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1 TRANSCRIÇÕES AULAS TEÓRICAS DE BIOQUIMICA GERAL E BUCAL I CONTEÚDO DA P2 AULA 1 (P2) – LIPÍDEOS PARTE I Nós já estudamos química de aminoácidos e proteínas, já estudamos carboidratos e agora vamos estudar lipídeos. Onde que eu tenho lipídeos? Na membrana plasmática... Então, a distribuição de lipídeos é ubíqua no nosso organismo, ou seja, tem em todos os cantos, desde o encéfalo até o hálux. Está presente em todos os tecidos, em todas as células, e todas essas células precisam de lipídeos para delimitar que ali eu tenho uma célula, ou no caso de indivíduos unicelulares, que ali eu tenho um indivíduo (membrana plasmática bicamada fosfolipídica). Alguns organismos não têm organelas delimitadas por membranas. Nós temos diversas células especializadas que compõem nossos diversos tecidos, e todas essas células possuem membrana plasmática e organelas dentro das células. Nem todas têm núcleo, nem todas têm mitocôndria, mas a maior parte delas têm núcleo, mitocôndria, RE, CG, lisossomos, e todas essas organelas são delimitadas pelo menos por uma bicamada lipídica. Qual a organela que tem mais de uma bicamada lipídica? A mitocôndria. Ela tem membrana mitocondrial externa e membrana mitocondrial interna. Então são duas bicamadas lipídicas. O que mais? São só nas bicamadas das células e nas bicamadas das organelas que eu tenho lipídeos? Que outra função além de estrutural nas membranas os lipídeos têm? Energética. Nós utilizamos lipídeos como fonte de energia e nós os estocamos. Nós obtemos lipídeos através da dieta? Sim. Nós somos capazes de consumir lipídeos, digerir os lipídeos e armazenar os lipídeos. E nós produzimos lipídeos? Vai no RU e come só carboidrato. Aquele prato desse tamanho que dá interferência no sinal do celular. A glicemia vai lá em cima. Essa glicose é captada, utilizada pelas células, o excedente vira glicogênio, só que capacidade de estocar glicogênio é limitada. Tecido muscular em torno de 2% (...inaudível...), tecido hepático em torno de 10%, e o resto, que sobra, vem pra cá (apontando a barriga), vira gordura. Nós produzimos ácidos graxos, triacilglicerois, colesterol a partir do excesso de carboidratos e também do excesso de aminoácidos e proteínas obtidos através da dieta. Então lipídeos são consumidos através da dieta e são produzidos por nós, lipídeos não tão complexos. Saibam que nós [os] produzimos e consumimos através da dieta. E que bom! Nós precisamos crescer [e] na fase de crescimento, quando nós somos pequenos, a ingestão de alimentos deve ser maior para que nós tenhamos fosfato para sintetizar os nucleotídeos que compõem DNA e RNA (os ácidos nucleicos), carboidratos para ter energia (para que a célula consiga se proliferar, para liberar insulina que é um mitógeno, que induz a proliferação celular) e lipídeos, obtidos através da dieta e aqueles que nós produzimos, para compor as membranas. [Mas] lipídeos são importantes só para isso, para nós e para os micro-organismos [são apenas] fonte de energia e tem função estrutural? [Não.] Hormônios esteroides são lipídeos, os esteroides são lipídeos. Sinalização hormonal. O que mais? Pigmentos. Muitos pigmentos encontrados na natureza são de natureza lipídica. Transportadores de elétrons. Cofatores enzimáticos. Cofator da atividade da enzima tal, tal, no metabólico ou não. O transporte de elétrons nós vamos discutir bastante na bioquímica 2. No metabolismo. Na degradação dos nutrientes, remoção dos elétrons equivalentes redutores. Quando eu removo equivalentes redutores eu oxido ou reduzo? Oxido. Oxidar a glicose, oxidar ácidos graxos, oxidar aminoácidos para obter energia. “QUEIMAR” 2 glicose, né? O pessoal costuma falar assim... Degradar os nutrientes de forma oxidativa, remover equivalentes redutores que vão para a chamada cadeia transportadora de elétrons onde a gente produz um monte de ATP. [Isso é] Bioquímica 2, só para vocês irem pensando a respeito disso. E o contrário é biossíntese. Então (1) Oxidar: degradar para obter energia. (2) Biossíntese dos lipídeos, dos ácidos graxos que eu falei pra vocês que nós produzimos envolve processos redutores, entrega de equivalentes redutores, entrega de elétron, para quando eu precisar deles eu ter bastante elétron para remover e produzir ATP. E esse transporte de elétrons precisa de lipídeos também. Então são vários exemplos. Algumas chaperonas de caráter lipídico. Mensageiros intracelulares: na biossinalização vão aparecer alguns lipídeos, como o diacilglicerol, que nós vamos ver na nossa aula de biossinalização. Ele é importante na biossinalização como um mensageiro intracelular na transmissão de sinal. Quando se fala em lipídeos geralmente pensa-se em moléculas solúveis ou insolúveis em água? Insolúveis em água. Por que será? Isso a gente vai ver estudando as características dos lipídeos. Mas será que todos os lipídeos são insolúveis? Será que alguns lipídeos por alguma característica não são parcialmente solúveis em água? Sim. Depende de algumas características. Nossa aula tem duas etapas, na primeira vamos ver os lipídeos usados como fonte de energia. Energia estocada na forma de lipídeos. Nós estocamos energia na forma de que lipídeo? Sim: triglicerídeos, triacilglicerois. E esses triacilglicerois são formados por ácidos graxos: três ácidos graxos ligados a um poli- álcool. Então, ácidos graxos, triacilglicerois e ceras (ceras apenas para alguns organismos) tem função energética. Em segundo lugar, os lipídeos que são extremamente importantes para as membranas biológicas. Que características esses lipídeos tem que ter? Lá na frente vou falar pra vocês que características esses lipídeos tem que ter para ter a capacidade de formar uma membrana biológica. O que são ácidos graxos? É um polímero? É um monômero? O que eu encontro nessa molécula? (ninguém respondeu) Aminoácido? O que tem num aminoácido? Um grupo amino e um grupo ácido carboxílico ligado em um carbono alfa. E aqui eu tenho um acido graxo, [nele] eu tenho também o grupo funcional ácido carboxílico, que é polar, e se é polar é solúvel em água. E uma cadeia carbonada geralmente insolúvel em água, com hidrogênios ligados a esses carbonos até no final onde eu tenho um grupo metil (CH3). Chamei atenção porque eu vou falar desse grupo metil depois. Os ácidos graxos são insolúveis em água? Parcialmente solúveis. Quanto maior a cadeia carbonada, mais insolúvel em água, mas quando a cadeia carbonada é curta, ele se torna mais solúvel em água. Hidrocarbonetos, carboidratos tem as hidroxilas ligados nos carbonos e o grupo funcional aldeído ou cetona. Polialcoóis tem só as hidroxilas ligadas nos carbonos da molécula, como o glicerol que a gente vai ver. A oxidação dessas moléculas, dos ácidos graxos, que nós estudamos em bioquímica 2, proporciona para nós, que oxidamos os ácidos graxos, a formação de muito ATP, muito mais do que aquele obtido pelos carboidratos. Nós armazenamos AG e quando mobilizamos produzimos muito ATP a partir dos ácidos graxos, porque a 3 oxidação dessas moléculas é altamente exergônica. Eles podem ser saturados, insaturados, podem ter uma instauração, podem ter uma, duas, três, quatro, cinco, podem ser ramificados. A nomenclatura simplificada é uma forma de representar quantos carbonos eu tenho no meu ácido graxo, quantas ligações duplas eu tenho, se eu tenho ligação dupla, e onde que estão essas ligações duplas. Como é que funciona? Quantos carbonos eu tenho aqui? Doze carbonos. É um ácido graxo de cadeia média. Quantas ligações duplas eu tenho? Ele é saturado, não tem nenhuma ligação dupla. [Sua nomenclatura simplificada fica12:0]. O Palmitato é um ácido graxo que nós sintetizamos, é o principal ácido graxo que nós sintetizamos, tem 16 carbonos e nenhuma insaturação. Então é 16:0. O Oleato tem 18 carbonos e é monoinsaturado, fica como está na imagem [o delta com os números em cima entre parênteses indicam a posição da insaturação na cadeia carbônica]. É bem fácil, não tem grandes dificuldades nessa aula de lipídeos. Nomenclatura alternativa. Já ouviram falar em ácidos graxos ômega 6, ômega 3, ômega 9? Ômega 3, 6 e 9? O que é isso? Alguém sabe o que significa isso? [Isso] remete à posição da insaturação. A gente viu as ligações glicosídicas alfa um quatro, beta alguma coisa, alfa, beta, gama... e o que é isso? O alfabeto grego. A última letra do alfabeto grego é o ômega. Inicia com alfa, e o ultimo é ômega. A nomenclatura em que se usa ômega começa pelo contrário, não toma como referencia o carbono 1 do grupo funcional, toma como referencia o carbono 1 do carbono metil terminal. É ômega 3, conte “de baixo para cima” para acertar a posição da insaturação. Os ômega 3, 6 e 9 são muito importantes para a gente porque eles são ácidos graxos essenciais. A gente vê alguma outra coisa essencial? Aminoácidos essenciais. São aminoácidos que nós adquirimos através da dieta, 4 correto? Não. Os aminoácidos não essenciais eu adquiro através da dieta também, então complementem: aminoácidos essenciais são aqueles que nós obtemos através da dieta e não produzimos no nosso organismo. Os outros que nós obtemos através da dieta e que nós produzimos são não essenciais. Da mesma forma aqui, esses ácidos graxos poli-insaturados, com ligação dupla, ômega 3, ômega 6, ômega 9, são ácidos graxos essenciais, porque são