Membranas Biológicas.

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1 Membranas Biológicas

2 Membranas Biológicas Membranas - três funções vitais
Todas as células possuem na sua periferia uma membrana, a qual fornece a barreira necessária que separa o “lado interno” do “lado externo”. Células procarióticas têm apenas um sistema simples de membrana externa. Células eucarióticas, entretanto, utilizam-se intensamente das membranas de compartimentos internos (organelas). Membranas - três funções vitais Regulam a passagem (transporte) de compostos e íons de um compartimento celular para outro, ou entre a célula e o exterior. Isto é, as membranas são barreiras seletivamente permeáveis. Contém certo número de enzimas ligadas a ela. Devido a isto, parte da catálise enzimática ocorre nas membranas. Contém proteínas receptoras associadas à superfície exterior das membranas que, ao se ligarem a determinados compostos biológicos, desencadeiam as respostas bioquímicas da célula. Os constituintes das membranas As membranas biológicas (membrana celular) em todas as células e as membranas das organelas (núcleo, mitocôndrias, cloroplastos, etc.) são constituídas por lipídeos (em cerca de 90%) e por proteínas.

3 Células eucarióticas:
 Célula animal  Célula vegetal Células procarióticas:

4 Estruturas formadas por lipídios anfipáticos(*) em meio aquoso
a) Micelas são formadas por moléculas de lipídios com uma única cadeia carbônica, cadeias estas que se localizam no interior dessas estruturas. b) A bicamada lipídica é uma estrutura bidimensional na qual as cadeias carbônicas formam um domínio central hidrofóbico, isolando-se da água, exceto nas extremidades da bicamada; é a estrutura comumente formada por lipídios anfipáticos com duas cadeias de hidrocarboneto. c) Lipossomo é uma vesícula oca, resultante do fechamento de uma bicamada lipídica, dotada de uma cavidade central preenchida por solvente. Estruturas formadas por lipídios anfipáticos(*) em meio aquoso (*) Compostos anfipáticos contem tanto grupos hidrofóbicos (que não têm afinidade por água) quanto grupos hidrofílicos (que têm afinidade por água).

5 O | _ C - ( H 2 ) 1 6 3 4 HO P Estrutura de um fosfoacilglicerol A parte lipídica das membranas se apresenta em camada dupla, com a região polar dos lipídeos em contato com a solução aquosa no interior e no exterior da célula, e as cadeias não polares (hidrocarbonadas) formando o interior da membrana. Há várias classes de lipídios de membrana. Os mais abundantes são os fosfolipídeos. Os principais fosfolipídeos encontrados nas membranas são os fosfoglicerídeos (ou fosfoacilgliceróis), que contêm duas moléculas de ácido graxo esterificada aos primeiro e segundo grupos hidroxila do glicerol. O terceiro grupo hidroxila do glicerol forma uma ligação éster com o ácido fosfórico. Observação: Os fosfoglicerídeos podem conter um segundo grupo alcoólico (etanolamina, colina, etc.) esterificado ao ácido fosfórico da molécula

6 Fosfoglicerídeos Todos os fosfoglicerídeos contêm duas caudas não polares constituídas pelos ácidos graxos de cadeia longa, e carga negativa no grupo fosfórico, em pH 7,0. Além disto, o grupo alcoólico ligado ao ácido fosfórico pode também contribuir com cargas elétricas, em pH próximo de 7,0 A porção hidrofílica da molécula consta do grupo fosfato ligado a um grupo polar, variável, representado por X ; as cadeias carbônicas dos ácidos graxos esterificados ao glicerol constituem a porção hidrofóbica.

7 Interação entre moléculas de ácidos graxos saturados (a) e entre saturados e insaturados (b).
A presença de duplas ligações resulta em uma dobra na molécula o que reduz o grau de interação entre moléculas vizinhas. A bicamada de fosfolipídios tem cerca de 6 a 9 nm de espessura, dependendo da natureza dos ácidos graxos nos lipídios. Elas são fluidas, não rígidas e muito flexíveis. A maior ou menor fluidez do interior da dupla camada depende da natureza dos ácidos graxos A maioria das moléculas biológicas é solúvel em água, por serem polares ou ionizadas no pH fisiológico. Tais moléculas não podem atravessar as membranas celulares por simples difusão, devido ao caráter hidrofóbico da bicamada lipídica. Apenas a água e outros poucos compostos atravessam livremente as membranas. Todos os outros metabólitos (ou moléculas nutrientes) dependem de sistemas de transporte que contornam a sua impermeabilidade.

