Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
ESTRUTURA DA MEMBRANA → A membrana plasmática circunda a célula, define seus limites e mantém as diferenças essenciais entre o citosol e o ambiente extracelular. SÃO ESTRUTURAS DINÂMICAS E FLUIDAS. No interior das células eucarióticas, as membranas do núcleo, do retículo endoplasmático (RE), do aparelho de Golgi, da mitocôndria e de outras organelas circundadas por membranas mantêm as diferenças características entre o conteúdo de cada organela e o citosol. → os gradientes iônicos que atravessam a membrana, estabelecidos pelas atividades das proteínas especializadas da membrana, podem ser usados para sintetizar ATP , coordenar o transporte de solutos selecionados através da membrana ou, como nos músculos e nervos, produzir e transmitir impulsos elétricos . → contém proteínas que atuam como sensores de sinais externos, permitindo que as células mudem seu comportamento em resposta aos sinais ambientais, incluindo aqueles de outras células . Essas proteínas sensoriais, ou receptoras, transferem informação, em vez de moléculas, através da membrana. → Apesar de funções distintas, todas as membranas biológicas possuem uma estrutura geral comum: cada uma é constituída por uma fina película de moléculas de lipídeos e proteínas unidas principalmente por interações não covalente. → As membranas celulares são estruturas dinâmicas, fluidas e a maioria de suas moléculas move-se no plano da membrana . Moléculas lipídicas são organizadas como uma camada dupla contínua . → Bicamada lipídica proporciona a estrutura fluida básica da membrana e atua como uma barreira relativamente impermeável à passagem da maioria das moléculas solúveis em água . A maioria das proteínas de membrana atravessam a bicamada lipídica e medeiam quase todas as funções da membrana, incluindo o transporte de moléculas específicas através dessa bicamada e a catálise de reações associadas à membrana, como a síntese de ATP. → Algumas proteínas transmembrana atuam como ligações estruturais que conectam o citoesqueleto através da bicamada lipídica à matriz extracelular ou a uma célula adjacente, enquanto outras atuam como receptores para detectar e transduzir sinais químicos do ambiente celular . Existem muitas proteínas de membrana diferentes que permitem que a célula funcione e interaja com seu ambiente, e estima-se que cerca de 30% das proteínas codificadas pelo genoma de uma célula animal sejam proteínas de membrana. Micaelle Martins 1° semestre 2021 BICAMADA LIPÍDICA → forma a e strutura básica de todas as membranas celulares. → Fosfoglicerídeos, esfingolipídeos e esterois são os principais lipídeos das membranas celulares. As moléculas lipídicas constituem cerca de 50% da massa da maioria das membranas das células animais, e quase todo o restante são proteínas. → Todas as moléculas lipídicas da membrana plasmática são anfifílicas , (possuem uma extremidade hidrofílica (“que ama água”) ou polar, e uma extremidade hidrofóbica (“que teme a água”) ou apolar). → Fosfolipídeos: são os mais abundantes lipídeos da membrana. Possuem um grupamento da cabeça polar contendo um grupo fosfato e duas caudas hidrocarbonadas hidrofóbicas. OBS: INSATURAÇÃO REPRESENTA ‘DOBRA’ NA CADEIA Geralmente, uma cauda possui uma ou mais ligações duplas cis-atuantes, enquanto a outra cauda não possui essa ligação.. As diferenças no comprimento e na saturação das caudas e dos ácidos graxos influenciam como as moléculas fosfolipídicas encaixam-se umas nas outras, afetando a fluidez da membrana → Os principais fosfolipídeos são fosfoglicerídeos , os quais possuem uma c adeia principal de glicerol de três carbonos. Duas longas cadeias de ácidos graxos são unidas por pontes ésteres aos átomos de carbono adjacentes do glicerol, e o terceiro átomo de carbono do glicerol está ligado a um grupo fosfato, que, por sua vez, é ligado a um entre vários tipos de grupamentos de cabeças. Combinando diferentes ácidos graxos e grupamentos de cabeças, as células produzem diferentes fosfoglicerídeos. A fosfatidiletanolamina, a fosfatidilserina e a fosfatidilcolina são os mais abundantes fosfoglicerídeos das membranas das células de mamífero s. → Esfingolipídeos: