Biomembranas: Estrutura e Funções

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Biomembranas
Capítulo 5 (5.1 e 5.2) – Lodish
Cap. 11-12 Alberts (“Fundamentos...”)
As biomembranas formam estruturas fechadas
• A estrutura da bicamada é similar para as 
biomembranas;
• Composição lipídica e protéica;
• Delimitam compartimentos;
• Controlam o movimento de moléculas;
✓Definem limites externos e controlam o tráfego
molecular
✓Dividem o espço interno em organelas – células
eucarióticas
✓Organizam sequências de reações complexas
✓Fundamentais para a conservação de energia
✓Fundamentais para a comunicação celular
AS BIOMEMBRANAS
AS BIOMEMBRANAS CELULARES 
COMPARTIMENTALIZAM A CÉLULAS EM ORGANELAS E 
NÚCLEO E SEPARA A CÉLULA DO LÍQUIDO 
EXTRACELULAR
Face exoplásmica
Face citosólica
PROPRIEDADES FÍSICAS 
DAS BIOMEMNRANAS
• Flexíveis
• Autosselantes : podem sofrer fissão
• Seletivamente permeáveis a solutos polares
(hidrossolúveis) - LIC difere em composição do LEC
PRINCIPAIS COMPONENTES DA 
MEMBRANA PLASMÁTICA
• Proteínas
• Fosfolipídeos : fosfoglicerídeos e esfingolipídeos
• Colesterol
COMPOSIÇÃO LIPÍDICA DA MEMBRANA PLASMÁTICA E 
MEMBRANA DE ORGANELAS DE HEPATÓCITO DE RATO 
FRACIONAMENTO 
DOS 
COMPONENTES 
CELULARES
FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS DE 
MEMBRANA
• Enzimática : catálise de vários processos celulares
• Tranportam solutos orgânicos e íons inorgânicos
• Receptores : captam sinais externos converte em
sinal interno, desencadeia uma via de sinalização
resultando em mudanças moleculares na célula.
• Moléculas de adesão
ESTRUTURA GERAL COMUM DAS BIOMEMBRANAS –
MODELO DO MOSAICO FLUÍDO
A ASSIMETRIA FUNCIONAL DAS BIOMEMBRANAS
POR QUE O MOSAICO É FLUÍDO?
Grupos de cabeças 
polares 
Caudas hidrofóbicas 
Grupos de 
cabeças polares 
Bicamada da membrana 
Micrografia 
eletrônica de uma 
secção da 
membrana de um 
eritrócito. 
Composição lipídica das células animais: 
muitas possibilidades 
Glicolipídeos Fosfolipídeos 
Fosfoglicerídeos Esfingolipídeos 
Colesterol 
Fosfatidilserina 
Fosfatidiletanolamina 
Fosfatidilcolina 
Fosfatidilinositol 
Esfingomielina 
Gangliosídeos 
Galactocerebrosídeo 
Ác. siálico 
Composição lipídica 
Colesterol 
TODOS SÃO MOLÉCULAS 
ANFIPÁTICAS ! 
Fosfoglicerídeos 
(fosfatidilcolina) 
Cabeça polar 
Esfingolipídeos 
Glicolipídeos 
Gangliosídeo GM1 
(esfingomielina) 
Fosfoglicerídeos
As 2 cadeias acil graxas 
podem diferir:
-No número de C (~16 a 18);
-No grau de saturação 
(0, 1 ou 2 =);
O fosfoglicerídeo é
classificado segundo a 
natureza de sua cabeça 
polar.
Cauda hidrofóbica
Fosfoglicerídeos Cabeça polar
As partes de um fosfolipídeo 
(fosfoglicerídeo): 
Fosfatidilcolina Os maiores componentes 
lipídicos das membranas 
biológicas são fosfolipídeos 
Fosfoglicerídeos
Esfingolipídeos
Derivados da esfingosina = um álcool amino com uma longa 
cadeia de hidrocarbonos.
A SM, o esfingolipídeo mais abundante (é um fosfolipídeo
também)
esfingomielina
glicosilcerebrosídeo
Fosfolipídeos dispersos em água espontaneamente formam 
esferas chamadas lipossomas. 
Cavidade 
aquosa 
Variam de 25nm até 1 um de diâmetro 
Efeito hidrofóbico dos lipídeos: 
H2O se organiza ao redor 
Fosfolipídeos formam espontaneamente 
bicamadas lipídicas 
Membranas 
• São estruturas dinâmicas, 
fluidas: a maioria das moléculas 
é capaz de se mover no plano 
da bicamada! 
 
• São “auto-selantes”: rearranjam-
se para eliminar ângulos livres. 
Fluidez da bicamada:
Uma bicamada de fosfolipídeos pode existir em
2 estados físicos dependendo da temperatura: 
- estado gel: em baixas temperaturas
(baixa fluidez no plano da bicamada) 
- estado fluido (aumento temperatura) 
Membranas biológicas são fluidas... 
A temperatura de mudança de gel-fluido é dita
temperatura de transição.
depende da natureza química dos 
componentes da membrana.
http://www.umass.edu/microbio/rasmol/cutlips.htm#gifs
Forma gel e fluida dos fosfolipídeos da bicamada 
Efeito da insaturação nos ác. graxos 
Efeito na bicamada 
FLUIDEZ
Cadeias acil graxas insaturadas = menos interações
 membrana + fluida
Cadeias acil graxas curtas= > fluidez
Longas caudas saturadas= estado gel
bactérias, leveduras adaptam-se: altas T produzem
lípideos com caudas mais longas e saturadas
Plantas: produzem lipídeos insaturados (fluidos)
Animais: já produzem gorduras saturadas, portanto, seus
lipídeos são mais “sólidos”
Técnica de FRAP 
(fluorescence recovery 
afther photobleaching)
FRAP 
 
