Biofísica das Membranas Resumo

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Biofísica das Membranas- estrutura, função e transporte
Constituição: Bicamada de fosfolipídeos formando o modelo mosaico fluido. Possui moléculas proteicas incrustadas.
Fosfolípideos: fósforo
	 álcool
	 radical: etanolamina, inusitol,serina…
As caudas são normalmente ácidos graxos com diferenças em seu comprimento, o que influi na fluidez da membrana. Na presença de água as moléculas de fosfolipídeos organizam-se espontaneamente de modo que os componentes hifrofóbicos voltam-se para dentro da bicamada (cauda) e os hidrofílicos (cabeça), para a água.
Na bicamada estão espalhadas proteínas, com as mais variadas propriedades funcionais. Todas as membranas citoplasmáticas compartilham entre si propriedades fundamentais, dependendo do tipo celular.
 Propriedades fundamentais das membranas:
Regulação da composição dos fluidos intra e extracelular;
regulação do volume celular;
regulação do metabolismo intracelular, determinando a concentração de co-fatores enzimáticos e de substratos;
Regulação da atividade metabólica processada por enzimas presentes na membrana;
Decodificação de sinais químicos e físicos por meio de moléculas receptoras e reguladoras presentes nas membranas;
Geração e propagação de sinais elétricos;
Endocitose e exocitose;
Antigenicidade- induz resposta imune;
Ponto de fixação para enzimas e estruturas de sustentação.
Das propriedades físicas, tem-se que as membranas são flexíveis, auto-selantes e seletivamente permeáveis aos solutos polares. Sua flexibilidade permite alterações conformacionais que permitem acompanhar seu crescimento e movimentação. As membranas também podem se fundir.
A sua seletividade permite reter certos compostos específicos e íons dentro da célula, enquanto excluem outros.
As membranas não são somente membranas passivas. Elas incluem um conjunto de proteínas especializadas na promoção da catálise de vários processos celulares.
Constituintes moleculares:
Proteínas - Variam conforme o tipo celular, podem ser integrais ou periféricas, são mantidas juntas á lipídeos por interações não covalentes.
Lipídeos - Fosfolipídeos, colesterol, galactolipídeos e triacilgliceróis.
Carboidratos - Glicoproteínas e glicolipídeos.
Certos neurônios possuem bainha de mielina, uma extensão da membrana que atua como isolante elétrico passivo. A bainha de mielina consiste principalmente de lipídeos. Já a membrana de bactérias, mitocôndrias e cloroplastos, que realizam muitos processos metabólicos catalisados por enzimas, contém mais proteínas que lipídeos.
As proteínas de membrana estão geralmente associadas á carboidratos, que podem ser:
-Glicoproteínas
-Glicolipídeos
-Cadeias de polissacarídeos de moléculas de proteoglicanas
Glicocálix: Zona onde se encontra vários desses carboidratos na superfície da membrana.
Glicolipídeos:
-Auxiliam na proteção da membrana plasmática em condições adversas como PH baixo;
- Sinalização e comunicação celular;
- Acredita-se que essas moléculas participem de processos de reconhecimento celular e alguns glicolipídeos propiciam pontos de entrada para algumas toxinas bacterianas.
Colesterol:
Altera as propriedades de permeabilidade das duplas camadas lipídicas, torna- as menos sujeitas á deformação, diminuindo a permeabilidade da membrana.
Lipídeos têm distribuição assimétrica na bicamada. A sua movimentação confere fluidez á membrana.
Mobilidade dos fosfolipídeos: 
1- Flip-flop
2- Difusão lateral
3- Rotação
4- Flexão
Os lipídeos podem girar em torno de seu próprio eixo, difundir-se lateralmente na monocamada, migrar de uma monocamada para outra (flip-flop) e realizar movimentos de flexão por causa dos hidrocarbonetos.
Depende também de temperatura e quantidade de colesterol, pois quanto maior for a temperatura e maior quantidade de colesterol, menos fluida será a membrana.
Proteínas da membrana:
Desempenham a maioria das funções específicas da membrana. São elas que conferem ás membranas as propriedades funcionais características de cada tipo celular. São elas:
1- integral unipasso
2- intergral multipasso
3- lipídeo covalente ligado á proteína
4- ligadas á um fosfatilinusitol
5- ligação não covalente com outras proteínas
Proteínas Transmembrana
Atravessam a bicamada lipídica e são anfipáticas. Podem atravessar a membrana uma única vez ou várias vezes ( proteínas unipasso ou multipasso). Podem ter a função de transportar íons, funcionar como receptoras ou enzimas. São mantidas na membrana por interações hidrofóbicas com lipídeos.
Proteínas Periféricas
Se prendem á superfície interna e externa da membrana através de vários mecanismos, como interações eletrostáticas e pontes de hidrogênio. Podem ser facilmente solubilizadas. Funcionam como reguladoras de enzimas ligadas á membrana limitando a mobilidade de proteínas integrais.
Fusões das proteínas de membranas:
Esse é um processo central, permite ás proteínas se fundirem á outra membrana sem perder sua integridade. Como exemplos de reorganização tem-se: a exocitose, endocitose, divisão celular. a fusão do óvulo com o espermatozóide. a entrada de vírus em células, a fusão de vesículas permitindo a mistura ou secreção de conteúdos.
A exocitose é responsável pela liberação de proteínas por várias células. A endocitose e exocitose permitem que o material entre ou saia da célula sem atravessar a membrana.
Organelas membranosas:
Mitocôndrias
Carioteca
Sistema endomembranas (retículo endoplasmático, complexo de Golgi, lisossomos, peroxissomos e endossomos)
A estrutura da membrana plasmática é similar para todas as organelas membranosas.
