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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 Evolução do estudo da membrana celularEvolução do estudo da membrana celular Membrana Plasmática Estrutura Da Membrana (Modelo do Mosaico Fluído) Lípidos Proteínas Eritrócitos – Estudo das Proteínas da MembranaEritrócitos – Estudo das Proteínas da Membrana GlícidosGlícidos Glícidos na Membrana CelularGlícidos na Membrana Celular Interacções entre os constituintes da Membrana CelularInteracções entre os constituintes da Membrana Celular Funções da membranaFunções da membrana Processos de transporteProcessos de transporte PermeabilidadePermeabilidade Transporte activo e passivoTransporte activo e passivo Outra divisão dos processos de transporteOutra divisão dos processos de transporte Canais iónicosCanais iónicos Proteínas transportadorasProteínas transportadoras Índice

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

4 OVERTON (1900) A passagem de uma substância através da membrana está relacionada com a sua natureza química. A passagem de uma substância através da membrana está relacionada com a sua natureza química. As substância apolares passam rapidamente através da membrana. 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. Propôs que a membrana celular fosse constituída por uma monocamada lipídica.

6 Gorter e Grendel (1925) Gorter e Grendel (1925) Provaram que os lípidos conseguem formar uma bicamada; Provaram que os lípidos conseguem formar uma bicamada; A área apresentada pelos lípidos era o dobro da área da superfície das células. 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. Apresentaram um novo modelo: uma sandwich de lípidos coberta por proteínas em ambos os lados. Foi um modelo aceite pela maioria dos cientistas. 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. 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; Técnica de congelamento; Microscópico electrónico. Microscópico electrónico.

10 Singer e Nicholson (1972) Singer e Nicholson (1972) Seguia a ideia anteriormente proposta. Seguia a ideia anteriormente proposta. No entanto, as proteínas apresentam-se na membrana de uma forma globular. No entanto, as proteínas apresentam-se na membrana de uma forma globular. A posição das proteínas não é fixa, movem-se como um fluido. 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 Estrutura Da Membrana (Modelo do Mosaico Fluído) Camada dupla de lípidos anfipáticos ( fosfolípidos ); Proteínas; Glicolìpidos; Glicoproteínas; Composição das membranas: 55% fosfolípidos; 25% proteínas; 13% colesterol; 4% outros lípidos; 3% Hidratos de carbono;

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

14 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+); Mobilidade dos lípidos e das proteínas: - difusão lateral; - difusão transversa (flip-flop); - Rotação; - Flexão;

15 Fosfolípido

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

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

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

19 Lípidos Fosfolípidos – glicerolfosfolípido Função principal: Constituição da membrana biológica

20 Lípidos Fosfolípidos – glicerolfosfolípidos INOSITOL FOSFATO GLICEROL ÁCIDO GORDO fosfatidilinositol

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

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

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

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

25 Resumindo:

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

27 Proteínas Estão envolvidas: transporte na sinalização celular

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

29 Proteínas Periféricas

30 Eritrócitos – Estudo das Proteínas da Membrana A membrana plasmática é a única membrana e, portanto, pode ser isolada sem contaminações de membranas internas. Razões: Disponíveis em grandes quantidades Células anucleadas e sem organelos 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 Padrão das proteínas dos eritrócitos humanos submetidas a uma electroforese em gel de poliacrilamida Tipos de proteínas: Espectrina Anquirina Actina Banda 3 Glicoforina Banda 4.1 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 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 pertence ao citosqueleto liga a glicoforina a actina

32 Glícidos Fórmula geral fortes interacções com grupos funcionais Grupos funcionais grupo aldeído (CHO) grupo hidroxilo (OH) grupo cetónico (C=O) permite fortes interacções com água fortes interacções inter- e intramoleculares por ligações H Funções 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

33 Os hidratos de carbono classificam-se de acordo com Tamanho da cadeia carbonatada Número de unidades de açúcar Localização dos grupos funcionais Formação de um dissacarídeo 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 Glicocálice Glicolípidos Glicoproteínas São exclusivamente encontrados na monocamada externa da membrana plasmática 2-3% desempenha inúmeras funções, por exemplo: inibição do crescimento celular adesão e reconhecimento celular determinação de grupos sanguíneos

35 Glicolípidos Gangliosídeo O mais complexo dos glicolípidos. Contem oligossacarídeos com um ou mais resíduos de ácido siálico. Mais abundantes na membrana das células nervosas Ácido siálico Funções: 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

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 Lípidos e proteínas vs Glícidos Colestrol vs Fosfolípidos Fosfolípidos vs Proteínas Anulus lipídico

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

39 Processos de transporte Permeabilidade selectiva Permeabilidade selectiva Permeabilidade Tamanho Polaridade Difusão livre/difusão simples Difusão livre/difusão simples Pequenas moléculas apolares (O 2, N 2, Benzol) Pequenas moléculas polares, não carregadas (H 2 O, ureia, glicerol, CO 2, NH 3 )

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

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

42 Processos de transporte Uniporte Uniporte Ex.: Transporte de glicose nas células hepáticas Ex.: Transporte de glicose nas células hepáticas Simporte Simporte Ex.: Transporte de aminoácidos/glicose, com Na +, nas células epiteliais do intestino delgado e dos rins Antiporte Antiporte Ex.: Trocadores aniónicos (eritrócito- HCO3-/Cl-) Trocador de Na + e Ca 2+ Outra divisão dos processos de transporte

43 Processos de transporte Iões (Na +, K +, Ca 2+ …) Canais iónicos Transporte passivo Difusão facilitada permitem a passagem de Direcção gradiente electroquímico Direcção gradiente electroquímico Gradiente de concentração Potencial de membrana

44 Processos de transporte Iões (Na +, K +, Ca 2+ …) Canais iónicos Transporte passivo Difusão facilitada permitem a passagem de Canais iónicos Canais iónicos Regulados por voltagem Ex.: canais de Na + Regulados por ligantes Ex.: receptores nicotínicos para acetilcolina Passivos

45 Processos de transporte Permeases Proteínas transportadoras Transporte passivo Difusão facilitada 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 RAWN, J. David, BIOQUIMICA, McGraw Hill – INTERAMERICANA DE ESPAÑA, 1989, pp 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 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 KOOLMAN, Jan, RÖHM, Klaus-Heinrich, BIOQUIMICA Texto e Atlas, Artmed, 2005, pp Bibliografia


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