UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA DQMC BIOQUÍMICA BIO0001 Membranas Biológicas Prof Karine P. Naidek Outubro/2016
Membranas Biológicas Membranas - três funções vitais 1. Regulam a passagem (transporte) de compostos e íons de um compartimento celular para outro, ou entre a célula e o exterior. Isto é, as membranas são barreiras seletivamente permeáveis. 2. Contém certo número de enzimas ligadas a ela. Devido a isto, parte da catálise enzimática ocorre nas membranas. 3. Contém proteínas receptoras associadas à superfície exterior das membranas que, ao se ligarem a determinados compostos biológicos, desencadeiam as respostas bioquímicas da célula.
Membranas Biológicas Todas as células possuem na sua periferia uma membrana, a qual fornece a barreira necessária que separa o lado interno do lado externo. Células procarióticas têm apenas um sistema simples de membrana externa. Células eucarióticas, entretanto, utilizam-se intensamente das membranas de compartimentos internos (organelas).
Os constituintes das membranas As membranas biológicas (membrana celular ou membrana plasmática) em todas as células e as membranas das organelas (núcleo, mitocôndrias, cloroplastos, etc.) são constituídas por lipídeos (em cerca de 90%) e por proteínas.
Membranas Biológicas Dinamismo funcional Características físico-químicas das moléculas que compõem as membranas biológicas Estruturas que determinam uma arquitetura dinâmica e diversidade funcional Membranas são flexíveis, auto-selantes e seletivas a solutos polares
Composição e arquitetura
Os constituintes das membranas Bicamada lipídica + esteróis Interações hidrofóbicas: proteínas embebidas em intervalos irregulares Assimetria: lipídios e domínios proteicos diferentes Fluidez da membrana: mobilidade de proteínas e lipídios
Modelo do mosaico fluido Micelas são formadas por moléculas de lipídios com uma única cadeia carbônica, cadeias estas que se localizam no interior dessas estruturas.
Modelo do mosaico fluido Bicamada lipídica é uma estrutura bidimensional na qual as cadeias carbônicas formam um domínio central hidrofóbico, isolando-se da água, exceto nas extremidades da bicamada; é a estrutura comumente formada por lipídios anfipáticos com duas cadeias de hidrocarboneto.
Modelo do mosaico fluido Lipossomo é uma vesícula oca, resultante do fechamento de uma bicamada lipídica, dotada de uma cavidade central preenchida por solvente
Modelo do mosaico fluido
Modelo do mosaico fluido
Modelo do mosaico fluido A parte lipídica das membranas se apresenta em camada dupla, com a região polar dos lipídeos em contato com a solução aquosa no interior e no exterior da célula, e as cadeias não polares formando o interior da membrana. Há várias classes de lipídios de membrana. Os mais abundantes são os fosfolipídios. Os principais fosfolipídios encontrados nas membranas são os fosfoglicerídeos (ou fosfoacilgliceróis), que contêm duas moléculas de ácido graxo esterificada aos primeiro e segundo grupos hidroxila do glicerol. O terceiro grupo hidroxila do glicerol forma uma ligação éster com o ácido fosfórico. Observação: Os fosfoglicerídeos podem conter um segundo grupo alcoólico (etanolamina, colina, etc.) esterificado ao ácido fosfórico da molécula.
Fosfoglicerídeos A porção hidrofílica da molécula consta do grupo fosfato ligado a um grupo polar, variável, representado por X ; as cadeias carbônicas dos ácidos graxos esterificados ao glicerol constituem a porção hidrofóbica. Todos os fosfoglicerídeos contêm duas caudas não polares constituídas pelos ácidos graxos de cadeia longa, e carga negativa no grupo fosfórico, em ph 7,0. Além disto, o grupo alcoólico ligado ao ácido fosfórico pode também contribuir com cargas elétricas, em ph próximo de 7,0.
Proteínas de membrana Lipídios ligados covalentemente a proteínas podem sinalizar a localização correta para estas proteínas Proteínas integrais de membrana medeiam as interações célula-célula e adesão Integrinas. pontos de ligação entre células e entre célula-matriz extracelular Selectinas. na presença de Ca 2+ ligam polissacarídeos específicos na superfície de células adjacentes (coagulação sanguínea)
Proteínas de membrana Ainda atuam como transportadores, canais iônicos, receptores de hormônios, neurotransmissores, fatores de crescimento Participam da fosforilação oxidativa, fotossíntese, reconhecimento célula-célula e célula-antígeno Além de auxiliarem a fusão de membranas em casos de exocitose, endocitose e entrada de diversos tipos de vírus nas células hospedeiras.
Proteínas de membrana
Proteínas de membrana
Transporte através das membranas A estrutura da membrana celular permite o reconhecimento e transporte das necessidades celulares Açúcares Aminoácidos Íons inorgânicos O conteúdo dos compartimentos celulares também é controlado e mediado por proteínas
Transporte através das membranas As membranas biológicas são seletivas Compostos não-polares como O 2, N 2 e CH 4 são capazes de transpor membranas biológicas por difusão simples A água pode transpor as membranas biológicas muito lentamente porque sua concentração é muito alta Caso as células necessitem transportar água rapidamente é necessário o auxílio de proteínas, as aquaporinas, que diminuem a energia de ativação e facilitam a difusão.
Transporte nas Membranas O transporte de moléculas pequenas é efetuado por permeases, também chamadas translocases, proteínas integradas capazes de se ligar reversivelmente a um composto específico de um lado da membrana e transportá-lo para o outro. Muitas permeases são co-transportadoras, ou seja, o transporte de uma molécula depende da transferência simultânea de outra molécula, no mesmo sentido (simporte) ou no sentido oposto (antiporte). Outras translocases transportam apenas um composto e são uni-transportadoras. A transferência de substâncias entre o exterior e a célula, assim como, dentro da célula entre o citosol e as organelas (núcleo, mitocôndrias, cloroplastos, etc.) é indispensável ao funcionamento metabólico. A questão mais importante sobre o transporte de substâncias através de membranas biológicas é se o processo requer ou não que a célula gaste energia.
Transporte nas Membranas Transporte passivo uma substância se move de uma região com maior concentração para outra com menor concentração, isto é, na mesma direção de um gradiente de concentração e a célula não gasta energia. Este transporte pode ser subdividido em duas categorias: * Difusão simples quando uma molécula se move diretamente através da membrana sem interagir com nenhuma outra molécula. Pequenas moléculas sem carga, como O 2, N 2, H 2 O e CO 2, podem atravessar as membranas por difusão simples. A velocidade de movimento através da membrana é controlada apenas pela diferença de concentração ao longo da membrana.
Transporte nas Membranas *Difusão facilitada quando o processo de movimentação passiva de uma molécula através de uma membrana utiliza uma proteína transportadora, à qual se ligam as moléculas. A proteína transportadora (proteína-canal), ao se ligar a molécula a ser transferida, sofre uma alteração de conformação que resulta na formação de um poro na membrana. Esse processo é chamado de difusão facilitada porque nenhuma energia é gasta e utiliza uma proteína transportadora. Um bom exemplo de difusão facilitada é o movimento da glicose para dentro da célula. A glicose passa através de uma proteína transportadora chamada glicose permease.
Transporte nas Membranas Transporte ativo - envolve a movimentação de substâncias contra um gradiente de concentração. Ele é identificado pela presença de uma proteína transportadora e a necessidade de uma fonte de energia para mover os solutos contra um gradiente. O movimento de moléculas contra o gradiente é diretamente ligado à hidrólise de uma molécula de alta energia, como o ATP, ou à custa do transporte de outra espécie química a favor do gradiente.