Biomembranas - Laboratório de Biologia

Biomembranas
Cap. 11(p 365 a 377) e 12 (p 390 a 410)Fundamentos da Biologia Celular- Alberts- 2ª
edição
As membranas agem como barreiras seletivas
Membrana plasmática:
•Comunicação celular
•Importação e exportação de
moléculas
•Mobilidade e crescimento celular
Membrana celular
Em todas as células, as membranas são compostas de lipídeos e proteínas
Estrutura básica é formada por uma camada bilipídica – consequência de
como os lipídeos se comportar na água
Lipídeos de membranas
Cabeça
hidrofílica
Cauda
hidrofóbica
Moléculas anfipáticas são moléculas que apresentam a característica de possuírem uma região hidrofílica
(solúvel em meio aquoso), e uma região hidrofóbica (insolúvel em água, porém solúvel em lipídios e solventes
orgânicos).
Lipídeos de membranas
fosfatidilcolina
Lipídeos de membranas
Fosfatidilseria
(fosfolipídeo)
Colesterol
(esteróide)
galactoserobrosídeo
(glicolipídeo)
Fosfoglicerídeos
Comportamento de moléculas em água
Comportamento de moléculas em água
Comportamento de moléculas em água
Fosfolipídeos anfipáticos formam
bicamadas em água
Formam bicamadas…
Fosfolipídeos dispersos em água espontaneamente formam esferas
chamadas lipossomas.
Movimento dos lipídeos nas bicamadas –
fluidez
• A movimentação térmica permite que as moléculas lipídicas
movimentem-se no plano da bicamada.
Difusão lateral
107x/seg
Rotação
“flip-flop” é raro
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.
Comprimento das caudas hidrofóbicas e nível de
insaturação das cadeias
Comprimento varia de 14 a 24 carbonos (maioria
de 18-20.
Uma cadeia totalmente saturada.
Outra cadeia com uma ou duas insaturações.
- Como tamanho da cadeia e insaturações
incluenciam a fluidez da membrana?
fosfatidilcolina
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”...
Colesterol x fluidez
Colesterol = torna as membranas menos fluidas
e menos permeáveis, mas tende a impedir a
transição de fase (Cristalização)
Fluidez de bicamadas lipídicas
Fluidez permite:
• rápida difusão das proteínas de membrana no plano da
bicamada
• interação com outras proteínas
• fusão de membranas diferentes
com a consequente redistribuição
dos lipídeos e proteínas
Membranas biológicas
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)
Como as proteínas de membrana se
associam a bicamada lipídica?
Bicamada
lipídica
Como uma cadeia polipeptídica
atravessa a membrana?
Como uma cadeia polipeptídica
atravessa a membrana?
As hélices  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)
“Barris” de fitas  podem atravessar a membrana
periplasma
Modelo de uma porina (OmpX) encontrada na membrana externa de E. coli
Células podem restringir o movimento de proteínas de
membranas
Células podem restringir o movimento de proteínas de
membranas
Esqueleto celular
Matriz extracelular
Barreira difusional
Superfície de outra célula
Células podem restringir o movimento de proteínas de
membranas
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.
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
Portanto moléculas hidrofóbicas e pequenas como
esteróides penetram facilmente nas células, mas
substancias grandes e hidrofílicas (como grande parte
das proteínas) precisam de mecanismos específicos
para sua entrada.
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.
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 [ ]
Transportadores e suas funções
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 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 [ ]
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 [ ].
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
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.
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 + Pi 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+
Bomba de Na+/K+
Transporte de glicose em células
epiteliais do instestino
Canais iônicos
CANAIS hidrofílicos = forma + simples de permitir que uma molécula
hidrossolúvel atravesse de um lado ao outro da membrana;
-
-
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....
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
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