são constituídos por esfingosina no lugar do glicerol. A esfingosina é uma longa cadeia acil com um grupo amino (NH2) e dois grupos hidroxila (OH) em uma extremidade. Na esfingomielina, o esfingolipídeo mais comum, uma cauda de ácido graxo é ligada ao grupo amino e um grupo fosfocolina é ligado ao grupo hidroxila terminal. Juntos, os fosfolipídeos fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina e esfingomielina constituem mais da metade da massa de lipídeos da maioria das membranas celulares de mamíferos. → Bicamada lipídica de muitas membranas celulares contém glicolipídeos e colesterol. Os glicolipídeos assemelham-se aos esfingolipídeos , mas no lugar do grupo fosfato ligado à cabeça, possui um açúcar . Micaelle Martins 1° semestre 2021 → A membrana plasmática eucariótica contém, especialmente, grandes quantidades de colesterol – até 1 molécula para cada molécula de fosfolipídeo. O colesterol é um esterol. Ele contém uma estrutura em anel rígida a qual se liga a um único grupo hidroxila polar e a uma pequena cadeia de hidrocarbono apolar. As moléculas de colesterol orientam-se na bicamada com seu grupo hidroxila próximo aos grupamentos de cabeças polares das moléculas de fosfolipídeos adjacentes. Os fosfolipídeos formam bicamadas espontaneamente: a forma e a natureza anfifílica das moléculas de fosfolipídeos causam a formação de bicamadas de forma espontânea em ambientes aquosos. Moléculas hidrofílicas dissolvem-se facilmente em água, porque contêm grupos polares carregados ou não carregados que podem formar interações eletrostáticas favoráveis ou ligações de hidrogênio com as moléculas de água. Moléculas hidrofóbicas são insolúveis em água porque todos ou quase todos os seus átomos são apolares e não carregados e, portanto, não podem formar interações energeticamente favoráveis com as moléculas de água. Se dispersos na água, irão forçar as moléculas de água adjacentes a se reorganizarem em estruturas semelhantes a gelo que envolvem as moléculas hidrofóbicas ↪Sua formação aumenta com a energia livre porque essas estruturas de cadeias de cristais são mais organizadas do que as moléculas de água circundantes. Entretanto, o custo dessa energia livre é minimizado se as moléculas hidrofóbicas (ou as porções hidrofóbicas das moléculas anfifílicas) agruparem-se, e, assim, um menor número de moléculas de água é afetado. - Quando as moléculas anfifílicas são expostas a um ambiente aquoso, se agregam de modo espontâneo, escondendo suas caudas hidrofóbicas no interior onde ficam protegidas da água, expondo suas cabeças hidrofílicas para a água. - Dependendo de sua forma, elas podem fazer isso de duas maneiras: podem formar micelas esféricas com as caudas para dentro ou formar folhas de camadas duplas, ou bicamadas, com as caudas hidrofóbicas para o interior entre as cabeças hidrofílicas . - As mesmas forças que fazem os fosfolipídeos formarem as bicamadas também proporcionam uma propriedade de autosselamento. Uma pequena fenda na bicamada cria uma borda livre em contato com água e, devido ao fato de serem energeticamente desfavoráveis, os lipídeos tendem a se rearranjar espontaneamente para eliminar a borda livre . (Nas membranas plasmáticas eucarióticas, as fendas maiores são reparadas pela fusão de vesículas intracelulares.) - A proibição das bordas livres tem profundas consequências: a única forma de uma bicamada evitar a existência de bordas é pelo fechamento sobre si mesma, formando um compartimento fechado. (Esse comportamento excepcional, fundamental para a formação de células vivas, é decorrente da forma e da natureza anfifílicadas moléculas de fosfolipídeos). Micaelle Martins 1° semestre 2021 - A bicamada lipídica também tem outras características que a tornam uma estrutura ideal para membranas celulares. Uma das mais importantes entre elas é a sua fluidez, que é crucial para muitas das funções da membrana. → A bicamada lipídica é um fluido bidimensional: moléculas lipídicas individuais são capazes de se difundir livremente no plano de uma bicamada lipídica → A fluidez de uma bicamada lipídica depende de sua composição e temperatura: há influência de ligações duplas cis-atuantes nas cadeias de