imprescindíveis para a regulação de respostas nossas associadas à imunidade, inflamação, tromborregulação, regulação da temperatura corporal, dor. Nós precisamos obter esses ácidos graxos para que a partir deles obtenhamos moléculas que regulam essas funções que eu falei para vocês. Na bioquímica 2 a gente os estuda. Por ser muito recorrente e muito importante criou-se a nomenclatura alternativa, em que fica mais fácil se remeter a eles como ácido graxo ômega 3, ácido graxo ômega 6... Propriedades Físicas. Então nós já trabalhamos essa ideia de que eles não são totalmente insolúveis, alguns são totalmente insolúveis, como os triacilglicerois e a gente vai ver o porquê. Os ácidos graxos não são totalmente insolúveis porque tem um grupo funcional que é polar, insolúvel em água, se tiver uma calda que é menor ou maior, tem uma relação de ser mais insolúvel ou menos insolúvel [respectivamente]. A relação entre comprimento dos ácidos graxos e insaturações e o estado físico, em ser encontrado no estado sólido ou ser encontrado no estado líquido: Em 25 graus célsius, em temperatura ambiente, ácidos graxos de 12 a 24 carbonos sem insaturação, são sólidos. [Inserindo insaturações] nesses mesmos ácidos graxos, eles passam do estado sólido para o estado líquido, se tornam mais fluidos, mais desorganizados. Ácidos graxos saturados, que não têm ligação dupla, têm o grupo funcional, e aqui a cadeia carbonada ligando carbono em carbono em carbono... Tem livre rotação entre um carbono e outro? Pode adquirir diversas estruturas com essa ligação? Pode. Não tem ligação dupla, ligação dupla impede a livre rotação, ligação carbono-carbono, se é ligação simples pode girar e formar diversas estruturas, rodar, dobrar. A mais estável é a linear, é uma fileira de carbonos aqui, outra fileira carbonos do lado para o outro ácido graxo. Essas caldas insolúveis, de estrutura mais estável é a linear, de menor energia livre, a gente diz. Linear e insolúvel em água, interagem uma com a outra, 5 apolar [figura C]. À temperatura ambiente, essas estruturas facilmente adotam a conformação empacotada, estável, que dá essa característica sólida para os ácidos graxos saturados. Podem rodar livremente e adquirir a conformação apresentada aqui em C. Para ser líquido, as cadeias precisam estar soltas, mais fluidas. Geralmente a insaturação adquire a seguinte conformação: essa curva na cadeia carbonada [figura D]. Eu tenho ligação dupla e a cadeia não fica reta, ela dobra. Quando eu tenho ligação dupla nessa cadeia carbonada do ácido graxo, ela pode adquirir duas conformações, (1) a CIS, que dobra a cadeia (nessa os dois hidrogênios dos carbonos envolvidos na ligação dupla ficam do mesmo plano) e a (2) TRANS, que não causa dobramento da cadeia (pois os hidrogênios dos carbonos envolvidos na dupla ligação ficam em planos diferentes). No segundo caso a cadeia fica linear, semelhante em estrutura à cadeia saturada mesmo com insaturação, e se é semelhante em estrutura, as propriedades físicas também são semelhantes. Ácidos graxos TRANS: ácidos graxos saturados [não são bons] para a nossa saúde. Ácidos graxos CIS: insaturados, monoinsaturados, poli-insaturados são mais saudáveis, pela fluidez e por outras questões, como a questão dos ácidos graxos essenciais que eu falei para vocês. Professor, se tem mais rotação ele não seria mais instável? A estrutura mais estável para essa cadeia carbonada é a linear. Ela tem mais flexibilidade sim. Mas a mais estável, a que provavelmente vocês vão encontrar em solução é linear. Os insaturados como geralmente são encontrados nessa conformação [não linear], nessa mesma temperatura, temperatura ambiente, eu tenho uma curvatura na cadeia, e em solução fica difícil organizar isso. Organizar essas cadeias de ácidos graxos como eu organizei aqui [figura C], uma fileira, outra fileira, outra fileira, dá essa característica sólida por eu diminuir essa mobilidade dos ácidos graxos na solução, torna-os estáveis um em relação ao outro. Sólido. Não tem fluidez. Quer tornar mais fluido aumenta a temperatura, a temperatura de fusão mais alta. A temperatura de fusão dos ácidos graxos saturados é mais baixa. Para eu tornar a solução de ácidos graxos insaturados, monoinsaturados, poli-insaturados sólida, eu preciso baixar bastante a temperatura. Pega o azeite de oliva, o óleo de milho, de linhaça, esses óleos que são líquidos à temperatura ambiente por terem insaturações, por terem triacilglicerois com ácidos graxos monoinsaturados, poli-insaturados, são fluidos. Tem como adquirir uma estrutura sólida? Tem. Só diminuir bastante a temperatura, para diminuir a movimentação e permitir que eles se organizem. Professor, então a temperatura afeta as ligações? A temperatura afeta a fluidez, a movimentação molecular. Quando não tem movimentação, quando está estável um em relação ao outro tem a característica sólida. Se eu aumentar a temperatura, esse ácido graxo saturado que eu falei que à temperatura ambiente tem característica sólida por estar assim, empacotado, não pode se tornar fluido se eu esquentar? Se eu esquentar eu vou aumentar a mobilidade das moléculas. Então eu vou fazer com que essa estrutura aqui seja desfeita, essas fileiras aqui vão se movimentar, não vão continuar organizadas, sólidas, vão se tornar líquidas, mas eu preciso aumentar a temperatura. [Então existem diferentes graus de empacotamento para os ácidos graxos saturados e insaturados, naqueles o fator influenciador nessa questão é a livre rotação C-C, que gera mais estabilidade e despende mais energia térmica para fusão, nestes os impedimentos estéricos]. 6 Quando se fala impedimento estérico é como se fosse assim, não passa naquela porta porque é muito grande, porque o tamanho a conformação não permite,não encaixa porque tem impedimentos estéricos. Não é compatível. Aqui o impedimento estérico se refere às curvaturas das cadeias carbônicas não lineares, então fica difícil de encaixar, de organizar. Professor, a CIS é mais fluida do que a TRANS? A CIS é mais fluida. O que torna mais difícil de organizar essas moléculas e torná-las sólidas. Tornar uma solução que contém essas moléculas com uma característica sólida. O consumo de ácidos graxos TRANS. Os óleos vegetais como eu já disse para vocês são ricos em ácidos graxos insaturados, mono ou poli-insaturados, que formam triacilglicerois que são mais fluidos por terem esses ácidos graxos desorganizados, essas estruturas não lineares que nós vimos. Ácidos graxos insaturados nos alimentos sofrem ação da atividade de enzimas e são degradados, e ao degradar os ácidos graxos eu formo estruturas menores, aldeídos ou pequenos ácidos graxos. Estruturas menores são mais voláteis, eu consigo sentir o cheiro sem precisar me aproximar muito. E tem cheiro ruim. Quem vai querer comer um alimento do cheiro ruim? Ninguém né. Além disso, também tem gosto desagradável. O processo de degradação de ácidos graxos com ligação dupla é chamado de rancificação. Cheiro ruim, gosto ruim. A indústria que produz um alimento que tem ácido graxo com insaturação que é alvo de enzimas e que logo podem formar esses produtos com gosto ruim e cheiro ruim não vai ter consumidor, vai falir. Uma alternativa para a indústria foi utilizar a hidrogenação desses ácidos graxos com ligação dupla. Se ter ligação dupla é um problema para o meu processo industrial eu vou a desfazer, vou reduzir, vou hidrogenar equivalentes redutores. Só que o efeito dessa hidrogenação é a formação de ligações duplas TRANS, a conversão de CIS em TRANS. Então teve um efeito positivo, tirou a insaturação de alguns, mas formou a ligação TRANS em outros. E parece, pelos dados que a literatura traz, que o efeito fisiológico dos ácidos graxos TRANS é igual ou até mesmo pior que os ácidos graxos saturados, sem ligação dupla. Como o aumento de triacilglicerois circulantes, o aumento de colesterol LDL, que é o colesterol ruim, a gente vai ver na bioquímica 2. Redução do colesterol bom, que é o HDL, que é uma lipoproteína que recolhe a gordura dos tecidos extra-hepáticos. E maior incidência de doenças cardiovasculares pelo consumo de ácidos graxos TRANS. 7 Sabem o que é um ácido graxo? Sabem reconhecer a estrutura de um ácido graxo? Olhar e dizer aqui eu tenho um ácido graxo, aqui é sua cadeia carbonada insolúvel, carbonos com hidrogênios ligados nesses carbonos, o grupo ácido. Se eu tenho uma ligação dupla, aqui eu tenho uma ligação CIS, aqui eu tenho uma ligação TRANS. Sabem diferenciar isso? Isso é o mais importante até aqui. Sabem ler o que é um dezoito dois pontos dois abre parênteses delta nove doze? Sabem me dizer se é um ácido graxo omega 3, ômega 3 e ômega 6, sabem? Isso vocês precisam saber até aqui. Nós produzimos ácidos graxos, eu já falei para vocês, e nós armazenamos ácidos graxos, onde que nós armazenamos os ácidos graxos para ser utilizados como fonte de energia no futuro, no jejum, pelo fígado. Passa de consumidor de glicose para produtor de glicose, não usa glicose em jejum, usa ácidos graxos. Onde eu armazeno esses ácidos graxos, principalmente? No adipócito e no formato de triacilglicerois. 