Membranas biológicas e transporte

Membrana biológica vista pela microscopia eletrônica de transmissão Vistas em seção transversal, todas as membranas de células tem o mesmo aspecto trilaminar característico. 5-8 nm (50-80 Å) de espessura A imagem trilaminar é constituída por duas camadas eletrondensas (o ósmio, ligado ao interior e exterior superfície da membrana), separadas por uma região menos densa central Microscopia elêtronica de transmissão de uma hemácia (coloração por tetróxido de ósmio) Bicamada citoplasma

As membranas são: Flexíveis auto-selantes seletivamente permeáveis a solutos polares A sua flexibilidade permite a forma mudanças que acompanham celular crescimento e movimento (como o movimento amebóide) Com sua habilidade de quebrar e re-selar, duas membranas pode fundir-se, como na exocitose, ou uma única membrana fechada pode sofrer fissão para produzir dois compartimentos selados, como na endocitose ou divisão celular, sem vazamentos através de superfícies celulares.

Principais componentes da membrana plasmática em vários organismos Componentes (% em peso) ProteínaFosfolipideoEsterolTipo de esterolOuros lipídeos Bainha de mielina humana 30 19ColesterolGalactolipídeos, plasmalogenios fígado camundongo Colesterol folha de milho47267SitosterolGalactolipídeos, Levedura5274ErgosterolTriacilgliceróis Esteres de colesterol Paramecium (protista ciliado) 56404Stigmasterol E. coli

Composição lipídica da membrana plasmática e e de organelas em hepatócitos de rato.

Modelo mosaico fluido para a estrutura da membrana

Formas de agregação dos lipídeos anfipáticos Unidades em forma de cunha (Seção transversal da cabeça maior do que da cadeia lateral) (a) Micela (b) Bicamada (A) Nas micelas, as cadeias hidrofóbicas dos ácidos graxos são seqüestrados no núcleo da esfera. Não há praticamente nenhuma água no interior hidrofóbico. (B) Em uma bicamada aberta, todas as cadeias acila, exceto as das bordas da folha estão protegidas da interação com a água Unidades cilíndricas (Seção transversal da cabeça igual à da cadeia lateral) (C) Quando uma bicamada dobra sobre si mesma, forma uma vesícula (lipossoma) que encerra água em seu interior (c) Lipossoma cavidade aquosa

Assimetria das membranas (ex.: membrana plasmática de eritrócitos) Fosfolipídio% do total de fosfolipídios Distribuição na membranas ácido fosfatídico Fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato Fosfatidilinositol 4-fosfato Fosfatidilinositol Esfingomielina Fosfatidilcolina Fosfatidil- etanolamina Phosphatidilserina Monocamada Interna Monocamada Externa A distribuição de um fosfolipídeo é determinado pelo tratamento célula intacta com fosfolipase C, que elimina os grupos cabeça de lipídios na monocamada externa mas alcança os lipídios da monocamada interna.

Difusão de um lipideo de membrana

Distribuição dos aminoácidos em uma proteína transmembranar glicoforina hidrofílicos hidrofóbicos

Distribuição de aminoácidos em proteínas de membrana

Proteínas de membrana com estrutura em barril Proteína envolvida com captação de ferro Fosfolipase – hidrolisa fosfolipídios Transportador de maltose

Proteínas integrais de membrana DentroFora Tipo I Tipo II Tipo III Tipo IV Tipo V Tipo VI As proteínas integrais podem ser agrupadas em seis categorias domínio amino-terminal fora da célula domínio amino-terminal dentro da célula apenas uma hélice transmembrana transmembrana múltiplas hélices transmembrana em um único polipeptídeo Domínios transmembrana de vários polipeptídeos diferentes se reúnem para formar um canal através da membrana Presas à membrana principalmente por lipídios ligados covalentemente Têm tanto hélices transmembrana como “âncoras” de lipídeos (GPI)

Composição de ácidos graxos células de E. coli cultivadas em diferentes temperaturas Razão insaturado/saturado % do total de ácidos graxos