hidrocarbonos. As ligações duplas dificultam o agrupamento das cadeias tornando mais difícil de congelar a bicamada lipídica . Além disso, devido às cadeias de hidrocarbonos de lipídeos insaturados estarem mais distantes, as bicamadas lipídicas por eles formadas são mais delgadas do que as bicamadas formadas por lipídeos saturados. EXEMPLO: Uma bicamada sintética feita de um único tipo de fosfolipídeo muda do estado líquido para um estado cristalino rígido (ou gel) bidimensional em uma temperatura característica. Essa mudança de estado é denominada transição de fase, e a temperatura na qual isso ocorre é mais baixa (a membrana torna-se mais difícil de congelar) se as cadeias de hidrocarbonos forem curtas ou possuírem ligações duplas. Uma cadeia curta reduz a tendência das caudas hidrocarbonadas de interagirem umas com as outras , na mesma camada ou na monocamada oposta, e as ligações duplas cis-atuantes produzem torções nas cadeias que as tornam mais difíceis de se agruparem, de modo que a membrana se torna mais fluida a baixas temperaturas → O colesterol modula as propriedades da bicamada lipídica. Quando misturado com fosfolipídeos, aumenta a propriedade de barreira permeável da bicamada lipídica. O colesterol se insere na bicamada com o grupo hidroxila próximo às cabeças polares dos fosfolipídeos, de modo que seus rígidos anéis esteroides interajam e parcialmente imobilizem aquelas regiões de hidrocarbonos próximas aos grupamentos de cabeças polares. Reduzindo a mobilidade dos primeiros grupos CH2 das cadeias das moléculas de fosfolipídeos, o colesterol torna a bicamada lipídica menos deformável nesta região, reduzindo a permeabilidade da bicamada a pequenas moléculas solúveis em água. Embora o colesterol aumente o empacotamento dos lipídeos na bicamada, isto não torna as membranas menos fluidas. Às altas concentrações encontradas na maioria das membranas plasmáticas dos eucariotos, o colesterol também impede que as cadeias de hidrocarbonos agrupem-se e cristalizem. → Apesar de sua fluidez, as bicamadas lipídicas podem formar domínios de composições distintas → A assimetria da bicamada lipídica é funcionalmente importante Micaelle Martins 1° semestre 2021 → Os glicolipídeos são encontrados na superfície de todas as membranas plasmáticas eucarióticas PAG 576 Resumo: As membranas biológicas consistem em uma camada dupla contínua de moléculas lipídicas onde as proteínas de membrana ficam embebidas. Essa bicamada lipídica é fluida, com moléculas lipídicas individuais capazes de difundirem-se rapidamente dentro de sua própria monocamada. As moléculas lipídicas de membrana são anfifílicas. Quando colocadas em água, elas se reúnem espontaneamente em bicamadas, as quais formam um compartimento fechado. Embora as membranas celulares contenham centenas de espécies diferentes de lipídeos, a membrana plasmática das células animais contém três classes principais: os fosfolipídeos, o colesterol e os glicolipídeos. Os fosfolipídeos são classificados em duas categorias de acordo com sua cadeia principal: os fosfoglicerídeos e os esfingolipídeos. A composição de lipídeos das monocamadas interna e externa são diferentes, refletindo as distintas funções das duas faces da membrana celular. Diferentes misturas de lipídeos são encontradas na membrana das células de diferentes tipos, bem como nas várias membranas de uma única célula eucariótica. Os fosfolipídeos inositol são uma classe secundária de fosfolipídeos, os quais, no folheto citosólico da bicamada lipídica da membrana plasmática, desempenham uma importante função na sinalização intracelular: em resposta a sinais extracelulares, cinases lipídicas específicas fosforilam os grupamentos de cabeças desses lipídeos para formar sítios de ancoragem para proteínas sinalizadoras citosólicas, enquanto fosfolipases específicas clivam determinados fosfolipídeos inositol para gerar pequenas moléculas de sinalização intracelular. Micaelle Martins 1° semestre 2021 PROTEÍNAS DE MEMBRANA:desempenham a maioria das funções específicas da membrana. → Fornecem suas características e propriedades funcionais. Como consequência, as quantidades e os tipos de proteínas das membranas são altamente