membrandas biológicas - bioquímica

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Membranas biológicas e transporte
(transcrição)
(Scheila Maria)
- As membranas definem os limites externos das células e regulam o tráfego de moléculas através desses limites. O conjunto de enzimas responsáveis pelas reações mitocondriais só estão dentro da mitocôndria, e isso ocorre devido ao fato de a mitocôndria possuir membrana (interna e externa). Os processos químicos dependem da integridade dessas membranas. Em células eucarióticas, as membranas dividem o espaço interno em compartimentos discretos para separar processos e componentes. Organizam sequências de reações complexas e são centrais para conservação de energia e comunicação célula-célula.
- Conservação de Energia: Produção de energia: produção de ATP; Consumo de energia: produção de ADP. A ATP guarda um Pi(fosfato inorgânico). Em reações onde ocorra transformação ou transferência de energia, há a conservação do radical fosfato. Ex: Glicose sendo convertida em glicose-6-fosfato(primeira reação que ocorre quando esse açúcar entra na célula), o radical fosfato representa a forma de conservação de energia. O objetivo da fosforilação nessa reação é impedir que a glicose deixe a célula. Nas reações que visam a produção de ATP, sempre ocorre a produção de um intermediário fosforilado, como a glicose-6-fosfato, frutose-1,6-bifosfato. 
- Cada tipo de membrana possui uma composição característica de lipídeos e proteínas. 
- Bainha de mielina humana: proteína= 30%; fosfolipídeos = 30%; esteroides = 19%. O resto são galactolipídeos(ligados a açúcares) e podem ser também plasmalógenos(abundante no músculo cardíaco).
- Colesterol é o principal esteroide das células animais. Está presente em todas as membranas das células, sendo mais abundante na membrana plasmática. 
- Estigmasterol: protozoários; Ergosterol: fungos; Citosterol: plantas.
- Fosfatidilinositol funciona como mensageiro intracelular. Ele é fosforilado toda vez que a célula recebe um estímulo, formando o PIP2. Este participa da via da fosfolipase C, produzindo como segundos mensageiros o IP3 e DAG. Nas membranas, o fosfatidilinositol concentra-se na face voltada para o citosol da membrana.
- Diferentemente da M. Plasmática, as membranas internas da célula raramente contem carboidratos ligados covalentemente (como galactolipídeos)
- Propriedades das M. Biológicas: impermeáveis a solutos polares, solutos carregados (com carga), substâncias iônicas. Permeáveis a compostos não polares, como colesterol e seus derivados. 
- A glicose é um soluto polar. Para entrar na célula, ela necessita de um transportador, o GLUT.
- Modelo do Mosaico Fluido: estrutura lipoproteica com bicamada lipídica e proteínas (que podem ser periféricas ou integrais) incrustadas. A estrutura de proteínas e lipídios podem se movimentar lateralmente. Exceção: FLIP FLOP: sob aquecimento pode acontecer alteração na membrana.
- Radicais Livres: possuem carga negativa e vão retirar um próton de alguma molécula. O excesso de radicais livres, através do processo de stress oxidativo, vão remover prótons de proteínas e lipídeos, alterando a fluidez da membrana, pois desestabilizam pontes de hidrogênio e interações hidrofóbicas entre as cadeias laterais . Hidroxila, peróxido, superoxido, peroxila.
- Diabetes: o receptor para insulina da membrana está “resistente”, sua conformação tridimensional foi alterada e por isso ele encontra-se insensível à ação da insulina. Isso pode ser causado pelo excesso de radicais livres. Além do diabetes podem ser causadas doenças cardiovasculares, neurodegenerativas. 
- Os lipídeos, quando misturados com água, formam espontaneamente agregados lipídicos, chamados de micelas. Também podem se organizar em bicamadas. Um dobramento da bicamada forma um lipossoma. 
- Fármacos Inteligentes utilizam os lipossomas. Estes podem ser programados para “se abrir” em determinados valores de pH. Permite a administração de uma substância polar e o fármaco atravessa a membrana livremente devido a estrutura do lipossoma. 
- Monocamada Interna: rica em fosfatidilinositol.
- As proteínas periféricas da membrana podem ser facilmente solubilizadas e removidas da membrana. São reguladores de enzimas que estão ligadas a membrana (como a proteína G), podem limitar a mobilidade de proteínas integrais, por prendê-las a estruturas intracelulares. 
- Já as integrais estão firmemente associadas a bicamada lipídica. Podem estar presas a membrana por interações hidrofóbicas com lipídeos. Podem existir açúcares nesses lipídeos, como a manose, formando os galactolipídeos(ou glicolipídeos). As interações existentes entre os ácidos graxos e ácidos graxos e proteínas são hidrofóbicas.
