quais organelas podem ser construídas de novo?

42 Hipótese do sinal Próximas aulas... Sinais de direcionamento determinam a localização de proteínas fora do citosol Sinal de direcionamento Receptor de direcionamento

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