variáveis. Na membrana de mielina, que atua principalmente como isolante elétrico do axônio da célula nervosa, menos de 25% da massa da membrana são constituídos por proteína. → Membranas envolvidas com a produção de ATP (como a membrana interna das mitocôndrias e dos cloroplastos), aproximadamente 75% são proteínas. → Membrana plasmática típica possui uma quantidade intermediária de proteínas, com cerca de metade de sua massa. → Sempre há mais moléculas lipídicas do que moléculas de proteína nas membranas celulares, pois as moléculas lipídicas são pequenas quando comparadas com as moléculas de proteína, cerca de 50 moléculas lipídicas para cada molécula de proteína nas membranas celulares que possuem massa de proteína de 50%. → As proteínas de membrana variam amplamente em estrutura e no modo como se associam com a bicamada lipídica, refletindo suas funções distintas. → Podem se associar à bicamada lipídica de várias maneiras → As proteínas de membrana são anfifílicas, possuindo uma região hidrofóbica e uma hidrofílica. → Muitas atravessam a bicamada lipídica e, portanto, são denominadas proteínas transmembrana, com uma porção em cada um dos lados. Suas regiões hidrofóbicas passam pela membrana e interagem com as caudas hidrofóbicas das moléculas lipídicas do interior da bicamada, onde são mantidas fora da água. Suas regiões hidrofílicas estão expostas à água nos dois lados da membrana. → A ligação covalente da cadeia de ácidos graxos que se inserem na monocamada citosólica da bicamada lipídica aumenta a hidrofobicidade de algumas dessas proteínas transmembrana. → Outras proteínas de membrana estão localizadas inteiramente no citosol e estão anexadas à monocamada citosólica da bicamada lipídica, tanto por uma a-hélice anfifílica exposta na superfície da proteína, quanto por uma ou mais cadeias lipídicas covalentemente ligadas. Ainda, outras proteínas de membrana estão totalmente expostas na superfície externa da célula, ligada à bicamada lipídica somente por uma ligação covalente (por meio de um oligossacarídeo específico) à um lipídeo de ancoragem na monocamada externa da membrana plasmática. Micaelle Martins 1° semestre 2021 → Muitas das proteínas podem ser liberadas da membrana por procedimentos de extração suaves, como a exposição a forças iônicas muito altas ou muito baixas ou a pH extremo, que interferem nas interações proteína- -proteína, mas deixam a bicamada lipídica intacta. Essas proteínas normalmente são referidas como proteínas periféricas de membrana. As proteínas transmembrana e muitas proteínas mantidas na bicamada lipídica por grupos lipídicos ou regiões de polipeptídeos hidrofóbicos que se inserem nocentro hidrofóbico da bicamada lipídica não podem ser liberadas dessa forma. → O modo como as proteínas de membrana estão associadas à bicamada lipídica reflete a função da proteína. → Somente as proteínas transmembrana podem atuar nos dois lados da bicamada ou transportar moléculas através dela. Os receptores de superfície celular, por exemplo, são geralmente proteínas transmembrana que ligam moléculas sinalizadoras do espaço extracelular e geram sinais intracelulares diferentes do lado oposto da membrana plasmática. Para transferir uma pequena molécula hidrofílica através da membrana, uma proteína de transporte de membrana deve proporcionar uma via para a molécula atravessar a barreira permeável hidrofóbica da bicamada lipídica. → A ligação à membrana, através de uma única âncora de lipídeo, não é muito forte, então um segundo grupo lipídico frequentemente é adicionado, ancorando a proteína mais firmemente à membrana. Para a maioria das cinases Src, uma segunda modificação lipídica é a ligação de um ácido palmítico, um ácido graxo saturado de 16 carbonos, a uma cadeia lateral de cisteína da proteína. Essa modificação ocorre em resposta a um sinal extracelular que auxilia a recrutar a cinase para a membrana plasmática. Quando a via de sinalização é desligada, o ácido palmítico é removido, permitindo que a cinase volte ao citosol. → Outras proteínas de sinalização intracelular, como as pequenas GTPases da família Ras, usam uma combinação de ligação de grupo prenila e ácido palmítico para recrutar