Lipideos e membranas (1)

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Lipídeos e membranas
As membranas são assimétricas. As duas faces das membranas sempre diferem uma da outra. Podem ser consideradas como soluções bidimensionais de proteínas e lipídeos orientados. A maioria possui polaridade elétrica, com o lado interno negativo.
12.1 Ácidos graxos são constituintes importantes nos lipídeos.
Os lipídeos possuem capacidade hidrófoba, sobretudo por seres compostos por ácidos graxos
Os ácidos graxos são longas cadeias hidrocarbonadas com vários comprimentos e graus de insaturação , que terminam em carboxilas, grupamentos ácidos. O nome sistemático do acido graxo é derivado do nome do hidrocarboneto correspondente, pela substituição do final por “oico”. A notação 18:0 denota um acido graxo com 18 C e nenhuma dupla ligação. Os carbonos são numerados a partir da carboxila terminal. O C1 e o C2 são chamados respectivamente de e o C da metila distal é chamado deA posição de uma dupla é marcada por um triângulo seguido de um número em índice superior. Um acido -3 tem uma dupla no terceiro carbono a partir do 
-Os ácidos graxos variam em comprimento da cadeia e em grau de saturação: Os ácidos graxos em sistemas biológicos geralmente contem numero par de átomos de C e esta de acordo como ocorre a sua biossintese. A cadeia em animais é quase sempre sem ramificações. As propriedades dos ac. Graxos e dos lipídeos deles derivados dependem muito do comprimento da cadeia e do grau de saturação. Os ácidos graxos insaturados tem PF mais baixos que os saturados com o mesmo comprimento. O comprimento da cadeia também afeta o PF. Assim, a cadeia curta e a insaturação acentuam a fluidez dos ácidos graxos.
12.2 Há três tipos comuns de Lipídeos de membrana.
Os lipídeos são biomoléculas insolúveis em água que são muito solúveis em solventes orgânicos. Possuem varias funções biológicas como: armazenamento concentrado de energia, moléculas sinalizadoras e mensageiras em vias de transmissão de sinais e como componente de membranas. As três classes principais são: Fosfolipídios, glicolipideos e o colesterol.
- Os fosfolipideos são a classe principal de lipídeos de membranas: os fosfolipídios são abundantes em todas as membranas biológicas. Uma molécula de fosfolipídios é constituída de quatro tipos de componentes: um ou mais ácidos graxos, uma plataforma (pode ser o glicerol ou a esfingosina) a qual se prendem estes ácidos , um fosfato e um álcool unido ao fosfato. Os ácidos graxos fornecem uma barreira hidrofoca, enquanto o restante da molécula tem propriedades hidrófilas que permitem a interação com o meio aquoso. Os fosfolipídios derivados de glicerol são chamados de fosfoglicerideos, que são compostos por glicerol, a qual se prendem duas cadeias de ácidos graxos e um álcool fosforilado.Os principais fosfoglicerideos são derivados do fosfatidato, pela formação de um Ester entre o fosfato do fosfatidato e a hidroxila de um dos diversos alcoóis. As unidades alcoólicas dos fosfoglicerideos são aminoácido serina, etanolamina, colina, glicerol e inositol.
- Lipídeos de membrana também podem incluir porções glicídicas: Os glicolipideos são lipídeos que contem glicídios. Em células animais eles são derivados da esfingosina. O glicolipideo mais simples, chamado cerebrosideo, contem uma só ose – Glicose ou galactose. Glicolipideos mais complexos, como os gangliosideos, contem uma cadeia ramificada de ate 7 oses. Os glicolipideos são orientados de um modo completamente assimétrico, com as oses sempre no lado extracelular da membrana.
