04-BIOMEMBRANAS-2012

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Prof. Augusto Dinis
BIOLOGIA CELULAR 1
BIOMEMBRANAS
Lodish et al., 2008 
Biologia Celular
As membranas biológicas são crucias para a vida das células.
Nas células eucarióticas são responsáveis pela organização espacial 
do meio interno celular (compartimentação intracelular).
Face exoplasmática
Face citosólica
Biologia Celular
Membranes Protein Lipid Carbohydrate
Plasma membranes: 
red blood cells 
liver cells 
amoeba 
myelin 
49 
54 
54 
18 
43 
36 
42 
79 
8 
10 
4 
3 
Nuclear envelope 66 32 2 
Endoplasmic reticulum 62 27 10 
Golgi complex 64 26 10 
Mitochondrion 
outer membrane 
inner membrane 
55 
78 
45 
22 
trace 
---
Chloroplast spinach 
lamellae 
70 30 6
Composição em Proteínas, Lípidos e Carbohidratos de diferentes biomembranas 
(percentagem aproximada de peso seco)
Sources: Guidotti, G., 1972, Ann. Rev. Biochem.; Lotan, R. and Nicholson, G.L., 1981, Advanced Cell Biology ed. by L.M. Schwartz and 
M.M. Azar. Van Nostrand, New York.
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BIOLOGIA CELULAR 2
Biologia Celular
Principais Lípidos das Biomembranas
(fosfoglicerídeos, esfingolípidos e esteróides)
Moléculas anfipáticas (com uma cauda apolar, hidrofóbica, e uma cabeça polar, hidrofílica) 
muitas delas sem carga elétrica efetiva, outras com carga elétrica negativa.
A - representação esquemática; B - fórmula molecular; C - modelo de enchimento; D - símbolo
Alberts et al., 2008
Biologia Celular
Partes de uma molécula de um Fosfoglicerídeo (fosfatidilcolina)
Dois ácidos gordos ligados, por uma ligação éster, ao glicerol e este, por uma ligação 
fosfodiéster, a um grupo terminal carregado (colina)
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BIOLOGIA CELULAR 3
Biologia Celular
Diferentes tipos de 
fosfoglicerídeos
Biologia Celular
Nalguns esfingolípidos, o grupo polar é um açúcar ligado à 
esfingosina (glicolípidos) ���� glucosilcerebrosídeos (GlcCer).
Partes de uma molécula de um Esfingolípido
(compostos derivados da esfingosina)
No esfingolípido mais abundante (esfingomielina), um grupo 
polar terminal (fosfocolina) liga-se à esfingosina e esta a uma 
longa cadeia de um ácido gordo.
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BIOLOGIA CELULAR 4
Biologia Celular
Partes de uma molécula de um Esteróide (colesterol)
Lípidos cuja parte apolar é um núcleo esteróide (fusão de quatro anéis 
hidrocarbonados) ligado a uma cauda de hidrocarbonetos.
O colesterol é o esteróide principal nas células animais, caracterizando-se 
por ter o grupo polar (grupo hidroxilo - OH) no anel terminal.
Nas células vegetais 30-50% dos lípidos são esteróides únicos das plantas.
Microfotografia TEM da membrana (a) e respetivas representações esquemáticas
Lodish et al., 2008 Cooper & Hausman, 2009
Biologia Celular
Estrutura em bicamada das Biomembranas
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BIOLOGIA CELULAR 5
Distribuição assimétrica dos fosfolípidos nos dois folhetos da 
membrana plasmática de eritrócitos
Alberts et al., 2008
Biologia Celular
Lodish et al., 2008
Biologia Celular
A função única de cada membrana biológica é largamente 
determinada pelas proteínas que possui. 
Proteínas Membranares
As proteínas desempenham funções estruturais, enzimáticas, de 
recetores de sinais ou ligandos, de transportadores, …
De acordo com o grau de associação 
com as biomembranas, as proteínas 
classificam-se em:
- Proteínas periféricas ou extrínsecas
(não interagem com o interior hidrofóbico da bicamada)
- Proteínas integrais ou intrínsecas
(interagem com o interior hidrofóbico da bicamada)
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BIOLOGIA CELULAR 6
Biologia Celular
Proteínas Membranares
(Periféricas, Integrais e Ancoradas em lípidos)
Representação esquemática da associação de proteínas com a bicamada lipídica
Lodish et al., 2008
Biologia Celular
Proteínas Membranares
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MEMBRANA PLASMÁTICA
Preparada pela técnica da criofractura e criogravação
De Robertis & De Robertis, 1996
Biologia Celular
Congelamento rápido das amostras, seguido de fratura com 
uma faca de aço arrefecida e ulterior obtenção de uma réplica 
metálica da superfície de fratura, que é observada no TEM →
Modelos Moleculares da organização das 
Biomembranas
• Overton (1902) →Monocamada lipídica
• Gorter & Grendell (1926) → Bicamada lipídica
• Danielli & Davson (1935) → Bicamada lipídica com 
proteínas aderentes a cada superfície
• Robertson (1959) → Unidade de membrana
• Singer & Nicholson (1972) →Mosaico fluido
Biologia Celular
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BIOLOGIA CELULAR 8
• Lípidos e proteínas distribuem-se
nas membranas numa espécie de
mosaico.
• Lípidos e proteínas apresentam
mobilidade na bicamada.