as proteínas para a membrana plasmática. → Muitas proteínas se ligam temporariamente à membrana. Algumas são as clássicas proteínas periféricas de membrana que se associam às membranas por interações reguladas proteína-proteína. Outras passam por uma transição de proteína solúvel para proteína de membrana por meio de uma alteração conformacional que expõe um peptídeo hidrofóbico ou lipídeo de ancoragem covalentemente ligado. Muitas das pequenas GTPases da família de proteínas Rab que regulam o tráfego de membrana intracelular (discutido no Capítulo 13), por exemplo, mudam dependendo do nucleotídeo que está ligado à proteína. No seu estado ligado à GDP, elas são solúveis e livres no citosol, ao passo que, no seu estado ligado à GTP, sua âncora lipídica fica exposta e as prende nas membranas. → A ligação covalente de um dos tipos de lipídeos pode auxiliar na localização de proteínas solúveis em água para a membrana, após sua síntese no citosol. Micaelle Martins 1° semestre 2021 pag 578 RESUMO Enquanto a bicamada lipídica determina a estrutura básica das membranas biológicas, as proteínas são responsáveis pela maioria das funções da membrana, servindo como receptores específicos, enzimas, transportadores, e assim por diante. As proteínas transmembrana atravessam a bicamada lipídica. Algumas dessas proteínas de membrana são proteínas de passagem única, nas quais a cadeia polipeptídica atravessa a bicamada como uma única a-hélice. Outras são proteínas de passagem múltipla, nas quais a cadeia polipeptídica cruza a bicamada múltiplas vezes, seja como uma série de a-hélices ou como folhas b arranjadas na forma de um barril. Todas as proteínas responsáveis pelo transporte de íons e de pequenas moléculas solúveis em água pela membrana são de passagem múltipla. Algumas proteínas de membrana não atravessam a bicamada, mas se ligam em um dos lados da membrana. Algumas estão ligadas na porção citosólica por uma a-hélice anfipática na proteína de superfície ou por uma ligação covalente de uma ou mais cadeias lipídicas, outras estão ligadas na porção não citosólica por uma âncora GPI. Algumas proteínas associadas à membrana estão ligadas por meio de interações não covalentes com as proteínas transmembrana. Na membrana plasmática de todas as células eucarióticas, a maioria das proteínas expostas na superfície celular e algumas moléculas de lipídeos da monocamada externa possuem cadeias de oligossacarídeos covalentemente ligadas a elas. Como as moléculas de lipídeo da bicamada, muitas proteínas de membrana são capazes de se difundir rapidamente no plano da membrana. Entretanto, as células possuem maneiras de imobilizar proteínas específicas da membrana, bem como formas de manter confinadas tanto as proteínas da membrana quanto as moléculas lipídicas, em domínios específicos na bicamada lipídica contínua. A associação dinâmica das proteínas de curvatura da membrana conferem suas características e formas tridimensionais. Micaelle Martins 1° semestre 2021 TRANSPORTE DE MEMBRANA: PAG 598 Estrutura e composição dos lipídios de membrana e dinâmica das membranas celulares: A estrutura dos glicerofosfolipídios pode alterar a fluidez das moléculas pelo plano horizontal da bicamada lipídica. Por exemplo, o aumento da insaturação da cadeia de hidrocarbonetos causa um afastamento espacial dos fosfolipídios, o que diminui suas forças de interação e aumentam sua difusão pela membrana. Por outro lado, uma maior saturação dos hidrocarbonetos causa o efeito oposto, algo que é muito comum em balsas ou rafts lipídicos. Uma outra característica é o aumento da rigidez da membrana através do aumento da concentração de colesterol. Por apresentar anéis esteroides em sua estrutura, eles acabam diminuindo a possibilidade de deformações da membrana. Associação da proteína à membrana: 1) Atravessando completamente a membrana: nesse caso, a proteína apresenta uma porção hidrofóbica que a ancora na membrana, e apresenta porções polares em ambos os lados da bicamada, voltadas para o meio aquoso . Essas proteínas podem ser de passagem simples ou de múltiplas passagens . São consideradas proteínas integrais da membrana, pois não podem ser retiradas dela. 2) Proteínas ancoradas a um dos lados da membrana: podem estar presas à membrana por uma parte de sua estrutura proteica, ou por uma âncora adicionada após sua síntese (ácido graxo, cauda GPI). Podem se associar ou deixar a membrana em caso de mudança conformacional ou quebra da âncora. 