8 AULA 1 (P2) – LIPÍDEOS PARTE 2 Vamos lá então, pessoal. Nós produzimos ácidos graxos? Consumimos ácidos graxos e usamos esses ácidos graxos no momento que eles são transportados na corrente sanguínea? Captamos e já utilizamos? Sim. Pergunta dois: armazenamo-los como? Digerimos os triacilglicerois, transportamo-los também na forma de triacilglicerois pros diversos tecidos. [Posteriormente,] o tecido que armazena vai captar e vai armazenar, [e] o tecido que oxida capta, manda para dentro da mitocôndria e oxida. O tecido que armazena vai fazer o que com os ácidos graxos? Vai montar outra estrutura lipídica, que é o triacilglicerol, e vai armazenar principalmente na forma de triacilglicerois. Mas o que são esses triacilglicerois? Tri remete a três. Três o que? Três ácidos graxos. [Portanto] tri acil = três ácidos graxos. Então, é o Triacil ligado a um glicerol, e o que é esse glicerol? O glicerol é uma molécula com três hidroxilas, e cada uma dessas hidroxilas se envolve em uma esterificação, reage com um grupo ácido de um ácido graxo. Reagem e liberam 3 moléculas de água. Um triacilglicerol é, portanto, um lipídeo formado pelo glicerol e por três ácidos graxos esterificados nessa molécula de glicerol. Esse é um lipídeo de armazenamento, é uma forma de armazenar ácidos graxos para utilizá-los como fonte de energia. São muito importantes no estado de jejum. No estado de jejum a gente mobiliza, na verdade aumenta a mobilização de ácidos graxos do tecido adiposo, para fornecer energia para o tecido muscular, para tecido hepático, para produzir moléculas chamadas corpos cetônicos que são importante fonte de energia para o encéfalo. Nos triacilglicerois simples os três ácidos graxos são os mesmos, triacilglicerois mistos eu tenho pelo menos dois ácidos graxos diferentes (é o predomínio nas nossas células e nas células vegetais). O triacilglicerol é menos, ou melhor, é praticamente todo apolar porque onde eu tinha grupos polares no glicerol eram as hidroxilas, e onde eu tinha grupos polares, solúveis em água, nos ácidos graxos eram os grupos ácidos carboxílicos. E agora eles estão envolvidos na formação dos triacilglicerois, na ligação éster. Então agora eu tenho uma molécula extremamente insolúvel, não tenho uma porção polar, solúvel, como eu tinha as três porções do glicerol que é solúvel em água, totalmente solúvel, e aquela porção pequena, solúvel em água, polar, do ácido graxo. Então é muito insolúvel em água, não é nem um pouco solúvel em água como é o ácido graxo, mesmo com cadeia longa. Além disso, os triacilglicerois são menos densos do que a água. Os óleos que vocês compram, o óleo de milho, de linhaça, de girassol, o azeite de oliva são ricos em triacilglicerois, triacilglicerois que tem ácidos graxos com ligações duplas CIS, por isso que são fluidas. Depósito de combustível metabólico, no tecido adiposo, a gente vai ver na 9 bioquímica 2, que são armazenados em vesículas, dentro dos adipócitos, essas vesículas recobertas por proteínas que são perilipinas, mas isso fica para o futuro. Lipases, nós vamos ver várias lipases semestre que vem. Lipases são enzimas que agem sobre triacilglicerois, removendo os ácidos graxos que estão esterificados no triacilglicerol, desesterificam os triacilglicerois, formam ácidos graxos livres e glicerol livre. Formam diacilglicerois, depois monoacilglicerois e depois ácidos graxos livres e glicerol livre. Um diacilglicerol é um glicerol com dois ácidos graxos, com um terceiro carbono não envolvido em uma esterificação. Um monoacilglicerol é um glicerol com apenas um ácido graxo, e ele é muito importante na biossinalização. Os triacilglicerois também são importantes para as plantas. As sementes são ricas em TAG, que é uma fonte de combustível para que se inicie a germinação da planta, mas o nosso enfoque é outro. Professor, todos os triacilglicerois são insolúveis? São insolúveis. Todos. Amenos que, e nesse caso não é um TAG, aqui eu tenha um grupo polar, aí não é um TAG, aí entra na questão das membranas que a gente vai ver depois. Professor,por que ali tá escrito ligação éster? Porque isso aqui é uma ligação éster. Question: é melhor eu armazenar TAG no tecido adiposo ou armazenar glicogênio, que é um polissacarídeo? Cada um tem as suas vantagens. O glicogênio é rápido de mobilizar [pois] já está com a enzima que degrada ele ali ligada nele e vai liberar glicose que é solúvel e por isso não precisa de uma proteína para transportá-la no plasma. E os AG armazenados na forma de TAG tem alguma vantagem? Têm. Eles vão proporcionar a formação de mais energia e mais ATP dentro da célula. Eu formo muito mais ATP com AG do que eu formo com uma molécula de glicose. Muito mais. Os AG não precisam da água que o glicogênio precisa para estabilizar essa estrutura, não é solúvel em água então não requer a camada de solvatação. Dentro do adipócito aqui, é mínima a quantidade de água que eu tenho. É contaminação essa água ali dentro. Eu não preciso de água ali dentro. A vesícula onde eu armazeno TAG no adipócito é rica em lipídeos insolúveis, totalmente insolúveis. Então se eu tiver água ali dentro, a presença será mínima. Fora que nós temos um limite para a estocagem de glicogênio tanto no tecido muscular quanto no tecido hepático (os locais de reserva mais relevantes). Se nós convertêssemos agora a glicose armazenada na forma de glicogênio para lipídeo eu teria uma redução no volume. Se eu transformasse o lipídeo reservado no tecido adiposo em glicogênio em carboidrato, aumentaria o volume, nós aumentaríamos, pois precisaria de muita água para a estrutura que é o glicogênio. 10 Ceras Para finalizar, as ceras também servem de fonte de energia, mas não para nós. As ceras lubrificam pelos, pele, folhas de plantas, pena de aves, impermeabiliza. É de caráter lipídico. Que estrutura é essa? A cera é um ácido graxo saturado, esterificado na hidroxila de um álcool de cadeia longa. Então aqui eu tenho uma cadeia longa carbonada, semelhante a cadeia carbonada de um ácido graxo, porém na extremidade eu tenho apenas uma hidroxila. Essa cadeia carbonada (slide de cera 1) tem em torno de 40 carbonos, é enorme e é linear, não tem ligação dupla, então é fácil de empacotar, fácil de empacotar igual aquele ácido graxo saturado. Só que é muito maior. Para eu desestabilizar vou precisar esquentar muito mais a minha solução, fornecer energia térmica mais do que eu necessitaria fornecer para o ácido graxo saturado. Então o ponto de fusão das ceras, consequentemente, é maior. 11 Lipídeos que compõem as membranas biológicas Uma característica importante para os lipídeos que compõem as membranas biológicas é ser anfipático. O que é uma molécula anfipática? É aquela que possui uma região polar, solúvel em água e outra insolúvel, apolar (como um ácido graxo). Anfipática é aquela molécula que é tanto solúvel quanto insolúvel, independentemente da proporção, pode ser só um cantinho solúvel, mas é anfipático. O colesterol é assim. Por que isso é importante? Por que moléculas, para serem empregadas na formação de uma bicamada lipídica de uma membrana que delimita um espaço interno e externo, precisam ser anfipáticas? Vamos imaginar que essa sala seja uma célula, a membrana (parede) delimita o espaço interno e externo. Esse espaço interno é chamado de citoplasma, é hidrossolúvel. Então a face interna dessa minha bicamada lipídica precisa ter grupos polares, porque aqui dentro é hidrossolúvel, é polar. Da mesma forma que a face da bicamada lipídica voltada lá para fora precisa ter grupos polares para interagir com a água do meio extracelular que também é um meio hidrofílico, meio aquoso. Então a gente costuma representar as bicamadas lipídicas, nos desenhos, assim: Isso pintado de azul, em cima e embaixo, está em contato com o meio extra e intracelular, essas partes, portanto, precisam ser polar. Eu costumo, dessa forma, chamar essas partes de cabeça polar desse lipídeo. Os lipídeos de membrana, então, tem uma cabeça polar, e duas caudas apolares, que estão escondidas nesse mar apolar dentro da bicamada lipídica. Dentro da bicamada lipídica: apolar. A face voltada para dentro ou para fora: polar. Estes são os quatro grupos de lipídeos de membrana que eu vou mostrar para vocês como que eles são constituídos: nós temos fosfolipídeos, que são constituídos de fósforo na forma de fosfato orgânico, ligado a moléculas orgânicas. Eu tenho glicerofosfolipídeos, glicero= glicerol, então pode ser um diacilglicerol com um grupo fosfato lá no carbono 3 e assim por diante. Esfingolipídeos, já ouviram falar em esfingolipídeos? A esfingosina, por exemplo, é uma molécula que serve como base para a ligação de ácido graxo como a triacilglicerol. É bem parecido em estrutura com a ligação do AG com o glicerol. Lembra: tem esfingolipídeos que são fosfolipídeos, e tem esfingolipídeos que são glicolipídeos, tem uma pequena diferença que eu vou mostrar para vocês. Aqui nos fosfolipídeos o grupo polar é o grupo fosfato ligado a mais algum grupo polar que forma a cabeça polar do meu fosfolipídeo, e aqui nos glicerofosfolipídeos o grupo polar, tanto para esfingolipídeos quanto para esses dois outros, é um carboidrato. Uma glicose, uma glicose ligada a um enxofre, uma ou duas galactoses. São solúveis, são polares, ficam voltadas para as faces extra ou intracelular. E, para finalizar, os esteróis. Vou mostrar a estrutura do colesterol que é um esterol, o importante é que tenha um núcleo esteroide. 