Transporte ativo

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
dinâmica e diversidade funcional
uma
arquitetura
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 Ca2+ 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 O2, N2 e CH4 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 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 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.