Transporte transmembrana:
Transporte passivo:
1- Osmose
2- Difusão simples
3- Difusão facilitada
 A difusão é o transporte de soluto do meio de maior concentração para o de menor concentração sem gasto de ATP.
Aquaporinas: Família de proteínas que fornece canais para a movimentação rápida de moléculas de água.
A água flui por osmose quando há diferença de concentração de soluto através da membrana semipermeável. Uma membrana semipermeável é permeável á água, mas impermeável á solutos. A osmose acontece porque a presença de soluto diminui o potencial químico da água. A água tende á fluir de onde o seu potencial químico é maior, para onde seu potencial químico é menor.
Pressão osmótica: Pressão que deve ser aplicada para evitar que a água entre na solução através de uma membrana semipermeável.Substâncias como k+, Na+, Cl-, fosfatos orgânicos, entre outros, intracelularmente equilibram a pressão osmótica do líquido extracelular.Quanto mais permeável a membrana é a um soluto, menor é o fluxo osmótico de água que pode ser causado por esse soluto.
Fatores que influenciam a pressão osmótica:
1- Número de partículas da solução (concentração de partículas);
2- temperatura
Pressão isosmótica- Pressão osmótica igual
Pressão hiperosmótica- Pressão maior em um meio, em relação á outro.
Pressão hiposmótica- Pressão menor em um meio, em relação á outro.
A pressão osmótica de uma solução pode ser estimada através do seu ponto de congelamento.
Lei de Van’t Hoff
A difusão ocorre rapidamente em distâncias microscópicas, mas lentamente por distâncias macroscópicas.
O coeficiente de difusão depende da molécula que se difunde e do meio que ocorre a difusão. O coeficiente de difusão é proporcional á velocidade com que a molécula em difusão consegue se mover no meio circundante. Quanto maior a molécula ou mais viscoso o meio, menor será o coeficiente de difusão.
Lei de Fick:
A difusão tende á igualar as concentrações de soluto dos dois lados da membrana.
Membranas são mais permeáveis á substâncias lipossolúveis, que substâncias hidrossolúveis. A permeabilidade de uma molécula é proporcional á sua solubilidade no interior da bicamada lipídica. Quanto mais solúvel em solvente não polar, mais permeável é esta através das membranas.
Vitaminas lipossolúveis: absorvidas por células epiteliaisdo intestino delgado por difusão simples.
Vitaminas hidrossolúveis: não se difundem prontamente, necessitam de proteínas especiais de transporte.
Apenas moléculas bem pequenas hidrossolúveis podem difundir-se rapidamente através das membranas.
Difusão facilitada:
-É mediada por canal ou transportador. Feita por proteínas chamadas permeases ou transportadoras.
Transporte através de proteínas carreadoras:
-Transporte único
-Co-transporte
-Contratransporte
Canais iônicos:
-Conduzem íons
-Selecionam íons
-Abrem e fecham em resposta a sinais elétricos, mecânicos ou químicos específicos
Os íons são relativamente impermeáveis á membrana devido a sua carga, por isso sua difusão é feita através de canais.
Tipos de canais iônicos:
Voltagem-dependentes
Ligantes extracelular dependentes
Ligantes intracelular dependentes
Mecânicos
Canais não modulados:
Abertos ou Fechados durante o repouso.
Canais modulados:
Fechados durante repouso.
Transporte Ativo primário:
A acumulação do soluto é acoplada diretamente á uma reação química exergônica, como a conversão de ATP em ADP+P.
Bomba de Na+/K+
É ligada diretamente ao metabolismo. Geralmente a concentração de Na+ intracelular é muito menor em relação á concentração de K+ intracelular. A ATPase Na+/K+ é uma proteína integral de membrana que usa a energia do ATP para bombear Na+ para fora da célula e K+ para dentro, ou seja, contra o gradiente de concentração.Para cada ATP hidrolisado, 3 Na+ saem da célula e 2 K+ entram. A ATPase utiliza a energia do fosfato terminal do ATP para desencadear o ciclo do transporte, sendo então um transporte direto, portanto, primário.
Transporte ativo secundário:
Retira energia do gradiente de concentração de outra substância que é transportada, ou seja, é indireto.
A energia da bomba de Na+/K+ é usada para o transporte de outros solutos. Não é utilizado neste caso o ATP diretamente, mas de forma indireta. Solutos são acoplados ao Na+ e entram na célula. Como exemplo, tem-se o transporte de aminoácidos para dentro da célula, contra seus gradientes de concentração. A taxa desse aminoácido transportado dependerá do gradiente de potencial eletroquímico do Na+ através da membrana.
O Ca+ é transportado através da membrana por ATPases de Ca+ e proteínas trocadoras de 3Na+/1Ca²+. A importância dos canais de cálcio é: contração muscular, secreção, neurotransmissão, expressão gênica, cascata de fosforilação de proteínas, etc.
Transportes via mediadores são muito mais rápidos em relação aqueles que usam a difusão por membrana.Quanto maior a concentração da substância, maior a taxa de transporte, até atingir o transporte máximo. Depois disso há saturação do composto.
Transporte mediado= catálise enzimática 
Membranas celulares contêm uma quantidade abundante de transportadores distintos.Alguns, como o transportador de glicose das células musculares, transportam uma única molécula (glicose). Os co-transportadores como os do complexo Na+/aminoácido empregam a energia do gradiente do Na+ para capturar os aminoácidos ativamente. Os trocadores, como os trocadores Na+/H+, também fazem uso da energia do gradiente do Na+, para promover a extrusão ativa dos íons de hidrogênio da célula. Outra classe de trocadores efetua a troca de certos íons, através das membranas plasmáticas.