12 Fosfolipídeos que nós vamos estudar são os glicerofosfolipídeos, e os esfingolipídeos. O que eu tenho no glicerofosfolipídeo? Um glicerol, os ácidos graxos e em azul o grupo polar. Esfingolipídeos: aqui eu tenho a esfingosina ao invés do glicerol, um ácido graxo ligado num dos carbonos da esfingosina, e um grupo polar que é um fosfato e mais um outro grupo polar. E se no lugar do fosfato eu tiver um carboidrato? Nesse caso continua sendo um esfingolipídeo, porém, não é um fosfolipídeo e sim um glicolipídeo, um esfingolipídeo que entra no grupo dos glicolipídeos. E os galactolipídeos ou sulfolipídeos também tem o glicerol como base, os ácidos graxos e um açúcar ligado em um dos carbonos do glicerol ligado a um outro grupo polar. Então se eu tiver um diacilglicerol com um grupo fosfato eu tenho um fosfolipídeo, se eu tenho um diacilglicerol com a um açúcar no grupo polar eu tenho um galactolipídeo. Então agora cada um desses grupos que eu apresentei para vocês. Os detalhes de cada um deles para vocês conhecerem melhor, um pouquinho além dessa explicação que eu dei pra vocês. E falar de algumas ligações interessantes que a gente tem por exemplo nesse grupo daqui, falar também algumas questões de adaptação, questões evolutivas que impeliram as plantas a deixar de utilizar fosfato e a utilizar carboidratos que elas mesmas produzem como grupo polar. Por que será que isso aconteceu? (resposta pág. 13) Glicerofosfolipídeo: eu preciso do glicerol, dos ácidos graxos esterificados nesse glicerol (ligação éster), ligados com um grupo fosfato e um substituinte polar que pode ser vários. Mas o que eu quero é que vocês reconheçam essa estrutura: “ah aqui eu tenho um fosfolipídeo, o fosfato está ali.” “Ah, aqui eu tenho um esfingolipídeo, olha a esfingosina” e assim por diante. Nem sempre eu tenho ácidos graxos esterificados, eu posso ter moléculas ligadas por ligação éter. Será que faz alguma diferença? Será que isso tem alguma finalidade biológica? No coração, o coração é rico em um lipídeo de membrana, que é o glicerofosfolipídeo, só que no carbono 1 tem umacadeia carbonada insolúvel ligada por ligação éter, e discute-se que essa ligação éter é uma defesa contra a ação de esterases, esterases são enzimas que degradam ligação éster e estão presentes nas células cardíacas. Essa é uma forma de proteger os lipídeos de membrana das células cardíacas sobre ação dessas esterases. Uma outra molécula que também tem ligação éter nos glicerofosfolipídeos é o fator de agregação plaquetária, liberada dos grânulos plaquetários para induzir a agregação das plaquetas, a formação de trombo. 13 Esfingolipídeos. Sejam fosfolipídeos, sejam glicolipídeos, vai depender disso daqui. Então primeiro a gente estuda a questão básica, o que é um esfingolipídeo: esfingolipídeo tem essa estrutura base que é a ceramida, a esfingosina no lugar do glicerol. O que é a esfingosina? É uma molécula de cadeia longa, com um grupo amino, onde eu ligo através de uma ligação amida um ácido graxo e um grupo álcool. Então é um amino- álcool que eu substituo, utilizo para substituir o glicerol, e produzir lipídeos de membrana. Eles têm essas caudas um pouco maior, então regiões ricas em esfingolipídeo na membrana tem uma saliência, e essas saliências são conhecidas como balsas de membranas. Eu vou falar na aula de membranas para vocês. Se eu tiver aqui nesse substituinte (X) um grupo fosfato e esse grupo fosfato estiver ligado a mais alguma coisa apolar, eu tenho um fosfolipídeo, se eu tiver um açúcar ligado aqui eu tenho um glicolipídeo, economia de fosfato. Galactolipídeos e sulfolipídeos. Eu falei pra vocês estão a questão das células vegetais produzirem bastante galactolipídeos e sulfolipídeos. Nós também temos galactolipídeos nas nossas membranas biológicas, mas o que é mais comum encontrar são fosfolipídeos. Olha a quantidade de galactolipídeos e fosfolipídeos em plantas vasculares (70-80%). Aqui no grupo polar eu posso ter um ou dois resíduos de galactose para ter um galactolipídeo, para ter um sulfolipídeo um resíduo de glicose e um enxofre. Aqui diz que provavelmente são os lipídeos mais abundantes pela abundância das plantas. Por que será que as plantas passaram a utilizar mais esses lipídeos para suas membranas biológicas? Nós temos membranas biológicas e eu já falei para vocês que nessas membranas há um predomínio de fosfolipídeos, precisa de fósforo, precisa de fosfato, e de onde que nós tiramos esse fosfato? Nós sintetizamos esse fosfato? Não. Nós adquirimos o fosfato de forma exógena, pela alimentação. E a planta? A planta não pode sair e ir lá andando para conseguir fosfato. A planta utiliza os fótons, a energia dos fótons para produzir, por exemplo, 14 carboidratos através de CO2 que é um gás. A planta precisa de fosfato para produzir ATP, para crescer, para multiplicar células, para multiplicar células precisa duplicar seu conteúdo (DNA), para aumentar em tamanho, para crescer, precisa de fosfato para fazer mais DNA, para fazer mais RNA para copiar informação e levar para o citosol. E a planta tem uma capacidade limitada de obter fosfato. Os animais têm uma presa, vão atrás da presa e a presa tinha fosfato. A planta absorve fosfato do solo. O fosfato geralmente é um nutriente limitante do crescimento das plantas. E foi essa pressão evolutiva que levou com que as plantas, provavelmente, passassem a produzir esses outros lipídeos que não precisam do fosfato, deixa o fosfato para outras funções mais vitais já que elas podem usar carboidratos que elas mesmas produzem. E para finalizar, os esteróis. Nos esteróis vocês encontram esse núcleo esteroide. É a característica dos esteróis. Tem toda essa região insolúvel em água e aqui embaixo eu tenho uma hidroxila, polar. É o cantinho do colesterol que é polar, que é solúvel em água. Eu tenho colesterol nas minhas membranas? Tenho. O colesterol tem importante função nas minhas membranas biológicas. E isso nós vamos tratar na aula de membranas porque é muitíssimo importante a função do colesterol nas membranas biológicas. Os esteróis, o colesterol, e os esteróis precursores de hormônios esteroides, de sais biliares na digestão de lipídeos que a gente vê na bioquímica 2. E aqui o colesterol: anfipático. É hidrofóbico com um cantinho polar. 15 AULA 2 (P2) – MEMBRANAS CELULARES E TRANSPORTE Hoje nós vamos fazer uma ligação com o que a gente viu aula passada, que foi lipídeos, lipídeos que tem funções energética e estrutural em membranas. E onde que eu tenho membranas? Nas células. A célula é um espaço delimitado por uma bicamada lipídica que constitui a membrana plasmática. Nos compartimentos celulares eu também tenho membranas que delimitam. Complexo de golgi, lisossomos, a mitocôndria (que é muito importante para bioquímica 2 e que tem duas membranas) e as diversas outras organelas. E quais são as funções das membranas? Delimitar uma região, seja a região da célula, seja a região da organela, organela que dentro dela pode ocorrer modificações em proteínas conforme elas são sintetizadas, dentro de outra organela onde patógenos são atacados por enzimas do sistema imune, etc. O que mais? Selecionar as substâncias que vão entrar ou sair da célula, entrar ou sair das organelas, que vão entrar ou sair da matriz. Só isso? Quais outras funções das membranas? O que eu encontro na minha membrana plasmática? Proteínas. Proteínas que são canais que permitem o influxo ou efluxo de íons, transportadores que transportam a glicose para dentro das células após a refeição quando a glicemia sobe, através dos transportadores GLUT. Transportadores que levam intermediários da oxidação da glicose de aminoácidos para dentro da matriz mitocondrial e que enviam intermediários do metabolismo para fora da matriz mitocondrial. Na bioquímica 2 nós vamos ver que dentro da mitocôndria é onde eu produzo maior quantidade de ATP, e eu preciso de carreadores para que o ATP produzido saia da mitocôndria. Então não é só na membrana plasmática que eu tenho transportadores, e nem só nas membranas da mitocôndria. Então as membranas delimitam espaços, selecionam o que passam através delas, a maior parte são solutos polares, então precisam desses carreadores, desses canais. Se o soluto não for polar, se o soluto for apolar, ele precisa de um carreador? O oxigênio e CO2 são apolares e tem livre acesso para dentro e para fora da célula, atravessam as bicamadas lipídicas sem dificuldades; são poucos os exemplos de moléculas que fazem isso, a maior parte delas são carregadas ou são polares e precisam de um transportador ou de um carreador para entrar ou sair da célula. A glicose quando é captada pelas células é carimbada com um grupo fosfato e esse grupo fosfato, essa carga negativa, impede que ele saia da célula, para sair tem que ser removido esse grupo fosfato, isso a gente vai tratar na bioquímica 2 mas é um bom exemplo aqui. Na membrana plasmática eu tenho proteínas trans-membrana, proteínas periféricas, e nessas proteínas que já estão ligadas a lipídeos eu tenho ligados carboidratos, oligossacarídeos, pequenos polímeros de carboidratos. Qual a função desses carboidratos mais a proteína mais o lipídeo? Reconhecimento celular. Dizer que aqui eu tenho uma célula hepática, aqui eu tenho um neurônio, aqui eu tenho uma célula renal, aqui eu tenho uma célula própria e aqui eu tenho uma célula de um enxerto e eu estou reconhecendo como não própria (parte do sistema imune). Nas membranas, além dos carreadores, eu tenho enzimas. O que essas enzimas fazem? Transformamsubstratos em produtos tanto dentro da célula quanto fora da célula. Algumas enzimas tem o sítio catalítico voltado para o meio intracelular, outras para o meio extracelular e degrada ou transforma ou sintetiza produtos fora da célula. Um exemplo de sítio catalítico para o meio extracelular é a acetilcolinesterase, que participa da neurotransmissão, que degrada acetilcolina no meio extracelular. Canais que também tem atividade enzimática como a sódio-potássio-ATPase. Cálcio-ATPase, que consome ATP para bombear cálcio para fora da célula e para dentro do RE, para diminuir a concentração de cálcio. 