- Proteínas Fibrosas: função estrutural, seus aminoácidos precisam ser hidrofóbicos para manter a interação da proteína com o lipídeo
- Proteína G: O ligante vem pelo sangue e liga-se ao receptor que normalmente está acoplado a proteína Gq. É uma proteína periférica. Vai ativar uma enzima que está ligada na membrana. Se esta enzima for a fosfolipase C, ocorre a quebra do PIP2 em IP3 e DAG. Se for a adeniliciclase, vai ocorre quebra de ATP em AMPc. Então a função primordial da proteína G é regular a atividade da enzima que está ligada a membrana. O receptor da proteína G é metabotrópico, atravessa a membrana sete vezes. A proteína G tem três subunidades: alfa, beta e gama.
- Movimentos dos fosfolipídeos na bicamada: deslocam-se lateralmente. Se houver aquecimento, pode ocorrer uma desorganização da membrana, através do movimento tipo FlipFlop. Isso altera a composição da membrana, como por exemplo, o colesterol é mais abundante na face externa. A variação da concentração do colesterol pode causar algum distúrbio celular (convulsões, alteração de neutransmissão). Se o fosfatidilinositol(que está em maior quantidade na face interna) migrar para a face externa, isso vai comprometer a sinalização intracelular.
- A função de algumas proteínas periféricas é manter presas proteínas integrais na membrana.
- Trocador de cloro por bicarbonato (SLIDE 25): Proteína integral. Presente nas células parietais do estômago. O cloreto entra (para formar HCl) e o bicarbonato sai. O trocador está fixado na membrana por proteínas periféricas.
- Certas proteínas mediam a informação célula-célula.
- Proteínas Integrais: INTEGRINAS: regulam processos como agregação plaquetária, reparo tecidual, atividade do sistema imune, invasão de um tecido por um tumor. CADERINAS: reconhecem outras caderinas e interagem com elas. SELECTINAS: ligam polissacarídeos na presença de cálcio, participam da coagulação. 
- As membranas biológicas tem capacidade de sofrer fusão/separação sem perder a continuidade. EX: exocitose, endocitose, divisão celular, fusão do ovulo com espermatozoide, entrada de vírus nas células. 
- Exocitose: fundamental pra transmissão do impulso nervoso. Os neurotransmissores estão em neurônios pré-sinápticos, armazenados me vesículas. O potencial de ação, junto com a entrada de Cálcio, causa a fusão das vesículas e liberação do neurotransmissor.
- Endocitose: LDL entra na célula por endocitose mediada por receptor. A lipoproteína chega na célula hepática e vai se formando um endossomo que envolve a lipoproteína+LDL. A lipoproteína entra, carregando o LDL. 
- Outros exemplos: fusão do endossomo com lisossomo. Infecção viral: o vírus entra na célula formando uma vesícula semelhante ao endossomo, libera o material genético na célula infectada sem lesar a membrana. Fusão de vacúolos nas plantas. Fusão induzida pela hemaglutinina(SLIDE 30): a célula reconhece a hemaglutinina presente na membrana do vírus Influenza, formando um endossomo e eliminando o material viral na célula. 
- Infecção pelo HIV(SLIDE 31): mesmo processo da infecção viral, a diferença é que o material injetado é o RNA, e o vírus HIV realiza o processo de transcrição reversa (capacidade de produzir DNA a partir de RNA)
- Movimento através de membranas semipermeáveis a favor de gradientes de concentração, pra igualar a concentração de compostos.
- Potencial de Membrana: passagem
de íons através da membrana. O gradiente de concentração se iguala ao gradiente elétrico = potencial de repouso. O sódio, por exemplo, é mais abundante no meio extracelular, então sua tendência é entrar na célula. Já o potássio está mais concentrado no meio intracelular, sua tendência é sair. O que mantém esse potencial de membrana na célula (negativo dentro e positivo fora) é a bomba de sódio-potássio.
- Um soluto polar (molécula hidratada) consegue atravessar a membrana(SLIDE 34), porém esse processo gasta muita energia livre, pois a energia de ativação é grande. Atravessa, mas demora mais tempo e gasta muita energia.
- Se houver um transportador (permease), a substância passa livremente, gastando bem menos energia de ativação. A glicose, por exemplo, é transportada pelo GLUT. 
- Difusão simples: a favor do gradiente de concentração. Gases atravessam a membrana por difusão simples. Ex: oxigênio, nitrogênio, metano, NO(apesar de ser um radical livre, possuir carga elétrica, difunde-se pela membrana)
- Difusão facilitada: também não gasta energia, utiliza um transportador ou permease. Utilizam esse tipo de transporte: moléculas polares, íons.
