Aula 2 - Membranas

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2007-2008
A membrana celular
AP Biology
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Overview
Membranas celulares separam as celulas vivas do ambiente
Barreira fina = 8nm espessura
Controla o trafego para dentro e for a da celula 
Possui permeabilidade seletiva 
Permite a passagem de alguma substancias mais facilmente que outras
Feita de fosfolipideos, proteinas e outras macromoleculas
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FosFolipideos
Acido graxo
FosFato
Acido graxo tails
hidrofobico
Fosfato
hidrophilico
Arranjado como uma bicamada
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Bicamada de fosfolipideos
polar
naopolar
polar
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Mais de que lipideos… 
Em 1972, S.J. Singer e G. Nicolson propuseram que proteinas estao inseridas na bicamada de fosfolipideos
 
E como um fluido…
E como um mosaico…
E o modelo do mosaico fluido!
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Membrana e uma colagem de proteinase outras moleculas dispersas na matriz fluida da bicamada lipidica
Fluido Extracellular
Colesterol
Citoplasma
Glicolipideos
Proteinas Transmembrane
Filaments of
cytoskeleton
Proteinas Perifericas
Glicoproteinas
Phospholipids
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The carbohydrates are not inserted into the membrane -- they are too hydrophilic for that. They are attached to embedded proteins -- glycoproteins.
A composicao de lipideos das membranas variam 
A composicao de gordura afeta a flexibilidade
Membranas devem ser fluidas e flexiveis 
% acidos graxos insaturados 
Mantem a membrana mais fluida
Organismos adaptados ao frio, como trigo 
Aumenta % de ac graxos insaturados no outono
colesterol na membrana
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As Proteinas determinam a funcao das membranas 
Membranas celulares e de organelas possuem colecoes especificas de membrana
Proteinas de Membrana:
perifericas 
Fracamente ligadas a superficie de membrana
Identidade da celula (antigenos)
Proteinas integrais
Penetram a bicamada lipidica
Proteinas transmembrana
Proteinas de transporte
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Porque as 
proteinas sao moleculas perfeitas 
para construir 
estruturas na membrana celular?
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Classes de amino acidos
Oque estes aminoacidos tem em comum?
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Classes de amino acidos
Oque estes aminoacidos tem em comum?
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Dentro da membrana
Nao polares
Ancoram as proteinas na membrana
Na superficie
polares 
hidrofilicos
Extendem no fluido extracelular e citosol
Polar
Nao polar
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NH2
H+
COOH
Cytoplasm
Retinal
chromophore
Nonpolar
(hydrophobic)
a-helices in the
cell membrane
H+
Porin monomer
b-pleated sheets
Bacterial
outer
membrane
Bomba de protons
Canal de agua
Exemplos
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Funcoes das proteinas de membrana
Fora
Plasma
membrane
Dentro
Transportador
Receptor de superficie celular
Atividade
Enzimatica
Marcador de identidade celular
Adesao ao citoesqueleto
Adesao celular
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Signal transduction - transmitting a signal from outside the cell to the cell nucleus, like receiving a hormone which triggers a receptor on the inside of the cell that then signals to the nucleus that a protein must be made.
Carbohidratos de Membrana
Desempenham importante papel eno reconhecimento celular
Habilidade de distinguir uma celula da outra
antigenos
Importantes em desenvolvimento de orgaos e tecidos
Base para rejeicao de celulas pelo sistema imune
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The four human blood groups (A, B, AB, and O) differ in the external carbohydrates on red blood cells.
 Componente glicídico (carboidratos)
Porção de carbohidratos dos glicolipídeos e glicoproteínas, constituindo o glicocálix
Nas membranas existem glicoproteínas e glicolipídeos. Estes são formados respectivamente por proteínas e lipídeos ligados a uma molécula de carbohidrato.
As glicoproteínas e glicolipídeos estão distribuídos nas membranas conforme pode ser observado na imagem a seguir.
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Glicídeos 
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Glicídeos 
} glicocálice
Observe que a parte carbohidrato dessas moléculas fica sempre
Voltada para o meio extracelular, constituindo uma verdadeira 
camada de carbohidratos denominada GLICOCÁLICE.
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Glicocálice em microvilosidades de células
De intestino de rato
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Importância do Glicocálice
Proteção química e mecânica das superfícies celulares
Reconhecimento e adesão celular
Especificidade celular
Especificidade dos grupos sanguíneos do sistema ABO
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A importância do colesterol
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Movimentos atraves da membrana celular
 