16 Então eu encontro muitas coisas dentro da minha membrana que contribuem para que ela tenha essa função toda especializada que não é só delimitar um espaço. As membranas, em geral, possuem diversas funções, delimitação, recepção de sinais. Nas membranas, um ponto bem importante e fazendo ligação com o próximo conteúdo, eu encontro alguns dos receptores celulares. A compartimentalização que eu falei para vocês, a separação das vias que degradam nutrientes dentro da mitocôndria, no citosol os processos biossinteticos dentro das organelas, regulação do trafego molecular. Outra capacidade importante que a membrana tem é a capacidade de se romper e resselar, de capturar algo do meio extracelular e formar uma vesícula, ou fundir uma vesícula citosólica com a membrana plasmática e liberar para o meio extracelular (como as membranas dos neurotransmissores). Composição e arquitetura das membranas Então na aula passada eu já dei uma ideia para vocês de como as membranas são constituídas. Nós estudamos os lipídeos de membranas que tem que ter uma característica para fazerem parte das membranas, precisam ser anfipáticos. As membranas possuem duas lâminas, as lâminas externa e interna. A membrana mitocondrial externa possui uma lâmina externa e uma lâmina interna, a membrana mitocondrial interna também possui uma lâmina mitocondrial externa e interna. Cada uma dessas lâminas é composta por uma sequência de lipídeos anfipáticos. Como assim? Tem um grupo hidrofílico voltado para o meio hidrofílico, na membrana plasmática a lâmina externa tem voltado para o meio externo os grupos carregados dos fosfolipídeos, o grupo fosfato e os substituintes, os glicídios dos glicolipídeos. E na lâmina interna da mesma forma, o grupo polar, ou a cabeça da polar, voltada para a região hidrofílica (aqui o citoplasma). Cada tipo de membrana possui proteínas e lipídeos característicos, ou seja, a composição que eu encontro na minha membrana plasmática é diferente daquilo que eu encontro na membrana do lisossomo, do CG e assim por diante. E essa diferença não é apenas entre a membrana plasmática e as membranas desses outros compartimentos celulares, essa diferença ocorre entre espécies diferentes. Se eu pegar uma célula do tecido hepático de um rato e uma célula do nosso tecido hepático, a porcentagem de colesterol, de fosfolipídeos, de glicolipídeos e assim por diante será diferente. Há também diferença da célula de um tecido para a célula de outro tecido, e há diferença dentro da própria célula quando nós levamos em consideração as organelas. Na célula do hepatócito do rato (acompanhar no gráfico do slide) na membrana plasmática tem muito mais colesterol do que na membrana mitocondrial, eu tenho essa distribuição diferente dependendo da membrana que eu estou considerando, e depois vocês vão ver que dependendo da lâmina (interna ou externa da bicamada) eu também vou ter uma quantidade de lipídeos diferente, isso é bem importante, daqui a pouco falamos disso. 17 Modelo do mosaico fluido A gente costuma chamar as membranas, a membrana plasmática, as membranas dos compartimentos celulares, de mosaico fluido, principalmente as membranas plasmáticas. Por quê? Porque eu tenho diversos lipídeos nessas membranas, eu tenho diversas proteínas ancoradas nessa membrana e existe uma fluidez desses componentes. Esses lipídeos que estão lado a lado, glicolipídeos, fosfolipídeos, colesterol, possuem uma fluidez. A lateralização, aquilo que eu falei pra vocês: o conteúdo que eu tenho na lâmina externa é diferente do conteúdo que eu tenho na lâmina interna. Isso é muito importante, principalmente para biossinalização. Alguns lipídeos que eu encontro na lamina interna eu consigo trocar por outro lipídeo que está na lamina externa. Imaginem um lipídeo em especial, que não está presente na lamina externa. Quando eu faço isso, quando eu troco, coloco ele voltado para o lado externo, ele vai ser reconhecido por uma célula do sistema imune, por exemplo, que vai atacar essa célula: processo de apoptose. Alguns lipídeos que eu encontro na lâmina interna são degradados por enzimas e causam uma cascata de sinalização intracelular. Por isso que é importante que essa composição seja assim, dos lipídeos que eu tenho dentro e fora. Imagina se fosse igual, se eu tivesse esses lipídeos que induzem apoptose tanto do lado interno quanto do lado externo, assim todas as células seriam reconhecidas pelas células do sistema imune envolvidas na apoptose e seriam destruídas. Então isso vai acontecer, essa translocação desses lipídeos que induzem apoptose ou diversos outros sinais, quando essa célula estiver entrando em apoptose, para que realmente aconteça a apoptose. Então como eu falei para vocês têm diversos componentes, tem fosfolipídeos, tem colesterol (estrutura maior que acaba limitando ou restringindo a fluidez daquela porção da membrana). Geralmente eu encontro algumas regiões na membrana plasmática que são ricas em colesterol, e esse colesterol tem exatamente essa função; ao estar mais concentrado diminuir a fluidez dessa região em especial. Diminuir a fluidez daquela região em especial e ali eu conseguir organizar um sistema de biossinalização, o receptor, a enzima que responde esse receptor, outro, outro, outro item, assim eles não ficam dispersos na membrana, para tornar mais ágeis alguns processos de biossinalização (exemplo). Proteínas transmembrana, proteínas periféricas, enzimas, canais, carreadores. Professor, eu não entendi a parte da fluidez quanto tem colesterol, ai você fala da biossinalização... Toda membrana plasmática é fluida, existe uma movimentação dos lipídeos, das proteínas e de tudo que está presente ali. Em primeiro lugar: quanto menor a estrutura, mais fácil dela se movimentar. Quanto 18 maior a estrutura, mais lenta a movimentação. A estrutura do colesterol, que tem aquele núcleo esteroide que é grande, acaba diminuindo a fluidez, acaba criando uma muralha, como se fosse uma muralha daqueles lipídeos que estão ali dentro. Ali dentro tem uma fluidez, mas pra sair fica mais difícil. Restringe a saída dos componentes que estão ali dentro envolvidos por essas estruturas de colesterol presentes. Na bioquímica 2 a gente vai ver que na membrana mitocondrial interna eu tenho complexos enzimáticos que são grandes, e será que tem uma fluidez grande ou pequena? Movimenta-se rápido? Não. E vocês vão se lembrar disso, alguns eu espero que lembrem. Na bioquímica 2 eu vou dizer o seguinte: os elétrons tem que percorrer o caminho de 4 complexos (são 4 complexos), só que esses complexos não se movimentam rápido, os elétrons que se movimentam rápido. Entre os complexos existem moléculas menores que vão em um complexo pegam os elétrons e vão para o outro complexo, e assim por diante. É assim porque cada complexo é muito grande, e para cada complexo levar os elétrons ao outro demoraria muito tempo para produzir energia que nós precisamos para quea célula seja viável. Nós podemos encontrar estruturas como essa que formam a bicamada lipídica na membrana plasmática, nas organelas celulares, ou em vesículas que armazenam neurotransmissores, que armazenam íons, que armazenam enzimas para serem liberadas para o meio extracelular, ou se a conformação, se a forma do meu lipídeo, do meu fosfolipídeo, do meu glicolipídeo, ao invés de ter formado cilíndrico ter formato de cunha podem formar uma estrutura chamada de micela. Por que eu não encontro uma estrutura assim (figura b) dentro da célula? Porque é instável. É instável porque os grupos apolares não são solúveis em água, então a tendência, se uma célula rompe, e um pedaço da membrana saí, a tendência é formar uma vesícula. A questão que eu tratei com vocês da distribuição assimétrica de lipídeos que eu encontro na lâmina externa e interna. O lipídeo que eu falei para vocês: fosfatidilserina. Onde que eu tenho muito mais fosfatidilserina? Na lâmina interna. Escondida dentro da célula. Na indução de apoptose eu tenho a translocação, na qual eu diminuo a concentração da fosfatidilserina da lamina interna e jogo para a lâmina externa. Ao fazer isso eu crio sítios de reconhecimento que são as fosfatidilserinas, para que essa célula seja destruída. 