COLESTEROL e GLICOLIPÍDEOS 
A bicamada de muitas membranas não é 
composta exclusivamente de fosfolipídeos, 
frequentemente há também: 
Colesterol
Especialmente abundante nas membranas plasmáticas 
de células de mamíferos.
Não pode formar estrutura de bicamada, exceto quando misturados a 
fosfolipídeos.
O colesterol apresenta efeito de ordenamento na 
bicamada de PC 
Colesterol = em concentrações normais, tende a tornar as 
 membranas menos deformáveis e menos permeáveis 
 à água, mas não menos fluidas. 
↑[colesterol] = inibe possíveis transições de fase para cristalização 
Colesterol = torna as membranas menos fluidas
e menos permeáveis
Fluidez permite:
• rápida difusão das proteínas de membrana no plana bicamada
• interação com outras proteínas
• fusão de membranas diferentes com a consequente
redistribuição dos lipídeos e proteínas
Fluidez da bicamada dependende de sua composição
Colesterol x fluidez
Composição de lipídeos x propriedades 
físicas da membrana
• Propriedades características de cada membrana dadas 
por uma composição particular de lipídeos;
• Podem refletir uma especialização
Assimetria dos lipídeos
Aumentam a fluidez Diminuem a fluidez
MEMBRANA PLASMÁTICA 
DE UM ERITRÓCITO
Efeito da composição de lipídeos na 
curvatura da membrana
A ASSIMENTRIA DOS LIPÍDEOS NA MEMBRANA S
Glicolipídeos 
AS BALSAS LIPÍDICAS
Membranas biológicas 
As quantidades e tipos de proteínas 
das membramas são altamente variáveis 
Como as proteínas de membrana se 
associam a bicamada lipídica?
Proteínas integrais de membrana: é preciso 
“desmontar” a bicamada para extraí-las
Proteínas 
periféricas de 
membrana
Bicamada 
lipídica
PROTEÍNAS DE MEMBRANA
Os três tipos de
proteínas de membrana:
• Proteínas integrais
• Proteínas periféricas
• Proteínas anfitrópicas
Domínio exoplásmico 
 
- Polipeptídeo que se extende da membrana para o lado 
externo da célula ou para o lúmen de organelas. 
 
- Obedece as mesmas regras que as proteínas solúveis, 
pode ter funções variadas e é frequentemente glicosilado. 
 
Domínio citoplásmico 
 
- Polipeptídeo que se extende da membrana para o 
citoplasma da célula. Também é solúvel. 
 
- Geralmente há 2 aminoácidos carregados (+) 
imediatamente após o domínio transmembrana. 
 
Proteínas transmembrana 
 
AS PROTEÍNAS TRANSMEMBRÂNICAS
São mantidas na
membrana por
interações
hidrofóbicas
Glicoforina: Proteína de Membrana Unipassagem 
 
Plotagem de hidropatia para localizar potenciais segmentos 
de a-hélice que atravessam a membrana 
AS PROTEÍNAS TRANSMEMBRÂNICAS
Proteínas de membrana multipassagem 
 
Plotagem de hidropatia para Bacteriorrodopsina: 
7 a-hélices transmembrana 
Proteínas Periféricas de Membrana: 
 
 Não interagem com a bicamada, 
ligam-se não-covalentemente à: 
 
- proteínas integrais de membrana 
 (interações eletrostáticas e/ou ligações de 
hidrogênio) ou 
 
- superfície da própriabicamada 
(interações eletrostáticas) 
The photosynthetic reaction centre of a purple bacterium 
Proteína Integral de 
membrana (multi-passo 
com 11 hélices TM) 
Proteína extracelular 
periférica de membrana 
Proteína Intracelular 
periférica de membrana 
 
Proteínas ancoradas à Lipídeos : lipídeos ligados 
covalentemente à proteína. A proteína em si não penetra 
na bicamada. 
 
Fenilação Acilação 
PROTEÍNAS DE MEMBRANA LIGADAS COVALENTEMENTE A 
LIPÍDEOS
Algumas proteínas nas membranas são ancoradas
ou densamente associadas a bicamada lipídica
A CURVATURA DA MEMBRANA E A FUSÃO SÃO 
FUNDAMENTAIS PARA MUITOS PROCESSOS BIOLÓGICOS
FUSÃO DE MEMBRANA
OS TRÊS MODELOS DE CURVATURA DE MEMBRANA 
INDUZIDA POR PROTEÍNA
FUSÃO DE 
MEMBRANA 
DURANTE A 
LIBERAÇÃO DE UM 
NEUROTRANMISS
OR NA SINAPSE
PROTEÍNAS INTEGRAIS DA MEMBRANA 
PLASMÁTICA ESTÁO ENVOLVIDAS NA 
ADESÃO DE SUPERFÍCIE
PROTEÍNAS INTEGRAIS DA MEMBRANA 
PLASMÁTICA ESTÁO ENVOLVIDAS NA 
SINALIZAÇÃO
https://www.youtube.com/watch?v=ZJRbNMhRkXs