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Membranas – Parte 1 Fenômenos importantes associados a membranas • Potencial de membrana (propagação do sinal neuronal, ativação da contração muscular) • Seletividade (absorção de nutrientes, excreção de indesejados, controle da osmolaridade do sangue e corpo) • Reações acopladas (cadeia transportadora de é, transdução de sinal (hormônios, etc)) Hidrofílico Hidrofóbico Moléculas hidrofílicas possuem carga não neutra (polares) e realizam interações moleculares fortes com moléculas de água. Moléculas hidrofóbicas possuem carga neutra (apolares) e não realizam interações moleculares com moléculas de água. Insolúveis FOSFOLIPÍDIOS São moléculas anfipáticas (ou anfifílicas) com um grupo ‘cabeça’ polar (glicerol- fosfato-radical) e um ‘rabo’ contendo moléculas apolares (hidrocarbonetos de cadeia longa contendo ou não insaturações) Principais fosfolipídios Carga Negativa Carga Neutra Carga Positiva Glicolipídios são encontrados primariamente na face externa da MP Juntos a glicoproteínas formam uma capa protetora da célula, além de auxiliar no reconhecimento entre células Como e em quais organelas são produzidos os fosfolipídeos das membranas de células eucarióticas? Composição aproximada de diferentes membranas em diferentes células O modelo do mosaico fluido Arranjo de moléculas de lipídios em ambiente aquoso (A) Ácidos graxos formam micelas e (B) fosfolipídeos bicamadas. Estas moléculas realizam auto-organização quando dispersas em solução, de forma a maximizar o número e a força das interações moleculares das frações apolares entre si e frações polares entre si. Membranas formam uma barreira com permeabilidade seletiva Após autoorganização ocorre uma Transição de Fase – estado líquido a um estado cristalino rígido ou gel dependendo da temperatura, isto confere o mínimo de rigidez essencial às membranas celulares Veja: https://www.youtube.com/watch?v=lm- dAvbl330&t=3s Os lipídeos de membrana são distribuidos assimetricamente Esta assimetria é determinada durante a síntese, ainda no RE, por translocadores de fosfolipídeos Fosfatidilserina Glicolipídios = Seletividade, diferença de cargas dentro e fora da superfície da membrana Os lipídeos de membrana movem-se lateralmente, no próprio eixo e possuem movimento contínuo de suas cadeias de hidrocarbonetos (ácidos graxos, apolares) Alta Dinâmica = Dispersão Diferentes fosfolipídeos formam membranas ou regiões da membrana que são mais densas, mais grossas ou com menor permeabilidade dependendo do grau de saturação das cadeias de hidrocarbonetos = Controle de Permeabilidade O colesterol diminui a permeabilidade da membrana a pequenas moléculas (íons) Estes reduzem as distâncias entre fosfolipídeos aumentando a interação das cadeias de hidrocarbonetos (apolares) – reduzem a fluidez E inibem a transição de fase para sólido-cristal lipid rafts ou jangadas lipídicas (PT-BR) são regiões da membrana com alta concentração de colesterol, o q promove uma área rígida na membrana, propícia ao acúmulo de proteínas com caudas transmembrânicas longas, isto permite agrupamento de proteínas em uma mesma região! Estudo de permeabilidade de íons utilizando membranas artificiais C o n d u tâ n ci a e m B Tempo Qual das curvas ao lado representam uma membrana composta por fosfolipídeos que possui cadeias saturadas ou insaturadas?? Qual membrana é mais permeável? Por quê? - + í o n s Bicamada lipídica Câmara BCâmara A Modelo para formação de “gotículas” de lipídeos no citoplasma para mobilização de gordura intracelular As gorduras (ácidos graxos altamente apolares, ex. triacilgliceróis, esteróis) são mobilizados dentro de células através de vesículas contendo uma monocamada de fosfolipídeos (embalagem) e proteínas (endereçamento, acúmulo de ácidos graxos) As proteínas de membrana podem se associar de várias maneiras com a bicamada lipídica. Proteínas de membrana integrais (1 – 6) (7-8) Proteínas de membrana periféricas (não ligadas covalentemente) Single pass (1) – Multipass (2-3) Na maioria das proteínas transmembrana, a cadeia polipeptídica atravessa a membrana na forma de a-hélice, rica em aminoácidos