Estrutura e função de lipídios e membranas_08_2019

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Silvana Marcussi
Estrutura e Função de Lipídios e Membranas
Quimicamente diferentes 
Funções
	 Armazenamento de energia (gorduras e óleos), mais compacto (menos H2O de hidratação)
	 Elementos estruturais de membranas (Fosfolipídios e esteróides) e âncoras hidrofóbicas; 
	 Pigmentos que absorvem radiações luminosas; 
	 Agentes emulsificantes (esteróis derivados do colesterol); 
	 Hormônios (ex: estradiol, progesterona e testosterona);
	 Mediadores de inflamação (ex: prostaglandinas, tromboxanos)
	 Proteção contra choques e temperatura (órgãos internos);
Lipídios
Classificação dos lipídeos
Ácidos graxos (ex: palmítico, linoleico, etc.)
Ésteres do glicerol (triglicerídeos: 3 ácidos graxos ligados a 1 glicerol)
Esteróis (colesterol, hormônios, vitamina D)
Terpenos (vitaminas A, E, K)
Esfingolipídeos (esfingomielina)
	 As propriedades físicas (temperatura de fusão, solidificação, volatilização) dos ácidos graxos e dos compostos que os contém, são principalmente determinadas pelo comprimento e pelo grau de insaturação da cadeia de hidrocarboneto.
	 Quanto mais longa for a cadeia carbônica do ácido graxo e menor o número de duplas ligações (insaturações), menor será a solubilidade em água e a volatilidade.
Ácidos graxos
	 A cadeia de carbonos que consiste no ácido graxo pode ser totalmente saturada (sem duplas ligações), ou conter 1 ou mais duplas ligações (insaturada).
saturados
Saturados e insaturados
Grupo 
carboxílico
Cadeia hidrocarbônica
	 Lipídios simples de armazenamento (3 ácidos graxos, cada um em ligação éster com o mesmo glicerol).
Triacilgliceróis ou triglicerídeos
1- estearol, 2- linoleoil, 3- glicerol palmitoil
	 Animais vertebrados: células especializadas (adipócitos), armazenam triacilgliceróis como gotículas de gordura;
	 Triacilgliceróis: óleos nas sementes de muitos tipos de plantas (energia e precursores biossintéticos durante a germinação);
	 Adipócitos e sementes em germinação contém lipases, que catalisam a hidrólise de triacilgliceróis armazenados, liberando ácidos graxos para serem transportados a sítios onde são necessários como combustíveis.
Adipócito de cobaia
Célula cotiledônea de semente
Ceras biológicas
Éster de ácido palmítico + álcool triacontanol
Utilização industrial 
	 Lanolina
	 Cera de carnaúba
	 Ceras de glândulas uropigianas de Pássaros
Lipídios de armazenamento (neutros)
Lipídios de membrana (polares)
Triacilgliceríos
Glicerofosfolipídios
Esfingolipídios
Esfingolipídios
Glicolípídios
Fosfolipídios
Esfingolipídios
	 presente em membranas plasmáticas de animais (esfingomielina - importante na mielina que envolve e isola axônios de alguns neurônios)
	 sítios de reconhecimento de superfície em membranas de neurônios.
Esfingomielina
Glicoesfingolipídios 
(determinantes de grupos sanguíneos)
	 Grupos-cabeça oligossacarídico;
	 Encontram-se ligados a proteínas do sangue (O, A e B).
Gal = galactosamina
GalNAc = N-Acetil galactosamina
Antígeno O
Antígeno B
Antígeno A
A degradação de fosfolipídios de membrana libera araquidonato (precursor de eicosanóides).
Regulam a síntese de cAMP (mediador na ação de hormônios).
Formação de coágulos sanguíneos.
Induz contração do músculo que reveste os pulmões. 
Esteróides derivados do colesterol
	 Hormônios sexuais: características morfo-fisiológicas e reprodução.
	 Cortisol, prednisolona e prednisona: controladores de estresse, redutores de inflamação e moduladores da resposta imune.
