Membranas Biológicas

Prof Karine P. Naidek

Outubro/2016

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA – DQMCBIOQUÍMICA – BIO0001

Membranas Biológicas

Membranas - três funções vitais

1. Regulam a passagem (transporte) de compostos eíons de um compartimento celular para outro, ouentre a célula e o exterior. Isto é, as membranas sãobarreiras seletivamente permeáveis.

2. Contém certo número de enzimas ligadas a ela.Devido a isto, parte da catálise enzimática ocorre nasmembranas.

3. Contém proteínas receptoras associadas à superfícieexterior das membranas que, ao se ligarem adeterminados compostos biológicos, desencadeiamas 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 quecompõem as membranas biológicas

• Estruturas que determinam uma arquiteturadinâmica e diversidade funcional

Membranas são flexíveis, auto-selantes eseletivas 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 camadadupla, com a região polar dos lipídeos em contato com a soluçãoaquosa no interior e no exterior da célula, e as cadeias não polaresformando o interior da membrana.

Há várias classes de lipídios de membrana. Os maisabundantes são os fosfolipídios.

Os principais fosfolipídios encontrados nas membranas sãoos fosfoglicerídeos (ou fosfoacilgliceróis), que contêm duasmoléculas de ácido graxo esterificada aos primeiro e segundogrupos hidroxila do glicerol. O terceiro grupo hidroxila do glicerolforma uma ligação éster com o ácido fosfórico.

Observação: Os fosfoglicerídeos podemconter um segundo grupo alcoólico(etanolamina, colina, etc.) esterificado aoácido fosfórico da molécula.

A porção hidrofílica da moléculaconsta do grupo fosfato ligado a um grupopolar, variável, representado por X ; as

cadeiascarbônicas dos ácidos graxosesterificados ao glicerol constituem aporção hidrofóbica.

Todos os fosfoglicerídeoscontêm duas caudas não polaresconstituídas pelos ácidos graxos de cadeialonga, e carga negativa no grupo fosfórico,em pH 7,0.

Além disto, o grupo alcoólicoligado ao ácido fosfórico pode tambémcontribuir com cargas elétricas, em pHpróximo de 7,0.

Fosfoglicerídeos

Proteínas de membrana

Lipídios ligados covalentemente a proteínas podemsinalizar a localização correta para estas proteínas

Proteínas integrais de membrana medeiam as interaçõescélula-célula e adesão

▫ Integrinas . pontos de ligação entre células e entrecélula-matriz extracelular

▫ Selectinas . na presença de Ca2+ ligam polissacarídeosespecíficos 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 casosde exocitose, endocitose e entrada de diversos tiposde 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 O2, N2 e CH4 são capazesde transpor membranas biológicas por difusão simples

• A água pode transpor as membranas biológicas muitolentamente porque sua concentração é muito alta

• Caso as células necessitem transportar águarapidamente é necessário o auxílio de proteínas, asaquaporinas, que diminuem a energia de ativação efacilitam a difusão.

Transporte nas Membranas

O transporte de moléculas pequenas é efetuado por permeases,também chamadas translocases, proteínas integradas capazes de seligar reversivelmente a um composto específico de um lado damembrana e transportá-lo para o outro.

Muitas permeases são co-transportadoras, ou seja, o transporte deuma molécula depende da transferência simultânea de outramolécula, no mesmo sentido (simporte) ou no sentido oposto(antiporte). Outras translocases transportam apenas um compostoe são uni-transportadoras.

A transferência de substâncias entre o exterior e a célula, assimcomo, dentro da célula entre o citosol e as organelas (núcleo,mitocôndrias, cloroplastos, etc.) é indispensável ao funcionamentometabólico.

A questão mais importante sobre o transporte de substânciasatravés de membranas biológicas é se o processo requer ou nãoque 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 O2, N2, H2O e CO2, 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 passivade uma molécula através de uma membrana utiliza uma proteínatransportadora, à qual se ligam as moléculas. A proteínatransportadora (proteína-canal), ao se ligar a molécula a sertransferida, sofre uma alteração de conformação que resulta naformação de um poro na membrana. Esse processo é chamado dedifusão facilitada porque nenhuma energia é gasta e utiliza umaproteína transportadora.

Um bom exemplo de difusão facilitada é o movimento da glicosepara dentro da célula. A glicose passa através de uma proteínatransportadora chamada glicose permease.

Transporte nas Membranas

Transporte ativo - envolve a movimentação de substânciascontra um gradiente de concentração. Ele é identificado pelapresença de uma proteína transportadora e a necessidade deuma fonte de energia para mover os solutos contra um

gradiente.O movimento de moléculas contra o gradiente é diretamenteligado à hidrólise de uma molécula de alta energia, como oATP, ou à custa do transporte de outra espécie química a favordo gradiente.