Constituição bioquímica das diferentes membranas celulares - implicações funcionais Bioquímica I Seminário orientado nº 09.

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1 Constituição bioquímica das diferentes membranas celulares - implicações funcionais
Bioquímica I Seminário orientado nº 09

2 Índice Evolução do estudo da membrana celular Membrana Plasmática
Estrutura Da Membrana (Modelo do Mosaico Fluído) Lípidos Proteínas Eritrócitos – Estudo das Proteínas da Membrana Glícidos Glícidos na Membrana Celular Interacções entre os constituintes da Membrana Celular Funções da membrana Processos de transporte Permeabilidade Transporte activo e passivo Outra divisão dos processos de transporte Canais iónicos Proteínas transportadoras

3 Evolução do estudo da membrana celular
Até 1950 a existência de uma membrana celular era raramente mencionada em livros científicos, devido à falta de equipamento tecnológico.

4 OVERTON (1900) As membranas celulares são compostas por lípidos.
A passagem de uma substância através da membrana está relacionada com a sua natureza química. As substância apolares passam rapidamente através da membrana. As membranas celulares são compostas por lípidos.

5 LANGMUIR(1917) Propôs que a membrana celular fosse constituída por uma monocamada lipídica.

6 Gorter e Grendel (1925) Provaram que os lípidos conseguem formar uma bicamada; A área apresentada pelos lípidos era o dobro da área da superfície das células.

7 Davson e Danielli (1935) Apresentaram um novo modelo: uma “sandwich” de lípidos coberta por proteínas em ambos os lados. Foi um modelo aceite pela maioria dos cientistas.

8 Davson e Danielli (1940) Apresentaram, posteriormente, uma versão diferente, na qual havia a existência de poros.

9 1960 Os avanços tecnológicos permitiram um estudo mais profundo:
Técnica de congelamento; Microscópico electrónico.

10 Singer e Nicholson (1972) Seguia a ideia anteriormente proposta.
No entanto, as proteínas apresentam-se na membrana de uma forma globular. A posição das proteínas não é fixa, movem-se como um fluido. Modelo do mosaico fluido.

11 Membrana Plasmática Define os limites da célula e mantém as diferenças essenciais entre o citoplasma e o ambiente extracelular; Regulam o tráfego molecular; Organizam sequências complexas de reacções; São o centro da conservação da energia biológica; São flexíveis, auto-adesivas e selectivamente permeáveis a solutos polares; Tem a capacidade de se fundir (endocitose/exocitose);

12 (Modelo do Mosaico Fluído)
Estrutura Da Membrana (Modelo do Mosaico Fluído) Composição das membranas: 55% fosfolípidos; 25% proteínas; 13% colesterol; 4% outros lípidos; 3% Hidratos de carbono; Camada dupla de lípidos anfipáticos ( fosfolípidos ); Proteínas; Glicolìpidos; Glicoproteínas;

13 Fluidez da membrana - Temperatura ( temperatura de transição ); - Insaturações da configuração cis; - Colesterol;

14 Mobilidade dos lípidos e das proteínas:
- difusão lateral; difusão transversa (flip-flop); Rotação; Flexão; Assimetria da bicamada lipidica: - As membranas são estrutural e funcionalmente assimétricas; - As superfícies interna e externa da membrana têm componentes e actividades enzimáticas diferentes (ex: bomba que regula a concentração Na+ e K+);

15 Fosfolípido

16 Membrana celular esfingolípidos fosfatidilserina fosfolípidos
fosfatidiletanolamina lípidos glicerolfosfolípidos fosfatidilcolina colesterol fosfatidilinositol periféricas Membrana celular proteínas transmembranares integrais ligados a ácidos gordos ligados ao fosfatidilinositol glucolípidos glúcidos glucoproteínas proteoglicanos

17 Fosfolípidos – glicerolfosfolípidos
Constituição: - um molécula de glicerol - duas cadeias de ácido gordo - um grupo fosfato - uma molécula polar Ligação dupla Cadeia hidrocarbonada apolar polar