	 Aldosterona: controle eletrolítico nos rins.
Vitamina D
	 7-deidrocolesterol + UV (colecalciferol – vitamina D3 ); 
	 Fígado e rins adicionam hidroxilas gerando o 1,25-diidroxicolecalciferol: hormônio que regula o metabolismo de Ca2+ (rins, intestino e ossos)
	 Vitamina D da dieta previne raquitismo
MEMBRANAS
	 Membranas definem limite externo e regulam o trânsito molecular 
	 Eucariotos: dividem espaço interno – separando processos e componentes.
	 Compartimentalização; 
	 Divisão de funções;
	 Conservar energia;
	 Organizar sequências de reações;
	 Comunicação cel/cel;
	 Transporte.
Bicamada – fosfolipídios e esteróis
Apolar – centro / Polar - exterior
Fosfolipídio de membrana
Porcentagem do total de fosfolipídios da membrana
Distribuição na membrana
Fosfatidiletanolamina
Fosfatidilcolina
Esfingomielina
Fosfatidilserina
Fosfatidilinositol
Fosfatidilinositol-4-fosfato
Fosfatidilinositol-4,5-bifosfato
Ácido fosfatídico
Monocamada
externa
Monocamada interna
Unidade individual em forma de cunha
Micela
Unidade individual cilíndrica
Bicamada
Lipossomo
Estado paracristalino-sólido
Calor - moção térmica das cadeias laterais de acilas ( sólido/ fluido) 
Estado fluido
Difusão lateral no plano de bicamada
Difusão transversa através da bicamada (não catalisada –h/dias; catalisada-seg. pela transversase)
Anticorpos específicos marcados (moléculas fluorescentes)
Célula híbrida apresenta anticorpos misturados minutos após a fusão.
Difusão lateral das proteínas
	 Proteínas fazem interações hidrofóbicas com lipídios.
	Mosaico fluido – sem interações covalentes – lipídios e proteínas movem lateralmente. 
Célula humana
Célula de camundongo
Fusão celular induzida
Difusão lateral das proteínas de membrana
	  TºC  movimentação lipídica (paracristalino).
	 TºC de modificação de paracristalino para fluido depende da composição lipídica.
	 composição da membrana é regulada buscando fluidez constante 
- Baixas TºC - bactérias sintetizam  ác. graxos insaturados e  saturados do que em Altas TºC. 
Proteínas Integrais de membrana
	 transportadores de sinais e canais iônicos.
	 receptores p/ hormônios, neurotransmissores e fatores de crescimento 
	 fosforilação oxidativa e fotossíntese (carreamento de elétrons)
	 reconhecimento cel-cel / cel-antígeno
	 adesão celular e fusão de membranas (exocitose, endocitose, entrada de vírus).
	 Regulam: agregação de plaquetas; reparo tecidual; atividade de células imunes; invasão de tecido por tumor.
Processos celulares envolvendo organelas e a membrana plasmática.
Brotamento de vesículas do Complexo de Golgi
Exocitose
Endocitose
Fusão do endossomo com o lisossomo
Infecção viral
Fusão do espermatozóide com o óvulo
Fusão entre vacúolos pequenos (plantas)
Separação de 2 membranas –divisão celular
Interações da HA com ác. Siálico - endocitose
 pH no endossomo induz a extensão do peptídio de fusão da HA que penetra na membrana 
- Membranas viral e do endossomo se fundem 
- Conteúdo viral livre na célula 
Transportador de glicose
Membrana
Receptor de insulina
Insulina
(3)  Insulina – transportadores são removidos por endocitose, formando vesículas
(2) Insulina interage com receptor – vesículas se fundem com a membrana -  transportadores de glicose
(1) Transportadores de glicose nas membranas das vesículas
(4) Vesícula menor se funde com endossomo maior
(5) Pedaços do endossomo enriquecidos com transportadores -brotam como pequenas vesículas na superfície celular quando há
  insulina 
Transportes Celulares
Transporte único
Co-transporte
Contratransporte
Transporte Passivo
Difusão Passiva: Substâncias penetram ou saem das células;
	 Distribuição uniforme do soluto no solvente.
	 processo a favor do gradiente (sem consumo de energia).