- A água cruza as membranas sem gasto de energia, através da osmose. Aquaporinas, presentes principalmente no rim, permitem a livre passagem de água
- GLUT1: presente na membrana do eritrócito e permite a entrada de glicose nas hemácias. Possui alfa-hélices. O canal possui ligações de hidrogênio, ou seja, passam por ele apenas moléculas compatíveis. Transportadores de glicose na membrana (SLIDE 39): a glicose vem através do sangue, se liga no transportador, ocorre uma alteração conformacional e o transportador “vira-se” para o meio intracelular, jogando a glicose para dentro da célula. Ocorre uma nova mudança de conformação e ele volta ao estado original. O GLUT1 independe da ação da insulina, ou seja, a glicose entra de todo jeito. Isso ocorre também no GLUT2, GLUT3. 
- GLUT4: o único dependente da insulina. Existe em músculos, inclusive no cardíaco. Pessoas diabéticas que tomam insulina ou hipoglicemiante oral: esses medicamentos aumentam a captação de glicose, principalmente pelo GLUT4. Efeitos da administração de insulina: aumento da síntese de glicogênio. Deve-se orientar o paciente a além de ingerir o medicamento, praticar exercício físico, pois quanto maior a quantidade de insulina no sangue, maior a captação de glicose pelo GLUT4. Se essa glicose não for quebrada, há tendência a obesidade, pois ela vai ser convertida em ácido graxo e armazenada no tecido adiposo. Libeclamida, metformina, rosiglitazona aumentam a mobilização de glicose pelo GLUT4
- Mecanismo de reação: a glicose é convertida em Acetil-CoA e como não há necessidade energética o Acetil-CoA vai ser direcionado para a síntese de ácido graxo. Este reage com o glicerol, forma triacilglicerol que vai ser armazenado no tecido adiposo. No caso de diabetes mellitus, pode ocorrer a formação de corpos cetônicos, causando acidose metabólica.
- Síndrome Metabólica: o indivíduo é diabético e desenvolve obesidade e hipertensão devido a falta de exercício físico. Existem outras maneiras de adquirir síndrome metabólica.
- Ação da Insulina(SLIDE 40): quando a insulina liga-se ao receptor, este se autofosforila. Essa autofosforilação abre (fosforila) o canal iônico, causando entrada de cálcio na célula. O GLUT4 é armazenado em vesículas dentro da célula. A medida que o receptor fosforila o canal pra cálcio e o cálcio entra, ocorre fusão das vesículas, e causa aumento da expressão do receptor na superfície da membrana(aumenta a quantidade de receptores). Logo, quanto mais insulina, mais glicose é captada. Mecanismo de FeedBack positivo.
- Trocador de cloreto com bicarbonato: presente na membrana da hemácia. A medida que o cloreto entra, o bicarbonato sai. O trocador é mantido na membrana por proteínas periféricas. 
- Antiporte: uma molécula sai enquanto outra entra pelo mesmo canal/transportador. Trocador de glicose com sódio, cloreto com bicarbonato.
- Uniporte: único soluto entrando na célula
- Simporte: dois solutos entram pelo mesmo canal. Esses são os três principais tipos de transporte que acontecem na célula sem gasto de ATP, pois o transporte ocorre a favor do gradiente de concentração.
- Bomba de sódio-potássio é uma bomba ATPase, não antiporte
- O transporte ativo depende de um processo exergônico(exotérmico), por exemplo reações de oxidação, ação da luz do sol, quebra de ATP. Em nossas células sempre que houver transporte ativo, haverá quebra de ATP. 
- Transporte ativo primário: ocorre contra o gradiente de concentração, com gasto de ATP.
- Transporte ativo secundário: fluxo de duas moléculas. Contra o gradiente de concentração também. Há o fluxo exergônico de um soluto e ocorre quebra de ATP, o soluto volta para a célula (a favor do gradiente). Nessa volta, outra molécula “aproveita e vai junto”, mas contra o gradiente. Nesse segundo transporte não há gasto de ATP. O fluxo exergônico de uma molécula associado a entrada de outro soluto de maneira endergônica. A entrada do segundo soluto só é permitida se o primeiro sair e gastar energia. Gasto indireto de energia.
- Bombas: transporte ativo, ATPases. 