- O colesterol é um lipídeo com núcleo esteroide: O colesterol é um esteroide constituído de quatro anéis hidrocarbonados ligados. Uma cauda hidrocarbonada esta ligada a uma extremidade do esteroide, e uma hidroxila na outra. Nas membranas, a molécula é orientada paralela às cadeias de ácidos graxos dos fosfolipídios, e a hidroxila interage com as cabeças de fosfolipídios próximas. Ele é ausente em procariontes mais encontrado em graus variáveis em virtualmente todas as membranas de animais. Constitui quase 25 % dos lipídeos de membrana em certas células nervosas, mas é essencialmente quase ausente de algumas membranas intracelulares.
-Um lipídeo de membrana é uma molécula anfipática contendo uma porção hidrófila e uma hidrófoba: Os lipídeos são moléculas anfipáticas.
12.3 Fosfolipideos e glicolipideos formam prontamente camadas bimoleculares em meios aquosos: 
A formação de membranas por fosfolipideos é uma consequência da natureza anfipática das moléculas. Suas cabeças polares favorecem o contato com a água, enquanto que suas caudas hidrocarbonadas interagem umas com as outras. Em solução aquosas essas moléculas formam micelas. As cabeças polares formam a superfície externa e as caudas hidrocarbonadas ficam sequestradas no interior. Como alternativa elas podem formar uma bicamada lipídica, compostas de duas laminas lipídicas. Uma bicamada lipídica é chamada também de lamina bimolecular. A estrutura favorecida para a maioria dos fosfolipideos e glicolipideos em meios aquoso é uma lamina bimolecular, o motivo é que as duas cadeias de ácidos graxos dessas moléculas são muito volumosas para se adaptar no interior de uma micela. A formação de bicamadas em vez de micelas de fosfolipideos é de impotancia biológica cítrica.
A formação espontânea de bicamadas lipídicas é um processo de automontagem, a estrutura de uma lamina bimolecular é inerente à estrutura das moléculas lipídicas constituintes. Interações hidrófobas são a principal força impulsionadora da formação de bicamadas lipídicas. Forças atrativas de Van der Waals entre as caudas hidrocarbonadas favorecem o intimo empacotamento das caudas. Há atrações eletrostáticas e pontes de hidrogênio entre as cabeças polares e moléculas da água. Como asa bicamadas são mantidas por interações não covalentes de reforço, elas são estruturas cooperativas. Essas interações tem três consequências significativas: bicamadas lipídicas tem a tendência de serem amplas, tendem a fecharem sobre si mesmas para que não haja bordas com cadeias hidrocarbonadas expostas, elas são autoselantes porque um orifício em uma bicamada é energeticamente desfavorável.
- Podem ser formadas vesículas lipídicas a partir de fosfolipideos: Vesiculas lipídicas ou lipossomos são compartimentos qauoso fechados por uma bicamada lipídica. Elas podem ser ultilizadas para estudar a permeabilidade das membranas ou como veiculo de substancias para as células. Os lipossomos são formados pela suspensão de um lipídeo adequado em um meio aquoso, sendo então sonificados,originando uma dispersão de vesículas fechadas que têm tamanho bem uniforme. Os lipossomos podem ser formados com proteínas especificas de membranas neles embutidos por solubilizar as proteínas na presença de dertergentes e a seguir adiciona-los aos fosfolipideos os quais os lipossomos serão formados. Complexos de lipossomos com proteínas fornecem valiosos instrumentos experimentais para o exame de uma gama de funções das proteínas de membrana.
-Bicamadas lipídicas são muito impermeáveis a iontes e a maioria das moléculas polares: As membranas de bicamada lipídica tem uma permeabilidade bem baixa par aiontes e para a maioria das moléculas polares (exceção a água que passa com facilidade devido ao seu tamanho reduzido, a alta concentração e a falta de uma carga completa). A permeabilidade de moléculas pequenas esta correlacionada com a proporção entre sua solubilidade em um solvente apolar e sua solubilidade em água.
12.4 Proteínas executam a maior parte dos processos de membrana: 
As proteínas trasnportam substancias e informações atravez da membrana. Os lipídeos de membrana criam o ambiente adequado para a ação de tais proteínas.As membranas diferem no seu conteúdo de proteínas. Em geral membranas que executam diferentes funções contêm diferentes repertórios de proteínas.