	Difusão Facilitada: > 8Å não passam pelos poros (ex: glicose e alguns aminoácidos), e não são solúveis em lipídios;
	- Proteínas de membrana facilitam a passagem;
	- Contra ou a favor de um gradiente de concentração; 
	- Com baixo consumo de energia.
	
	
	 Aquaporinas: canais proteicos em membranas de células renais. 
– H2O atravessa as membranas – difusão simples – transporte passivo.
	 Transportadoras ou permeases:  movimentação de solutos pela membrana – difusão facilitada (transporte passivo).
	Osmose: difusão em membrana semipermeável. 
	- 2 sções de [ ]s  separadas por membrana permeável ao solvente e praticamente impermeável ao soluto. 
	- Solvente passa do meio hipotônicopara o hipertônico.
H2O pura; Meio hipotônico; (Hemólise)
Sção NaCl concentrada; Meio hipertônico; (Crenação)
	processo passivo (sem gasto de energia).
 Hemácias
Meio isotônico
	 Mudanças súbitas na pressão de turgor das células mesófilas (+ internas) ocorrem devido a saída de K+ das células e efluxo de H2O (osmose).
Antes
Depois
Transporte Ativo
	 Passagem do meio  [ ] para o  [ ] - gasto de energia, ou contra um gradiente eletroquímico.
	 Endergônico (consome energia) e ocorre acoplado a um processo exergônico (libera energia) como: absorção de luz, oxidação de moléculas, quebra de ATP.
	 Bomba de NA+ e K+: íons atravessam a membrana contra um gradiente de concentração. 
	 Nas células dos organismos superiores a [ ] de Na+ é  dentro da célula [ ] de K+  dentro 
	 Este mecanismo permite a transmissão do impulso nervoso.
	 Energia da hidrólise de ATP direciona o movimento de X contra o gradiente eletroquímico.
 
	 o 1º transporte fornece energia para direcionar o transporte de S, uma vez que o retorno de X a favor do gradiente será favorecido.
Transporte ativo secundário
Transporte ativo primário
	 Tipo P – Transportadores de cátion direcionados por ATP – 
(ATPases Na+K+): movem os 2 íons em direção oposta.
	 Tipo V – Movem prótons para dentro dos vacúolos criando pH adequado para a ação de enzimas hidrolíticas.
	 Tipo F – catalisam a formação de ATP a partir de ADP + Pi e Movem prótons para fora das mitocôndrias.
	 Transportador multidrogas (células hepáticas): remove produtos hidrofóbicos e drogas sintetizadas do citosol (ex: vimblastina; doxorrubicina).
ATPases (canais iônicos dependentes da hidrólise de ATP)
Tipo P
Tipo F
Tipo V
	 Defeitos genéticos nos canais de Na+ dependentes de ATP: 
- episódios de fraqueza muscular.
	 crises de fraqueza durante exposição ao frio. 
ATPase liga 3 Na+ do interior 
ATP também se liga e a fosforilação altera a conformação da Enzima
Diminuia a afinidade por Na+
2 K+ se ligam
Desfosforilação  afinidade ao K+
Libera K+ no interior
Interior
Exterior
Outros tipos de canais
	 Canal iônico dependente de ligante (receptor de acetilcolina): ligação de molécula extra ou intracelular força uma transição na proteína (abre ou fecha o canal).
	 Canal iônico dependente de voltagem (neuronal de Na+): domínio carregado se move em resposta a alteração no potencial elétrico (abre ou fecha o canal).
A perfeição com a qual a vida se apresenta é mantida pelas membrana e seus transportes 
Referências
	 David L. Nelson e Michael M. Cox. Lehninger Princípios de bioquímica. 
	 Donald Voet, Judith G. Voet e Charlotte W. Pratt. Fundamentos de bioquímica. 
	 Reginald Garrett and Charles Grisham. Biochemistry.