- As ATPases podem ser do tipo P(pump=bomba), bomba de prótons-potássio, de cálcio, sódio-potássio. ATPases tipo V(voltage) são sensíveis a voltagem, polarizam e despolarizam. Quando muda a polarização, há gasto de energia. ATPases tipo F(fluxo)
- Complexo da ATP-sintase(na respiração celular) é uma bomba de fluxo(SLIDE 47). É uma ATPase dual, tem dois papeis. A medida que os elétrons atravessam a membrana, ocorre fluxo de prótons da matriz mitocondrial pro espaço intermembrana, a favor do gradiente. Esses prótons podem voltar, quando essa volta ocorre, o ADP e o Pi reagem, gerando ATP. Normalmente, a reação de ADP+Pi não acontece espontaneamente no organismo, porque haveria liberação de muito calor caso o Pi reagisse diretamente com o ADP. Como há a bomba de prótons, há a energia pra juntar o Pi com o ADP (uma hora e vinte nove, mais ou menos)
- Sódio-potássio ATPase: tipo P, de bomba. Pega três sódios e joga pra fora. Pega dois potássios e joga pra dentro. Isso ocorre para manter o potencial de membrana negativo dentro e positivo fora.
- (PROVA) Glicosídeos cardiotônicos/cardíacos: utilizadas para tratamento da ICC (insuficiência cardíaca congestiva). O protótipo dessas substâncias é a ouabaina, que depois foi substituída pela digoxina/digitoxina(drogas digitálicas). Bloqueiam a bomba de Na-K, despolarizando a célula. Isso permite a entrada de cálcio. Então o músculo cardíaco se contrai mais rápido. Efeito inotrópico e cronotrópico positivo (aumenta a força e frequência cardíaca). Essas substâncias estão presentes em muitas plantas. Os digitálicos possuem uma lactona (C=O ligado a oxigênio no ciclo) no carbono 17, e isso causa maior afinidade para bloquear a bomba de Na-K.
- Bombas de Cálcio tipo P: mantem uma baixa concentração de cálcio no citosol. O cálcio é bombeado para fora do citosol por uma ATPase do tipo P que se encontra na membrana plasmática.
- SERCA: outro tipo de bomba. Bomba de cálcio presente no retículo sarcoplasmático (no músculo) e no R.E das demais células. Se ocorrer um aumento da concentração de cálcio na célula, esta se torna excitável. Isso ativa a bomba de cálcio da membrana, que joga o cálcio pra fora e ativa a SERCA, que joga cálcio no retículo.
- Tapsigargina: substância utilizada em laboratórios como indutores de tumor. Também é usada como ferramenta farmacológica para avaliar a participação do cálcio na contração e relaxamento muscular. Ela bloqueia a SERCA, mas não bloqueia a bomba de cálcio presente na membrana. Assim, o cálcio não volta para o retículo, só vai para fora da célula. Uma substância que provoca efeito relaxante muscular pode bloquear o canal de cálcio da membrana ou do retículo. Se a tapsigargina for administrada, o cálcio sai do reticulo, mas não entra mais. Para ocorrer repolarização, é necessário que o cálcio saia da
célula através da bomba presente na membrana. Induz-se uma nova contração, mas não vai haver tanto cálcio como anteriormente, causando uma contração mais fraca. Se a substância foi administrada (junto com a SERCA) e o órgão relaxou, isso quer dizer que a substância bloqueia a bomba da membrana, pois a do retículo já está bloqueada.
- Canais iônicos podem ser seletivos, ou não.
- Canais podem ser abertos por ligantes, como o canal iônico receptor nicotínico da acetilcolina. Quando duas moléculas de acetilcolina se ligam, o canal se abre e permite a entrada de sódio. 
- Canais iônicos abertos por voltagem, como os canais para cálcio presentes na membrana. Mecanismo de comporta (SLIDE 61): o canal está fechado quando a membrana está polarizada(negativa). Se ocorre despolarização, o canal se abre e o sódio entra. 
- Tetrodotoxina: bloqueia canal para Na, mata por asfixia, pois paralisa o músculo respiratório. Presente no baiacu/fugu, que possui uma glândula que libera essa toxina 
- Saxitoxina: presente em algas vermelhas (pirroficeas), que produzem a maré vermelha. Também bloqueiam o canal para sódio, matando por asfixia
- Tubocurarina: presente em plantas chamadas Curare, também bloqueia canal de sódio. Os índios colocam a substância da ponta de flecha e paralisa o animal. Se a carne do animal for pega para ser ingerida, não há problema, pois a paralisia é causada por forma intramuscular. Se a carne chegar no estômago, a ligação é quebrada e a tubocurarina é inativada.
- Técnica de Patch Clamp: equipamento que consegue pegar o canal. É possível medir através de voltagem se está passando sódio, cálcio, potássio, etc. Desse modo, é possível ver se substancias conseguem abrir ou fechar canais.