19 Nós já falamos que nas membranas, na membrana plasmática e nas demais, nós temos proteínas transmembrana, essa proteína transmembrana pode ser um canal, um transportador, um carreador, uma enzima com o sítio catalítico voltado para o meio extra ou intracelular. E existem algumas características para essas proteínas transmembrana que eu vou discutir com vocês. Eu tenho necessariamente uma região que atravessa a bicamada lipídica, se ela é transmembrana eu preciso disso. Na maior parte dos casos eu tenho uma região que está no citosol e outra região no meio extracelular. O que vocês imaginam encontrar em predomínio nessa região que está dentro da célula e também na região que está fora da célula? Vou facilitar para vocês: nós classificamos os aminoácidos pelos grupos R que é onde eles diferem em aminoácidos que tem grupo R polar, carregado positivamente ou negativamente, e grupos R apolares, hidrofóbicos. Onde que vocês esperariam encontrar um predomínio de resíduos de aminoácidos com grupos R hidrofóbicos? Na região que atravessa a bicamada lipídica. Mas será que eu posso encontrar um grupo R carregado, um grupo R polar nessa região? Posso. De repente ele está se estabilizando com outro polar, carregado positivamente ou negativamente, pode acontecer. Da mesma forma que eu posso também encontrar aqui resíduos de aminoácidos com grupos R apolares na região extra ou intracelular; é possível. Geralmente os resíduos extracelulares de aminoácidos são glicosilados e às vezes a glicosilação serve para tornar mais solúvel aquela região. Onde eu encontro aminoácidos hidrofóbicos eu glicosilo, adiciono grupos polares sacarídicos e confiro solubilidade àquela região, também tem essa função. Também a função de sinalização que nós vimos que está associada com a glicosilação dessas proteínas, tanto de monossacarídeos como de grupos maiores, oligossacarídeos. Essa proteína transmembrana na imagem é a glicoforina, quantas vezes a glicoforina atravessa a bicamada lipídica? Uma vez. E nessa uma vez que a glicoforina atravessa a bicamada lipídica, se vocês contarem, vocês vão encontrar em torno de 20 resíduos de aminoácidos, e 20 resíduos de aminoácidos com o grupo R hidrofóbico. E se eu der para vocês uma sequência de 1000 resíduos de aminoácidos para vocês fazerem uma análise, pega uma caneta azul e uma amarela, marca em azul os aminoácidos carregados, polares, em amarelo os apolares. Quando vocês encontrarem uma sequência com em torno de 20 ou mais resíduos de aminoácidos com o grupo R apolar, ou seja, os marcados em amarelo, vocês podem esperar, vocês podem presumir, que aquela é uma região que atravessa uma bicamada lipídica (pode ser que atravesse). E se nessa sequência de mil vocês encontrarem 7 segmentos marcados em amarelo com 20 ou mais resíduos de aminoácidos, vocês podem presumir que essa proteína atravessa a 20 membrana 7 vezes. Então dependendo do tamanho da proteína e dependendo da quantidade dessas regiões ricas em aminoácidos com grupo R apolar, a proteína transmembrana pode costurar a membrana atravessando-a várias vezes. Esses gráficos aqui são gráficos de hidrofobicidade. O primeiro é o gráfico de hidrofobicidade da glicoforina, e na parte de cima desse gráfico eu tenho uma região rica em aminoácidos hidrofóbicos, uma região: atravessa a bicamada lipídica uma vez. O outro é o gráfico da Bacteriorrodopsina. Quantos picos eu tenho nesse gráfico? 7. Então eu tenho 7 regiões transmembrana. (representadas na imagem abaixo cada região transmembrana e uma cor). Quando vocês analisam uma estrutura como essa, imaginem um cano de PVC, imagine no formato de um cano uma proteína, eu tenho que dobrar várias vezes ela. Voltas beta, folhas beta e outras estruturas que a gente não viu para montar essa estrutura que parece um cano formado por aminoácidos, por cadeia polipeptídicas. Agora insiram essa cano na minha bicamada lipídica. Isso pode ser um canal iônico, pode ser um transportador. Na região dessa proteína voltada para a bicamada lipídica, na parte de fora, eu tenho grupos R apolares voltados para esse meio apolar. Do lado de dentro desse poro, onde passa a minha molécula, onde passa o meu íon carregado, eu tenho predomínio de grupos R polares. 21 Transporte de solutos através da membrana Figura 2@ Agora fica mais interessante. Até agora nós vimos questões estruturais, mas agora nós vamos estudar os transportadores, os canais, como que moléculas são transportadas, como íons são transportados através da bicamada lipídica, como que moléculas apolares atravessam as bicamadas lipídicas, como é o caso do oxigênio e do CO2. Nessa imagem (figura 2@) está tudo que nós vamos ver até o final da aula. Difusão simples: transporte sem gasto de energia, a favor do gradiente de concentração. O que significa dizer que é a favor do gradiente de concentração? Significa dizer que busca o equilíbrio, igualando as concentrações. A molécula envolvida da difusão simples precisa ser apolar. Não vai precisar de transportador para atravessar essa região apolar. Antes eu tinha um gradiente, eu quero desfazer esse gradiente, eu quero igualar as concentrações, desfaço o gradiente. Mas o que é o gradiente? O gradiente é quando eu tenho diferentes concentrações do meio extra em relação ao intracelular, no citosol em relação à mitocôndria, na matriz mitocondrial em relação ao espaço entre as duas membranas mitocondriais e etc. (Adiantando conteúdo da bioquímica 2) há um importantíssimo gradiente eletroquímico entre a matriz mitocondrial e o espaço intermembranas. É através desse gradiente eletroquímico que a célula produz a energia que utiliza nos diversos processos. Para a sódio-potássio-ATPase que gasta energia, ATP pra caramba. O gasto de energia no sistema nervoso central pela sódio-potássio-ATPase é muito grande 22 (70% da energia consumida pelo sistema nervoso central). E o ATP vem, grande parte dele vem da síntese decorrente desse gradiente eletroquímico. Isso é conteúdo de bioquímica 2 mas vocês precisam dessa informação de hoje para entenderem isso lá na frente. Difusão facilitada: a molécula envolvida na difusãofacilitada precisa ser polar ou apolar? Não precisa. Ela será transportada através de um transportador, de um carreador que vai se ligar a molécula a ser transportada, vai reconhecê-la, porque é cego, não tem olhos, só tem afinidade pelo ligante, pela molécula ou pelas moléculas que serão transportadas, por uma questão de cargas, negativo com positivo, ou por uma questão de conformação, vai reconhecer lá fora as moléculas ou a molécula que vai ser transportada de um meio para o outro. Se for mais de uma pode entrar enquanto a outra vai sair, ou as duas podem entrar. É mais demorado aqui no caso do transportador porque é necessário esse reconhecimento do ligante, ao contrário do canal. No canal, se tem mais ou menos o mesmo tamanho e a mesma conformação passa, sem reconhecimento. A difusão facilitada requer energia para acontecer? Não, porque também acontece a favor do gradiente de concentração. É bem parecido com a difusão simples, mas nesse caso eu tenho um soluto carregado ou polar que precisa desse caminho proteico que ali dentro tem uma região hidrofílica. Transporte ativo primário: aqui envolve o gasto de ATP. A proteína consome, hidrolisa o ATP e com a energia liberada pela hidrolise do ATP, bombeia contra o gradiente de concentração. Transporte ativo secundário: também consome energia e está acoplado ao primário. Tem que acontecer o primário para depois acontecer o secundário. Canal iônico: a favor do gradiente de concentração Ionoforo: são moléculas apolares que se ligam em íons, envolve-os e como são apolares permitem a passagem desses íons por outro caminho que não canal iônico. Geralmente desfazem gradientes eletroquímicos por permitir a livre passagem de íons. Ele desfaz gradientes eletroquímicos. Pode ter efeito nocivo. Transporte ativo versus transporte passivo: a diferença é que transporte ativo gasta energia. Não tem grandes dificuldades. Dentro do transporte ativo o primário e secundário que foi apresentado ali em cima, mais adiante falamos mais, tudo com custo de energia, geralmente ATP. Transporte passivo sem custo de energia, nem como ATP, nem como GTP, eu só preciso ter um gradiente para que a molécula ou íon busque igualar o gradiente de concentração. Então da difusão, que é um tipo de transporte passivo, o soluto vai da região onde ele está mais concentrado para a região que ele está menos concentrado. Lembrando que na difusão simples os solutos devem ser apolares. 