-As proteínas de associam de vários modos a bicamada lipídica: As proteínas de membrana podem ser classificadas como sendo periféricas ou integradas, de acordo com a maneira de associação a ela. As proteínas integradasà membrana interagem amplamente com as cadeias hidrocarbonadas dos lipídeos de membrana e só podem ser liberadas por agentes que façam concorrência por estas interações apolares, a maior parte delas atravessa a membrana. Ao contrário das proteínas periféricas que se ligam principalmente as cabeças polares dos lipídeos, por interações eletrostáticas e pontes de hidrogênio. Essas ligações podem ser rompidas pela adição de sais ou alteração de pH. Muitas proteínas periféricas ligam-se a superfícies de proteínas integradas, no lado citoplasmático ou extracelular da membrana. Outras são ancoradas à bicamada lipídica por uma cadeia hidrófoba ligada por covalência, tal como um acido graxo.
- As proteínas interagem de vários modos com as membranas: as proteínas de membrana são mais difíceis de serem purificadas e cristalizadas do que as proteínas hidrossolúveis. As estruturas das proteínas de membrana diferem daquelas das solúveis, quanto a distribuição de grupamentos hidrófobos e hidrófilos.
-Proteínas podem atravessar a membrana com hélices alfa: hélices alfa transmembranares são o tema estrutural mais comum em proteínas de membranas.
-Uma proteína canal pode ser formada de fitas beta: A porina é um exemplo de proteína canal. Elas podem ser feitas de fitas beta, e essencialmente não contêm hélices alfa. A disposição das fitas beta é bem simples: cada uma forma pontes de hidrogênio com sua vizinha, em um arranjo “antiparalelo”, formando uma só folha beta. Essa folha se encurva, formando um cilindro oco, que como seu nome sugere, forma um poro ou canal na membrana. A superfície externa da porina é adequadamente apolar, dado que interagem com a porção hidrocarbonada da membrana. Ao contrário, o interior do canal é bem hidrófilo e cheio de água. Esse arranjo de superfícies apolares e polares é conseguido pela alternância de aminoácidos hidrófobos e hidrófilos ao longo da cada fita Beta.
- O engaste de parte de uma proteína pode uni-la à superfície da membrana: A enzima prostaglandina como exemplo, não é profundamente encravada na membrana. Pelo contrário se situa ao longo da superfície externa, presa firmemente por um conjunto de hélices alfa com superfícies hidrófobas que se projetam no fundo da proteína para a membrana. Esta ligação é bastante forte para que só a ação de detergentes possa liberar a proteína da membrana. Deste modo, esta enzima é classificada como integrada à membrana, apesar de não atravessá-la.
- Algumas proteínas se associam a membrana através de grupamentos hidrófobos presos por covalência: As proteínas ate aqui consideradas se associam à membrana por superfícies geradas por cadeias laterais de aminoácidos hidrófobos. Contudo, ate mesmo proteínas que por tudo o mais são solúveis podem associar a membranas se a associação for feita através de grupamentos hidrófobos presos às proteínas.
-Hélices transmembranares podem ser previstas com precisão a partir das sequências de aminoácidos: é típico que a maioria dos aminoácidos das hélices alfa seja apolar, e que quase nenhum deles seja carregado.Podemos considerar uma sequencia de aminoácidos e avaliar a variação de energia livre que ocorre quando uma hipotética hélice alfa é formada pelos aminoácidos de 1a 20 é transferida no interior da membrana para a água.
12.5 Lipídeos e muitas proteínas de membranas difundem-se rapidamente no plano da membrana: As membranas biológicas não são estruturas rígidas, estáticas. Pelo contrario, os lipídeos e muitas proteínas da membrana estão em constante moviemnto lateral, um processo denominado difusão lateral. O moviemnto lateral rápido das proteínas na membrana foi visualizado por meio da microscopia de fluorescência, pelo uso da técnica de recuperação de fluorescência após fotodescoramento. Uma molécula lipídica pode se locomover de uma extremidade a outra de uma bactéria para outra em um segundo. Observa-se que a viscosidade da membrana é cerca de cem vezes maior do que a da água, bem próxima da do azeite de oliveira. Algumas proteínas são tão moveis quanto os lipídeos, enquanto outras são virtualmente imóveis.