hidrofóbicos Detergentes formam micelas que são usadas para solubilizar membranas. Em concentrações controladas servem como ferramentas para auxiliar na purificação de proteínas transmembrânicas. Plot de hidrofobicidade localiza segmentos de a-hélice potenciais com base na alta hidrofobicidade presente em sequências de aminoácidos que compõem as proteínas analisadas. Isto é útil devido a dificuldade em cristalizar proteínas de membrana Halobacterium salinarum são Archaeas vivem em lagos de água salgada (halófilas) e evoluíram uma variedade de proteínas ativadas pela luz solar, entre elas, a bacteriorodopsina, que é uma bomba de prótons ativada por luz na membrana da célula. Participa de um complexo de reações fotossintéticas independentes de clorofila. A bacteriorodopsina é uma proteína que atravessa a membrana na forma de 7 a- hélices em barril. O aminoácido Lisina 216 está ligado covalentemente a uma molécula de retinal, capaz de captar a luz verde. Após excitado, o retinal induz mudança conformacional da estrutura da proteína, que por sua vez realiza a força mecânica de mover um próton contra seu gradiente de concentração, expelindo um próton (H+) de seu interior para o ambiente. Veja exemplo de modelagem molecular em: https://www.youtube.com/watch?v=gNSeN7NMJRA Existem proteínas que atravessam a membrana na forma de Barril-β, ao invés de alfa hélices. (1) E. coli proteína OmpA (8 folhas β), serve como receptor de um vírus. (2) Proteína OMPLA de E. coli (12 folhas β), é uma lipase. (3) A proteína porina da bactéria Rhodobacter capsulatus, que forma poros aquosos através da membrana externa (16 folhas β). (4) Proteína FepA de E. coli (22 folhas β), que transporta íons de ferro. Veja modelagem molecular em: https://www.youtube.com/watch?v=59lIFNEt8F4 Ligação de proteínas sintetizadas no citoplasma e ancoradas na membrana por ligações com lipídios (ligação amida e tipo tio-éster) Estas possuem melhor mobilidade q transmembrânicas e ocorrem apenas em um dos lados da membrana – importantes em transdução de sinal Ensaios de fusão de células demonstraram que as proteínas difundem livremente pela membrana plasmática (mosaico fluido) Medição da difusão lateral pela técnica photobleaching. FRAP = Fluorescence Recovery After Photobleaching Veja exemplos em: https://www.youtube.com/watch?v=CfRvmtBdZ9I e https://www.youtube.com/watch?v=fmcxnJa6PXI As hemácias são bons modelos de estudo da composição e distribuição de proteínas da membrana plasmática Sem núcleo – sem organelas Microscopia Confocal de hemácias demonstrando a colocalização de colesterol (azul) e proteína LFA-1 em vermelho. Microscopia Eletrônica de Transmissão da face interna Maior concentração de colesterol na superfície de hemácias indica maior rigidez desta face em comparação à maior fluidez da face interna As proteínas ancoradas a membrana formam pontos de apoio de uma rede estrutural de proteínas que percorre a face interna. Isto permite controlar a forma e dá resistência mecânica aos eritrócitos. Também permite ancorar elementos do citoesqueletointracelular (ex.microtúbulos) Esquema de moléculas de espectrina das hemácias humanas (A) e micrografia eletrônica com sombreamento com platina. Cada heterodímero de espectrina consiste de duas cadeia anti-paralelas enroladas denominadas de cadeias a e b. Essas cadeias são covalentemente ligadas umas às outras em múltiplos pontos. A porção fosforilada é onde ocorre a ligação de dois dímeros para formação de um tetrâmero. Tanto a cadeia α quanto a β são compostas por domínios repetidos de 106 amino ácidos. A estrutura da membrana plasmática pode ser observada na microscopia eletrônica pela técnica de crio-fratura As células são capazes de confinar proteínas e lipídios em domínios específicos de uma membrana As glicoproteínas são importantes componentes da parte extracelular da membrana de algumas células, servindo como proteção ou um fator determinante de interações intercelulares Selectinas são proteínas capazes de se ligar a açúcares na da superfície celular, sendo responsáveis pela adesão transiente de uma célula com outra.
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