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Difusao
2a lei da termodinamica
Universo tende a desordem (entropia)
Difusao
Movimento de alto baixo (concentracao)
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Movement from high concentration of that substance to low concentration of that substance.
Difusao
Move de MUITO para POUCO concentrado
“transporte passivo”
Energia nao e necessaria
difusao
osmose
Movimento da agua
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Difusao atraves da membrana celular
 IN
comida
carbohidratos
acucares, proteinas
amino acidos
lipideos
sais, O2, H2O
OUT
lixo
amonia
saia
CO2
H2O 
produtos
Celulas precisam que materials entrem e produtos finais saiam
 IN
OUT
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Difusao atraves da bicamada lipidica
Quais moleculas atravessam diretamente?
gorduras & outros lipideos
dentro
fora
lipideo
sal
aa
H2O
acucar
NH3
Quais moleculas NAO atravessam diretamente?
Moleculas polares
H2O
ions
sais, ammonia
Moleculas grandes
amido, proteinas
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Canais na membrana celular
Membrane trona-se semi permeavel pela presenca de canais que permitem a passagem de moleculas especificas
dentro
fora
acucar
aa
H2O
sal
NH3
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Difusao facilitada
Difusao atraves de canais
Canais transportam moleculas especificas atraves da membrana
Energia nao e necessaria
high
low
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Donuts!
Each transport protein is specific as to the substances that it will translocate (move).
For example, the glucose transport protein in the liver will carry glucose from the blood to the cytoplasm, but not fructose, its structural isomer.
Some transport proteins have a hydrophilic channel that certain molecules or ions can use as a tunnel through the membrane -- simply provide corridors allowing a specific molecule or ion to cross the membrane.
These channel proteins allow fast transport.
For example, water channel proteins, aquaporins, facilitate massive amounts of diffusion.
Transporte ativo
Solutos precisam mover contra o gradiente de concentracao
bomba
“custa” energia = ATP
ATP
low
high
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Some transport proteins do not provide channels but appear to actually translocate the solute-binding site and solute across the membrane as the protein changes shape. These shape changes could be triggered by the binding and release of the transported molecule. This is model for active transport.
symport
antiport
Transporte Ativo
ATP
ATP
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Plants: nitrate & phosphate pumps in roots.
Why?
Nitrate for amino acids
Phosphate for DNA & membranes
Not coincidentally these are the main constituents of fertilizer
Supplying these nutrients to plants
Replenishing the soil since plants are depleting it
Atravessando a membrana
Transporte passivo
Difusao simples
Difusao de moleculas apolares 
lipideos
high  low
Transporte facilitado
Difusao de moleculas polares 
Atraves de canais 
high  low concentration gradient
Transporte ativo
Difusao contra gradiente de concentracao
low  high
Usa uma bomba
requer ATP
ATP
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Difusao simples
Difusao facilitada
Transporte ativo
ATP
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E moleculas grandes?
Atraves de vesiculas e vacuolos endocitose
fagocitose = “comer”
pinocitose = “beber”
exocitose
exocitose
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Endocitose
fagocitose
pinocitose
Endozitose mediada por receptor
Fusao com lisossomo para digestao
Processo nao especifico
Necessita reconheciment molecular
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2007-2008
O caso especial da
agua
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Osmose = difusao da agua 
Difusao da agua de uma solucao altamente concentrada para uma solucao com baixa concentracao
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Direcao da osmose e determinada ao comparar-se a concentracao de soluto
Hipertonico -
Hipotonico -
Isotonico -
hipotonico
hipertonico
water
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freshwater
balanced
saltwater
Sobrevivencia celular depende do balanco hidrico
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Isotonico
Celula animal imersa em 
solucao levemente salina
exemplo: 
cel sanguinea no plasma problema: nenhum
Fluxo atraves das membranas igual em ambos sentidos
volume celular estavel
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Hipotonico
uma celula em agua fresca
problema: ganha agua, 
celula explode
plant cells
turgid
freshwater
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Managing water balance
Hypertonic
a cell in salt water
example: shellfish
problem: lose water & die
solution: take up water or pump out salt
plant cells
plasmolysis = wilt
saltwater
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Aquaporinas
Agua move-se rapidamente
Evidencia que existem canais de agua
Peter Agre
John Hopkins
Roderick MacKinnon
Rockefeller
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Cell (compared to beaker)  hypertonic or hypotonic
Beaker (compared to cell)  hypertonic or hypotonic
Which way does the water flow?  in or out of cell 
.05 M
.03 M
Osmosis… 
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