- o Modelo em Mosaico fluido permite o movimento lateral, mas não a rotação através da membrana: a essência do modelo é que as membranas são soluções bidimensionais de lipídeos orientados e de proteínas globulares. A bicamada lipídica tem duplo papel: é solvente para proteínas integrada a membranas, e também é uma barreira de solubilidade. As proteínas de membrana são livres para se difundirem lateralmente na matriz lipídica, a menos que sejam restritas por interações especiais. Embora a difusão lateral possa ser rápida, a rotação espontânea de lipídeos de uma face de uma membrana para outra é chamado de difusão transversa ou flip-flop. 
- A fluidez das membranas é controlada pela composição em ácidos graxos e pelo colesterol: muitos processos de membrana tais como transporte e transmissão de sinais dependem da fluidez dos lipídeos de membrana que por sua vez dependem das propriedades das cadeias de ácidos graxos. As cadeias de ácidos graxos das bicamadas da membrana podem existir em um estado ordenado rígido, ou relativamente desordenado. A transição do estado rígido para o fluido ocorre bem abruptamente quando a temperatura de eleva acima da T de fusão. Esta temperatura de transição depende do comprimento das cadeias de ácidos graxos e de seu grau de insaturação. A presença de ácidos graxos saturados favorece o estado rígido, porque suas cadeias hidrocarbonadas retas interagem muito favoravelmente umas com as outras. Por outro lado uma dupla ligação cis produz um ângulo na cadeia hidrocarbonada. Esse ângulo interfere com o acondicionamento bem ordenado das cadeias de ácidos graxos, portanto, a Tf é diminuída. O comprimento da cadeia de ácido graxo também afeta a temperatura de transição. Cadeias hidrocarbonadas longas interagem mais fortemente do que as curtas.
As bactérias regulam a fluidez de suas membranas, variando o numero de duplas ligações e o comprimento de suas cadeias de ácidos graxos. Em animais o colesterol é o regulador principal da fluidez da membrana. O colesterol forma complexos específicos com alguns fosfolipideos. Tais complexos podem se concentrar em regiões especificas nas membranas. AS estruturas resultantes são com frequência referida como BALSAS LIPIDICAS. Um resultado destas interações é a moderação da fluidez das membranas, tornando estas menos fluidas, mas ao mesmo tempo menos sujeitas a transição de fase. As estruturas de auto-organizáveis como as balsas lipídicas podem também desempenhar um papel na concentração de proteínas que participam das vias de transmissão de sinal, embora esta possibilidade seja ainda controversa.
- Todas as membranas biológicas são assimétricas: As superfícies externa e interna de todas as membranas biológicas conhecidas têm componentes diferentes e atividades enzimáticas diferentes. As proteínas de membranas tem uma orientação especial porque, após sua síntese, são inseridas na membrana de modo assimétrico. Esta assimetria absoluta é preservada porque as proteínas não rodam de um lado para o outro na membrana, e porque as membranas são sempre sintetizadas pelo crescimento de membranas preexistentes. Os lipídeos também tem distribuição assimétrica, em consequência do seu modo de biossíntese, mas esta assimetria geralmente não é absoluta, exceto no caso de glicolipideos.
12.6 As células eucarióticas contêm compartimentos delimitados por membranas internas:
Um amplo conjunto de membranas internas em eucariontes cria compartimentos dentro de uma célula, para funções bioquímicas distintas. Por exemplo, uma membrana dupla envolve o núcleo, local da maior parte da síntese de ATP. Uma só membrana define os outros compartimentos internos, tais como o retículo endoplasmático. Alguns compartimentos podem trocar materiais, pelo processo de brotamento e fusão de membranas.