23 Os gradientes. Se eu tenho mais glicose fora da célula em relação ao citosol eu tenho um gradiente? Sim. Tá mais concentrado fora. A tendência é que essas moléculas de glicose entrem na célula, elas vão conseguir entrar? As moléculas de glicose carregadas no plasma sanguíneo vão conseguir entrar nas células do tecido hepático? Vão conseguir serem capturadas pelos eritrócitos? Vão tentar entrar. Não tem transportador, mas vão tentar entrar mesmo assim. O gradiente de glicose é químico, porque eu tenho concentração maior no meio extracelular. Se eu fosforilar a glicose e tiver mais glicose no meio intracelular, eu tenho gradiente? Sim. A tendência é da glicose tentar sair. A glicose estará ligada a um grupo fosfato após a ação de uma cinase, aqui eu tenho um gradiente eletroquímico porque envolve carga, além de mais concentrado dentro do que fora, estará mais negativo dentro do que fora. Com a maior concentração de glicose no citosol carregada negativamente eu tenho um gradiente eletroquímico. Ela vai tentar sair? Vai. Porque está mais concentrado dentro do que fora. Uma molécula polar tem grande dificuldade de atravessar a bicamada lipídica porque ela é polar, carregada ou não ela é polar. Então a barreira energética é grande, a energia de ativação no caso da reação da transformação de substrato em produto sem enzima é grande – o transportador age aqui como se fosse uma enzima, fornecendo um caminho alternativo mais confortável, que não exige tanto trabalho. Diminui, assim, a energia de ativação, diminui o gasto energético que o íon teria que ter para se espremer através dessa região apolar e conseguir chegar do outro lado. (Isso eventualmente acontece com íons ou moléculas muito pequenas, mas é difícil, demorado e o gasto de energia é alto). É muito mais rápido principalmente se a proteína em questão for um canal. A difusão facilitada envolve um soluto que geralmente é polar. Entao eu preciso de um transportador para esse soluto. Esse da imagem é o GLUT1, como eu falei para vocês, os GLUTs são os transportadores de glicose. Tem GLUT1, 2, 3, 4... O GLUT1, geralmente quando a gente fala dele a gente lembra dos eritrócitos, mas ele esta presente na maior parte das células, é ubíquo. O que eles fazem? Estão envolvidos na captação de glicose 24 para a célula, reconhecem a glicose, se ligam e jogam a glicose para dentro ou para fora, para onde estiver menos concentrado. Claro, depois que a glicose entra a cinase vai lá e fosforila, aí não sai mais. Mas o transportador pode jogar tanto para dentro quanto para fora. O GLUT2 de pâncreas ou de tecido hepático: tem muita glicose no plasma, já joga para dentro. Foi para dentro fosforilou, mas o fígado desfosforila. Tem muita glicose-6-fosfato no fígado, desfosforilou, o transportador vai lá e faz o contrário, joga para o plasma para atender a necessidade energética dos tecidos extra-hepáticos. Gastou energia para fazer isso? Não. É transporte passivo, é difusão facilitada por uma proteína transmembrana. Uma questão que já não é novidade para vocês que eu já falei bastante na aula de hoje: a diferença entre carreadores e canais. Qual é mais rápido? O canal é mais rápido. Por quê? Porque cria uma abertura e por ali pode passar o que tiver o tamanho e mais ou menos a conformação e a carga apropriada, então é como se fosse aquele brinquedo de criança. O canal tem bem menor especificidade, é tão rápido quanto a difusão simples. Os carreadores já precisam se ligar. Liga na glicose, por exemplo, muda a conformação e joga ela lá dentro, muda a glicose e so sódio no intestino e os joga no enterócito, é bem mais lento do que os canais. O que é uniporte? O transporte de apenas uma molécula, independentemente do sentido. Cotransporte é quando eu tenho o transporte de duas moléculas ou mais ao mesmo tempo. Quando eu transporto as duas de um lado da membrana para o outro, as duas ao mesmo tempo e com o mesmo sentido, eu tenho o simporte. Quando eu ligo de um lado o sódio e do outro lado o potássio e jogo um para dentro e o outro para fora, eu tenho o cotransporte porque é o transporte de duas ou mais moléculas ao mesmo tempo só que em sentidos diferentes então é um antiporte. A bomba de sódio-potássio-ATPse, por exemplo, joga um íon para fora da célula e outro para dentro, ela assim faz um antiporte. 25 Já não é novidade para vocês que o transporte ativo precisa de ATP, precisa de energia de alguma forma. Esse movimento é contra o gradiente de concentração, se é contra a tendência é endergônico, precisa de energia, essa energia para pagar esse custo vem da quebra do ATP que é uma reação exergônica, libera energia. Essa energia paga o custo de bombear o íon ou a molécula de onde está menos concentrado para onde está mais concentrado. Agora nós vamos ver o transporte ativo primário e o secundário. No transporte ativo primário, eu pego o ATP, hidroliso e faço o transporte contra o gradiente de concentração, e aumento esse gradiente. O secundárioocorre necessariamente em consequência do primário. Então eu preciso necessariamente de uma reação exergônica para bombear algo para onde já está concentrado – isso é o transporte ativo, ir contra o gradiente de concentração, e ir contra o gradiente de concentração faz com que eu necessite de energia, energia para ir contra a tendência do equilíbrio de concentrações. Geralmente é a hidrolise do ATP, mas pode ser uma reação de oxirredução com o fluxo de elétrons como a gente vai ver na bioquimica2. O transporte ativo secundário. Por exemplo, já tem mais sódio do lado extracelular do que intracelular, ai o transporte ativo primário vai contra o gradiente e bombeia mais um sódio para fora da célula, aumenta mais ainda o gradiente. Leia esse gradiente como energia armazenada. Então, a glicose pega uma carona com esse gradiente e entra na célula, esse é um exemplo. Houve gasto de energia? Sim. Houve gasto de energia para criar esse gradiente. Professor, sempre que acontece o primário vai acontecer o secundário? Não. Eu posso ter apenas o transporte primário, mas o secundário sempre requer o primário. Professor, tanto o transporte ativo primário quanto o transporte ativo secundário serão sempre contra o gradiente? O primário sim, o secundário é empregar esse gradiente, não necessariamente essa molécula estará menos concentrada. O primário gasta a energia na forma de ATP para criar um gradiente de concentração, para conservar, de certa forma, a energia na forma desse gradiente. O transporte ativo secundário só gasta a energia porque desfaz o gradiente, mas não gasta energia na forma de ATP. 26 Aqui na imagem está representada a sódio-potásio- ATPse, que é um transportador, um carreador de íons, é uma enzima. Uma enzima que hidrolisa ATP e utiliza a energia dessa reação exergônica para bombear sódio e potássio através da membrana. Sódio vai para um lado e potássio vai para outro lado. Transporta quantos íons diferentes ao mesmo tempo? Dois. Sódio e potássio. Então é cotransporte? Sim. Um para um lado e um para um outro, então é antiporte. É transporte ativo? Sim. Por que? Porque tem o gasto de energia na forma de gasto de ATP. É transporte ativo primário ou secundário? Primário, porque é contra o gradiente de concentração e porque gasta ATP para criar o gradiente de concentração. Transportador de lactose. Lá na direita, essa proteína que é uma enzima oxida um nutriente e nessa reação de oxirredução a energia produzida é utilizada para bombear prótons lá para fora, cria um gradiente. Após isso, o transportador de lactose utiliza o gradiente criado para transportar lactose para dentro. Transporte ativo secundário. Ionóforos. São estruturas apolares que tem livre acesso ao citosol e as organelas que se ligam a íons que sozinho teriam grandes dificuldades de atravessar a bicamada lipídica. O ionóforo se liga ao íon carregado, o esconde, lá fora é apolar, entra sem dificuldade. Por exemplo, eu tenho uma concentração maior de sódio no meio extracelular, o ionóforo vai lá e se liga ao sódio, atravessa a bicamada lipídica, chega no citosol a concentração de sódio é menor e então ele vai se desligar do ionóforo; isso bagunça os gradientes eletroquímicos. Não é à toa que é utilizado como veneno, como antibiótico. O micro-organismo vai lá e cria um gradiente para conseguir nutriente e etc, aí o ionóforo vai lá e desfaz esse gradiente. 27 Canais iônicos. O transporte através dos canais iônicos é rápido porque abre o poro e passa toda molécula que tem mais ou menos a conformação e a carga. Regulam a concentração extra e intracelular, estrando aberto ou fechado. Pode ser um canal sensível a voltagem , a um ligante. O que 28 AULA 3 P2 – BIOSSINALIZAÇÃO Receberam o conteúdo de membranas? Estudaram? Leram pelo menos? Estão me vendo? Estão sentido que estão sentados? Estão sentido que estão segurando a caneta? Sintam o celular de vocês, botem no silencioso. Vocês estão sentindo que estão sentados, sentindo que estão com fome ou que estão saciados, vão sentir mais fome próximo ao meio dia... Tudo isso acontece porque? Será que tem a ver com a aula de hoje? Será que tudo isso tem a ver com biossinalização? Será que esses processos e diversos outros que a gente nem pensa que está acontecendo envolvem processos de biossinalização? O que será que são esses processos de biossinalização? O que é biossinalização? Biossinalização é uma forma de comunicação entre uma célula e outra, entre essa célula desse tecido com outra do mesmo tecido, é uma forma que a célula se comunica com ela mesma, ela libera sinais para que ela mesma, através de receptores, tenha cascatas de eventos dentro dela e ela entende e tem que realizar uma resposta a esse estímulo. Então a célula se comunicam com elas mesmas, liberando sinais para que elas mesmas liberem esses sinais e respondam a esses sinais, as células se comunicam entre elas, no próprio tecido. No metabolismo as células do tecido hepático são importantes para a regulação da maior parte das vias metabólicas. Então sinais do pâncreas, do tecido encefálico, são reconhecidos pelo tecido hepático e diversas alterações ocorrem nas vias metabólicas. E sinais são envolvem apenas metabolismo, é a visão, é a sensação do tato, é ouvir, é o paladar e praticamente todos os processos que nos envolve, envolve processos de biossinalização. É o final da bioquímica 1. O que nós vimos na bioquímica 1? Sistemas de tamponamento. Aminoácidos e proteínas, proteínas que agora aparecem como receptores aqui na biossinalização, como proteínas que são reguladas de forma alostérica, como proteínas que ancoram outras