18 Os ácidos gordos podem estar saturados ou insaturados, influenciando:
comprimento das cadeias carbonadas fluidez da membrana

19 Fosfolípidos – glicerolfosfolípido
Função principal: Constituição da membrana biológica

20 Fosfolípidos – glicerolfosfolípidos
INOSITOL FOSFATO GLICEROL ÁCIDO GORDO fosfatidilinositol

21 Fosfolípidos – esfingolípidos
Constituição: - um molécula de esfingosina - uma cadeia de ácido gordo - um grupo fosfato - uma molécula polar (colina ou etanolamina) ceramida

22 Fosfolípidos – esfingolípidos
Um exemplo de um esfingolípido é a esfingomielina (ceramida + grupo fosfato + colina)

23 Membrana celular esfingolípidos fosfatidilserina fosfolípidos
fosfatidiletanolamina lípidos glicerolfosfolípidos fosfatidilcolina colesterol fosfatidilinositol periféricas Membrana celular proteínas transmembranares integrais ligados a ácidos gordos ligados ao fosfatidilinositol glucolípidos glúcidos glucoproteínas proteoglicanos

24 Lípidos Colesterol Constituição: - grupo hidroxilo - estrutura cíclica
- cadeia hidrocarbonada

25 Resumindo:

26 Membrana celular esfingolípidos fosfatidilserina fosfolípidos
fosfatidiletanolamina lípidos glicerolfosfolípidos fosfatidilcolina colesterol fosfatidilinositol periféricas Membrana celular proteínas transmembranares integrais ligados a ácidos gordos ligados ao fosfatidilinositol glucolípidos glúcidos glucoproteínas proteoglicanos

27 Proteínas Estão envolvidas: transporte na sinalização celular

28 Proteínas Integrais Proteína ligada ao fosfatidilinositol
Proteínas transmembranares Proteína ligada ao ácido gordo

29 Proteínas Periféricas

30 Eritrócitos – Estudo das Proteínas da Membrana
Razões: Disponíveis em grandes quantidades Células anucleadas e sem organelos A membrana plasmática é a única membrana e, portanto, pode ser isolada sem contaminações de membranas internas. Preparação das membranas: As células são colocadas num meio hipotónico Fluxo de água para o interior da célula lise celular, libertação da Hb e de outras proteínas citosólicas solúveis

31 Tipos de proteínas: Espectrina Anquirina Actina Banda 3 Glicoforina
Mais abundante  25% da massa de proteínas associadas à membrana Principal componente da rede de proteínas (citoesqueleto)  mantem a integridade estrutural e a forma bicôncava Formada por uma cadeia α e uma β. As cadeias encontram-se enroladas entre si  proteína fibrosa A anquirina liga a espectrina à banda 3  pertence ao citosqueleto Proteína transmembranar Canal iónico  permite o transporte de CO na forma de bicarbonato 2 Glicoproteína exposta na superfície externa dos eritrócitos Contem 60% do peso dos glícidos Proteína pequena, transmembranar de passagem única Padrão das proteínas dos eritrócitos humanos submetidas a uma electroforese em gel de poliacrilamida  liga a glicoforina a actina

32 Glícidos grupo aldeído (CHO) Grupos funcionais grupo cetónico (C=O)
Fórmula geral grupo hidroxilo (OH) fortes interacções com água permite fortes interacções com grupos funcionais fortes interacções inter- e intramoleculares por ligações H Metabolismos energético glicose Reservas de carbono e energia glicogénio e amido Estrutura dos ácidos nucleicos ribose e desoxiribose Estruturas de suporte celulose e quitina Reconhecimento celular glicoproteínas Funções

33 Tamanho da cadeia carbonatada
Os hidratos de carbono classificam-se de acordo com Número de unidades de açúcar Localização dos grupos funcionais Formação de um dissacarídeo Monossacarídeos Oligossacarídeos combinação de 2 a dez monossacarídeos Polissacarídeos combinação de mais de dez monossacarídeos (ex: glicogénio, amido, celulose)