8 As proteínas das membranas podem ser periféricas (dispostas na superfície) ou integradas (incrustadas na dupla camada lipídica). As proteínas das membranas desempenham diversas atividades, sendo mesmo as principais responsáveis por algumas das funções das membranas. As proteínas de transporte participam na entrada e saída de compostos e íons, enquanto as proteínas receptoras intervêm na recepção de sinalizadores extracelulares, como os hormônios, e na retransmissão para o interior da célula. Além dessas funções, certo número de enzimas se encontra ligado às membranas: é o caso de muitas das enzimas responsáveis pelas reações aeróbicas de oxidação – algumas das quais se encontram na superfície interna e outras na superfície externa da membrana. As membranas dos eucariotas contêm, também, esteróis (o colesterol e compostos análogos nos organismos animais) e os fitosteróis (nas plantas).

9 O modelo de “mosaico fluido”
O modelo descrito para as membranas biológicas, mais aceito atualmente, é o do “mosaico fluido”. O termo “mosaico” significa a coexistência de dois componentes sem a existência de interações fortes que provoquem alterações em qualquer deles. É o que, de fato, se passa com os lipídeos e as proteínas de membrana, visto que as proteínas nem chegam a formar complexos com a camada lipídica – apenas se encontram “embebidas” nela, participando no movimento lateral que a caracteriza. Os oligossacarídeo, de glicoproteínas e glicolipídeos, se projetam para o exterior da célula. No esquema, para simplificar, todas as cadeias carbônicas dos fosfolipídios foram representadas como saturadas. Detalhamento de uma glicoproteína integrada (b).

10 Transporte nas Membranas
A transferência de substâncias entre o exterior e a célula, assim como, dentro da célula entre o citosol e as organelas (núcleo, mitocôndrias, cloroplastos, etc.) é indispensável ao funcionamento metabólico. A questão mais importante sobre o transporte de substâncias através de membranas biológicas é se o processo requer ou não que a célula gaste energia. Transporte nas Membranas Transporte passivo – uma substância se move de uma região com maior concentração para outra com menor concentração, isto é, na mesma direção de um gradiente de concentração e a célula não gasta energia. Este transporte pode ser subdividido em duas categorias: O transporte de moléculas pequenas é efetuado por permeases, também chamadas translocases, proteínas integradas capazes de se ligar reversivelmente a um composto específico de um lado da membrana e transportá-lo para o outro. Muitas permeases são co-transportadoras, ou seja, o transporte de uma molécula depende da transferência simultânea de outra molécula, no mesmo sentido (simporte) ou no sentido oposto (antiporte). Outras translocases transportam apenas um composto e são uni-transportadoras. Dois tipos fundamentais de transporte podem ocorrer: transporte passivo e transporte ativo.

11  Difusão facilitada – quando o processo de movimentação passiva de uma molécula através de uma membrana utiliza uma proteína transportadora, à qual se ligam as moléculas. A proteína transportadora (proteína-canal), ao se ligar a molécula a ser transferida, sofre uma alteração de conformação que resulta na formação de um poro na membrana. Esse processo é chamado de difusão facilitada porque nenhuma energia é gasta e utiliza uma proteína transportadora. Um bom exemplo de difusão facilitada é o movimento da glicose para dentro da célula. A glicose passa através de uma proteína transportadora chamada glicose permease. Transporte ativo - envolve a movimentação de substâncias contra um gradiente de concentração. Ele é identificado pela presença de uma proteína transportadora e a necessidade de uma fonte de energia para mover os solutos contra um gradiente. O movimento de moléculas contra o gradiente é diretamente ligado à hidrólise de uma molécula de alta energia, como o ATP, ou à custa do transporte de outra espécie química a favor do gradiente.  Difusão simples – quando uma molécula se move diretamente através da membrana sem interagir com nenhuma outra molécula. Pequenas moléculas sem carga, como O2, N2, H2O e CO2, podem atravessar as membranas por difusão simples. A velocidade de movimento através da membrana é controlada apenas pela diferença de concentração ao longo da membrana.