proteínas que ancoram outras proteínas e assim por diante e quando eu ativo a primeira acontece essa cascata de sinalização dentro da célula. Proteínas que são receptores nucleares que migram e ativam ou inibem a transcrição dele ou daquele gene. Enzimas. A importância da regulação das enzimas por fosforilação e desfosforilação, enzimas alostéricas a gente vê um pouco agora e muito no metabolismo no próximo semestre. Agora no primeiro tipo de receptor que a gente estuda, a adenilil ciclase é uma enzima. A atividadade GTPasica desse tal receptor associado à proteína G. Enzimas solúveis intracelulares que fosforilam alvos na biossinalização. A fosforilação e a desfosforilação é muito recorrente na biossinalização, já cobrei de vocês e provavelmente vou cobrar de novo na prova. Carboidratos: eles também estão presentes na biossinalização, receptores de adesão fora da célula e dentro da célula, que são glicosilados, que tem grupos oligossacarídicos ligados. Lipídeos: a importância dos lipídeos na composição das membranas, onde eu ancoro o receptores, onde eu ancoro enzimas envolvidas na transdução do sinal, na biossinalização. Lipídeos que fazem parte da cascata de biossinalização como o diacilglicerol. Parte do fosfatidil inositol bifosfato (¿) que a gente vai ver hoje também participa da biossinalização. Então tudo que a gente estudou até aqui foi a construção de uma base para conseguir aplicabilidade agora na biossinalização a cada vez mais funcional semestre que vem no estudo do metabolismo, da regulação do metabolismo de carboidratos, lipídeos, proteínas e por fim associar tudo que a gente viu e aprendeu com doenças em odontologia. 29 Os processos de biossinalização estão presentes como o nome diz: BIOssinalização [na vida de todos nós]. Enviar sinais parasi mesmo, para as células adjacentes, para as células de outros tecidos, para organismos diferentes através de sinais; não só em nós seres humanos mas também em microrganismos, em plantas e em todos os seres vivos, desde bactérias, que reconhecem a concentração de prótons presentes no meio e assim poder secretar sistemas de tamponamento para contrarregular o pH do meio onde elas estão. Células vegetais também possuem sistemas de biossinalização muito semelhante ao que nós vamos estudar. Durante o desenvolvimento embrionário a biossinalização é muito importante para que haja a diferenciação celular. Atividade metabólica dos diferentes tecidos, e aqui eu tenho três tecidos muito importantes em que a biossinalização é muito presente: tecido neural (canais iônicos, ativados por ligantes, por voltagem, eles são transportadores e ao mesmo tempo receptores), células musculares (que tem sistema de biossinalização semelhante, via despolarização, polarização, hiperpolarização celular, influxo de cálcio, liberação do conteúdo de vesículas, pode ser neurotransmissor, pode ser a insulina no tecido pancreático), tecido hepático que a gente sempre discute o seu metabolismo. Um sinal pode ser um neurotransmissor, um nutriente como glicose, aminoácido, ácidos graxos, um íon – cuja alteração na concentração reflete no potencial elétrico transmembrana: voltagem – a luz pode ser um sinal também, o sinal não necessariamente precisa ser físico: Desencadeou uma resposta biológica e não tem uma molécula envolvida, a luz regula diversas coisas em plantas, em nós seres humanos para que a visão aconteça, pode agir em uma molécula de ácido graxo ligada em um receptor, altera a configuração de uma ligação dupla. Então eu tenho um sinal que pode ser a luz, um potencial elétrico transmembrana, e geralmente é um ligante. Um ligante que se liga em um receptor. Onde está esse receptor? Não só na membrana plasmática. Eu tenho receptor dentro da célula. Receptor cujos ligantes, os sinais, precisam entrar na célula e agir lá dentro. Às vezes o receptor está ligado na membrana plasmática, como é o caso do canal de potássio na liberação da insulina, o sinal vem de 30 dentro. Então o sinal pode vir de fora e pode vir de dentro. O sinal pode ter que travessar a bicamada lipídica para agir num setor solúvel dentro da célula, num receptor citoplasmático, num receptor nuclear. E as vezes esse receptor ainda migra para dentro do núcleo para que lá no DNA ele regule a produção de RNA mensageiro através daquela sequência que vai estar a enzima tal tal e tal. Isso aqui é muito importante que vocês entendam: que o sinal pode ser físico ou não, que o sinal age através de um receptor e pode estar, geralmente está, liga à membrana plasmática, pode ser solúvel, intracelular e que depois que o sinal liga no receptor o que acontece? Ligou no receptor, ligou o glucagon lá no receptor. E aí? O que acontece? Eu vou dizer para vocês: a insulina é liberada quando aumenta a glicemia. E o glucagon, ao contrário, quem está com fome? A fome é um sinal de que a glicemia está abaixo dos níveis basais. Tem menos glicose do que o normal. Menos glicose do que eu preciso para atender a síntese de ATP no músculo, do tecido encefálico, para os eritrócitos que é fundamental: se não tem glicose para os eritrócitos ele morrem, porque não tem mitocôndria. A gente estoca glicose? Sim, na forma de glicogênio. Então comeu aquele prato de arroz bem grande no RU, aumenta a glicemia, vai utilizar a glicose e o excedente vai ser armazenado na forma de glicogênio. A glicemia cai, libera o glucagon. O que será que o glucagon diz para a célula do tecido hepático? Desmancha glicogênio porque os tecidos extra-hepáticos precisam de glicose. Tá aí: o glucagon é um sinal. O receptor para o glucagon é o primeiro receptor que a gente vai estudar, chama-se GPCR. Ligou o glucagon no GPCR, o que vai acontecer? Liberar a glicose armazenada na forma de glicogênio. Então quando eu ligo o glucagon no receptor especifico dele eu quero que a minha resposta seja a degradação do glicogênio e produção de glicose livre, para que essa glicose saia do tecido hepático e atenda as necessidades dos outros tecidos. Mas o que será que acontece depois que o glucagon se liga no receptor para que essa resposta seja executada? Muita coisa acontece. E essa muita coisa que acontece é chamada de transdução de sinal. É a célula interpretando que o glucagon ligou lá. Então eu vou ativar adenilil ciclase, vou produzir AMPc, vou ativar a proteína cinase-a, vou fosforilar cinase da glicogênio fosforilase e vou fosforilar a glicogênio fosforilase e aí ela vai agir sobre o glicogênio, vai tirar as unidades de glicose do glicogênio. Tudo isso que eu falei rapidinho e que a gente vai ver com mais detalhes é a transdução de sinal, é a célula entendendo e transformando essa informação na resposta. Então o que é a transdução de sinal? É aquilo que acontece depois que o meu ligante liga no seu receptor para que a resposta seja executada. A transdução de sinal, então, é o que acontece depois que o ligante se ligou ao receptor, é a cascata de eventos que ocorre para que a resposta seja executada. A insulina: a insulina é liberada quando tem bastante glicose. Se em bastante glicose as células podem gastar bastante energia na forma de glicose, tem bastante energia então pode proliferar. A insulina é um mitógeno, induz a proliferação celular. Diz que tem bastante energia. Como ela faz isso? Uma das cascatas intracelulares, uma das transduções de sinal desencadeadas pela insulina ativa proteínas que induzem a proliferação celular. Vai ativar genes envolvidos na proliferação celular. Então eu chamo a insulina de mitógeno. Depois nós vamos falar disso, a cascata das MAP cinases, que são proteínas cinases ativadas por mitógenos. 31 Então antes ainda da gente falar dos receptores eu quero falar para vocês algumas características gerais para todos eles. Os sistemas de biossinalização possuem receptores que a gente vai estudar: GPCR, Tirosina Cinase, Guanilil Ciclase, Canais Iônicos, Receptores de Adesão e Receptores Nucleares (são 6). Todos esses são receptores e tem características semelhantes. Especificidade: o receptor da insulina é muito especifico para insulina, existe complementaridade que existe entre enzima e substrato. O receptor é proteico, tem um ligante. As proteínas, as funções das proteínas não estão geralmente associadas com a sua ligação, com o seu ligante? Se é uma enzima é um substrato, e aqui o ligante é o sinal, é o neurotransmissor, é o hormônio. Então há grande especificidade entre o ligante e o receptor, ou às vezes os ligantes, às vezes um receptor pode perceber o sinal de mais de uma molécula, e vocês podem presumir que essas três moléculas que agem nesse mesmo receptor tem uma semelhança estrutural para serem reconhecidas. Um inibidor do receptor, um antagonista, também deve ter estrutura semelhante em relação ao ligante do receptor. No caso do antagonista ele pode se ligar e ficar firmemente ligado, impedindo que o ligante se ligue e ocorra a transdução de sinal para que a resposta aconteça. Além disso, eu não preciso de uma concentração muito alta de insulina, de glucagon, por exemplo, para que a minha resposta aconteça. Eu não preciso de uma molécula, um sinal, para ligar em um receptor, para desencadear uma resposta. Se eu quero desmanchar o glicogênio, tirar glicose do glicogênio, eu não preciso de uma molécula de glucagon para cada glicose que eu
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