34 Glícidos na Membrana Celular
São exclusivamente encontrados na monocamada externa da membrana plasmática % Glicolípidos Glicocálice Glicoproteínas desempenha inúmeras funções, por exemplo: inibição do crescimento celular adesão e reconhecimento celular determinação de grupos sanguíneos

35 Glicolípidos Funções: Galactocerebrosídeo
Auxiliar a protecção da membrana A presença de glicolípidos carregados altera o campo eléctrico através da membrana e das concentrações de iões na superfície da membrana Participam nos processos de reconhecimento celular Galactocerebrosídeo Glicolípido neutro O mais complexo dos glicolípidos. Contem oligossacarídeos com um ou mais resíduos de ácido siálico. Mais abundantes na membrana das células nervosas Gangliosídeo Ácido siálico

36 Glicoproteínas A grande maioria das proteínas transmembranares é glicosilada. As glicoproteínas formadas no meio intracelular, forma excretadas para o espaço extracelular e então absorvidas na superfície da célula. Os glícidos ligam-se covalentemente às proteínas.

37 Interacções entre os constituintes da Membrana Celular
Fosfolípidos vs Proteínas Lípidos e proteínas vs Glícidos Anulus lipídico Colestrol vs Fosfolípidos

38 Funções da membrana Delimitação e isolamento Controlo do transporte
Recepção e transmissão de sinais extracelulares Catálise enzimática Interacções com outras células Ancoragem do citoesqueleto

39 Processos de transporte
Permeabilidade Permeabilidade selectiva Tamanho Polaridade Difusão livre/difusão simples Pequenas moléculas apolares (O2, N2, Benzol) Pequenas moléculas polares, não carregadas (H2O, ureia, glicerol, CO2, NH3)

40 Processos de transporte
Transporte activo e passivo Transporte passivo Difusão simples Difusão facilitada Canais proteicos (canais iónicos e porinas) Proteínas transportadoras (permeases)

41 Processos de transporte
Transporte activo e passivo Transporte activo Transporte activo primário ATPases do tipo P  Ex.: bomba sódio-potássio Transporte activo secundário Ex.: simporte de glicose com Na+

42 Processos de transporte
Outra divisão dos processos de transporte Uniporte Ex.: Transporte de glicose nas células hepáticas Simporte Ex.: Transporte de aminoácidos/glicose, com Na+, nas células epiteliais do intestino delgado e dos rins Antiporte Ex.: Trocadores aniónicos (eritrócito- HCO3-/Cl-) Trocador de Na+ e Ca2+

43 Processos de transporte
Transporte passivo Difusão facilitada Canais iónicos Iões (Na+, K+, Ca2+…) permitem a passagem de Gradiente de concentração Potencial de membrana Direcção  gradiente electroquímico

44 Processos de transporte
Transporte passivo Difusão facilitada Canais iónicos Iões (Na+, K+, Ca2+…) permitem a passagem de Regulados por voltagem  Ex.: canais de Na+ Regulados por ligantes  Ex.: receptores nicotínicos para acetilcolina Passivos Canais iónicos

45 Processos de transporte
Transporte passivo Difusão facilitada Proteínas transportadoras Permeases Transportadores de glicose ( Glut-1, Glut-2, Glut-3, Glut-4, Glut-5) Aquaporina (Aquaporina-1, Aquaporina-2)

46 Processos de transporte
Transporte activo

47 Processos de transporte
Simporte/antiporte/ transporte activo secundário

48 Bibliografia RAWN, J. David, “BIOQUIMICA”, McGraw Hill – INTERAMERICANA DE ESPAÑA, 1989, pp STRYER, Lubert, BERG Jeremy M., TYMOCZKO, John L., “BIOQUIMICA”, Guarnabora Koobam Editora, 2004, pp KOOLMAN, Jan, RÖHM, Klaus-Heinrich, “BIOQUIMICA Texto e Atlas”, Artmed, 2005, pp