Biologia Celular
Representação esquemática do modelo do Mosaico Fluido 
(Cooper & Hausman, 2009)
Tipos de movimentos possíveis dos fosfolípidos na bicamada lipídica
Alberts et al., 2008
Biologia Celular
(difusão transversal)
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BIOLOGIA CELULAR 9
Factores que influenciam a fluidez das biomembranas
Alberts et al., 2008
Biologia Celular
• Natureza química dos seus componentes
(grau de saturação das cadeias de ácidos gordos)
Maior quantidade de ácidos gordos insaturados e cadeias mais curtas e
flexíveis aumentam a fluidez das biomembranas
Factores que influenciam a fluidez das biomembranas
Alberts et al., 2008
Biologia Celular
• Natureza química dos seus componentes
(características químicas e estruturais do colesterol)
Maior quantidade de colesterol torna as biomembranas mais rígidas
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BIOLOGIA CELULAR 10
Factores que influenciam a fluidez das biomembranas
Biologia Celular
• Temperatura fisiológica
Temperaturas baixas conduzem a gelação e a uma consequente formação
de agregados cristalinos.
Temperaturas altas conduzem a solação e a uma maior flexibilidade dos
fosfolípidos.
Lodish et al., 2008
Formação de balsas ou jangadas de lípidos
Biologia Celular
• As biomembranas apresentam domínios
funcionais com uma composição diferente em
lípidos e proteínas, que não se misturam entre
si.
• Um destes microdomínios resulta da
associação entre moléculas de colesterol e de
esfingolípidos (esfingomielinas e glicolípidos)
formando balsas lipídicas (lipid rafts).
• As balsas lipídicas são enriquecidas em
proteínas ligadas covalentemente a um ou
mais grupos lipídicos (ex. proteínas recetoras
e de sinalização).
• Estes complexos lípidos-proteínas são
importantes em diversos processos, tais como
na endocitose e na deteção de sinais químicos
vindos do exterior e subsequente activação de
eventos citosólicos.
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BIOLOGIA CELULAR 11
Demonstração da fluidez das Biomembranas
Representação esquemática do fenómeno da formação do capuz 
em linfócitos (De Robertis & De Robertis, 1996)
Biologia Celular
Representação esquemática da experiência de fusão celular de Frye e Edidin (Alberts et al., 2008).
Demonstração da fluidez das Biomembranas
Biologia Celular
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Observação da movimentação lateral de proteínas (e taxa de difusão) pelo método de FRAP 
(fluorescence recovery after fotobleaching – restabelecimento da fluorescência após fotobranqueamento)
Demonstração da fluidez das Biomembranas
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REVESTIMENTO CELULAR (GLICOCÁLICE)
Representação esquemática da composição molecular do glicocálice (Azevedo, 1999)
Biologia Celular
Revestimento externo da membrana plasmática de todas as 
células eucarióticas, constituído pelas cadeias oligossacarídicas 
dos glicolípidos e glicoproteínas da membrana.
REVESTIMENTO CELULAR (GLICOCÁLICE)
Microfotografias TEM do glicocálice após o teste de Thiéry (em cima) e acoloração com vermelho de ruténio (em baixo)
Membrana plasmática
Membrana plasmática
Alberts et al., 2008
Biologia Celular
O Glicocálice é visualizado por
técnicas de coloração específicas
para os sacarídeos, como a
reação PAS (MO) ou o Teste de
Thiéry (TEM) ou os corantes
azul de alciana (MO), nitrato de
lantânio ou vermelho de ruténio
(TEM).
A identificação exacta dos 
sacarídeos do glicocálice é 
feita com lectinas:
• Concavalina A
→ glicose e manose
• Aglutinina de gérmen
→ N-acetilglicosamina
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BIOLOGIA CELULAR 14
REVESTIMENTO CELULAR (GLICOCÁLICE)
Principais funções:
1. Protecção da membrana
Protege a bicamada lipídica contra agressões químicas e/ou físicas do ambiente 
externo.
2. Filtração
Actua como um filtro ou crivo molecular, regulando a passagem de substâncias de 
acordo com o seu peso molecular.
3. Microambiente
Define um ambiente especial na superfície das células, que pode variar em termos 
de pH e carga eléctrica (o que faz variar a concentração de certas substâncias na 
superfície e, inclusivamente, o ambiente catiónico da célula).
4. Actividade enzimática
Muitas das glicoproteínas têm função enzimática, como a fosfatase alcalina e outras 
enzimas que intervêm na digestão de carbohidratos e proteínas, especialmente nas 
vilosidades do intestino.
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REVESTIMENTO CELULAR (GLICOCÁLICE)
Principais funções:
5. Antigénios dos grupos sanguíneos (ABO)
A especificidade do sistema ABO dos grupos sanguíneos é largamente determinada 
pelas cadeias terminais de oligossacarídeos que estão presentes na membrana 
plasmática dos eritrócitos. 
6. Reconhecimento e Adesão celulares
Os oligossacarídeos presentes no glicocálice constituem como que um código 
molecular (marca datiloscópica) para a superfície celular → antigénios de 
histocompatibilidade; deste modo, só células que tenham o mesmo código/marca é 
que se reconhecem e aderem, enquanto as células estranhas se rejeitam.
7. Inibição por contacto
Responsável pela emissão de sinais químicos que interrompem a mitose por meio 
de contatos físicos entre células de um mesmo tecido; quando esta propriedade é 
perdida ou modificada, as células crescem desordenadamente, formando tumores.
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