3) Proteínas associadas indiretamente à membrada: são proteínas que i nteragem com outras proteínas de membrana, mas não interagem diretamente com a bicamada lipídica . São presas por ligações eletrostáticas fracas, e podem difundir livremente para o citosol ou o meio extracelular. RESUMO: As bicamadas lipídicas são praticamente impermeáveis à maioria das moléculas polares. Para transportar pequenas moléculas hidrossolúveis para o interior ou para o exterior das células, ou para os compartimentos intracelulares Micaelle Martins 1° semestre 2021 envoltos por membrana, as membranas celulares contêm várias proteínas de transporte , cada qual responsável pela transferência de um soluto ou de uma classe de solutos em particular através da membrana . Existem duas classes de proteínas de transporte de membrana – transportadoras e de canal. Ambas formam caminhos proteicos através da bicamada lipídica. Enquanto o transporte por transportadores pode ser ativo ou passivo, o fluxo de soluto pelas proteínas de canal é sempre passivo. Tanto o transporte de íons ativo quanto o passivo é influenciado pelo gradiente de concentração desses íons e pelo potencialde membrana – ou seja, pelo seu gradiente eletroquímico. Resumo As proteínas transportadoras ligam solutos específicos e os transferem através da bicamada lipídica sofrendo mudanças conformacionais que alternadamente expõem o sítio de ligação a soluto em um lado da membrana e então em outro. Algumas proteínas transportadoras transportam um único soluto “morro abaixo”, enquanto outras podem atuar como bombas para transportar um soluto “morro acima” contra seu gradiente eletroquímico, utilizando energia fornecida pela hidrólise de ATP, por um fluxo a favor do gradiente de outro soluto (como Na+ ou H+), ou pela luz, para coordenar a série de mudanças conformacionais necessárias de maneira ordenada. As proteínas transportadoras pertencem a um pequeno número de famílias. Cada Micaelle Martins 1° semestre 2021 TRANSPORTE PASSIVO: TRANSPORTE PELA MEMBRANA CELULAR A FAVOR DO GRADIENTE ELETROQUÍMICO TRANSPORTE ATIVO: TRANSPORTE PELA MEMBRANA CELULAR CONTRA O GRADIENTE ELETROQUÍMICO, NECESSITANDO DE UMA FONTE DE ENERGIA PARA SER REALIZADO. TRANSPORTADORES: realizam o transporte de um número certo de íons ou moléculas a partir da abertura e fechamento de sua estrutura como uma comporta (não abrindo simultaneamente para os dois lados da membrana celular). podem ser do tipo uniporte (realizam difusão facilitada de um único componente, de forma passiva) ou acoplado (transportam dois componentes, um a favor e outro contra o gradiente de concentração; simporte, se ambos os componentes seguem o mesmo sentido, e antiporte se seguem sentidos contrários). TRANSPORTADORES TIPO BOMBA: transportadores que utilizam a quebra de atp para realizar transporte ativo. CANAL IÔNICO: proteína de membrana que se abre dos dois lados da membrana, permeabilizando-a para o íon correspondente a ser transportado. Somente permite transporte passivo, e permite a passagem contínua de íons enquanto estiver aberto. família evoluiu a partir de uma proteína ancestral comum, e todos os seus membros operam mediante um mecanismo semelhante. A família de ATPases transportadoras do tipo P, que inclui a bomba de Ca2+ e a bomba de Na+ -K+, é um exemplo importante; cada uma dessas ATPases sequencialmente fosforila e desfosforila a si própria durante o ciclo de bombeamento. A superfamília de transportadores ABC é a maior família de proteínas de transporte de membrana e apresenta grande importância clínica. Nessa família estão incluídas as proteínas responsáveis pela fibrose cística, pela resistência a fármacos em células cancerosas e em parasitas que causam a malária, e pelo bombeamento de peptídeos derivados de patógenos no RE para que os linfócitos citotóxicos reconheçam a superfície de células infectadas. Micaelle Martins 1° semestre 2021
Compartilhar