Lipídios e proteínas difundem lateralmente na bicamada Marcador fluorescente Visão da superfície da célula ao microscópio de fluorescência Reação da célula com marcador fluorescente Feixe de laser intenso descolore uma pequena área Com o tempo, os fosfolipídios marcados se difundem para a área descolorida A velocidade do retorno da fluorescência pode ser medida

Resumo dos tipos de transporte. v Difusão simples Compostos apolares A favor do gradiente de concentração Ex.: Hormônios tireoidianos Ex.: Hormônios esteróides Difusão facilitada A favor do gradiente de concentração Ex.: Transportadores de glicose (GLUTs) Transporte ativo primário Contra o gradiente eletroquímico Ex.: Ca 2+ ATPases musculares S dentro S fora S dentro Transporte ativo Secundário (Contra gradiente eletroquímico; impulsionado pelo íons a favor do gradiente) Canal iônico (a favor do gradiente) v Transporte Mediado por Ionóforo (a favor do gradiente)

Modelo de transporte de glicose em eritrócitos por GLUT1. O transportador existe em duas conformações: T1, com a sitio de ligação à glicose voltado para a superfície externa T2, com o sítio de ligação expostos para a superfície interna. O transporte ocorre em quatro etapas 1.Ligação da glicose 2.Mudança de conformação 3.Liberação da glicose 4.Retorno à conformação original O transporte de glicose para o interior dos eritrócitos está sujeito às leis da cinética enzimática

Três classes gerais de sistemas de transporte Os transportadores podem ser classificados quanto ao número de solutos que transportam 1 soluto – uniport 2 solutos – cotransportador Os cotransportadores por sua vez se dividem em: simporters antiporters dependendo se os substratos passam no mesmo sentido ou em sentidos opostos, respectivamente Note que essa classificação não diz nada a respeito de se o transporte requer ou não energia

Transporte ativo. (A) Transporte ativo primário (B) Transporte ativo secundário (A) No transporte ativo primário a energia liberada pela hidrólise de ATP direciona o movimento de solutos contra um gradiente eletroquímico. (B) No transporte ativo secundário um gradiente de íon X (geralmente Na) é instalado pelo transporte ativo primário. O movimento de X a favor de seu gradiente eletroquímico fornece a energia para dirigir cotransporte de um segundo soluto (S) contra seu gradiente eletroquímico.

Em células animais, este transporte ativo sistema é o principal responsável por estabelecer e manter o intracelular concentrações de sódio e potássio e de geração de transmembrana potencial elétrico. Ela faz isso movendo três Na da célula para cada dois K que se move dentro O potencial elétrico é central para a sinalização elétrica nos neurônios, e o gradiente de sódio é usado para dirigir o cotransport de solutos em vários tipos celulares. Na + /K + ATPase

O canal de K+ Oito hélices Quatro subunidades Forma de cone Canal bem estreito Poro de seletividade Carbonilas (C=O) Sítios de ligação para K +

Absorção de lactose em E. coli O transporte primário de H+ para fora da célula, impulsionado pela oxidação de uma variedade de combustíveis, estabelece um gradiente de prótons e um potencial elétrico (no interior negativo) através da membrana. T O transporte ativo secundário de lactose em a célula envolve o simporte de H+ e lactose pelo transportador lactose. A absorção da lactose contra seu gradiente de concentração é totalmente dependente do influxo de H+, impulsionado pelo gradiente eletroquímico. Quando as reações de oxidação são bloqueados pelo cianeto (CN), o transportador lactose permite equilíbrio de lactose dentro e fora da célula, através do transporte passivo.

Transporte de glicose em células epiteliais do intestino A glicose é cotransportada com Na+ através da membrana plasmática apical no epitélio. Ela se move através da célula à superfície basal, onde ela passa para o sangue através, transportador de glicose (GLUT2). A Na+/- K + ATPase bombeia Na+ para fora mantendo o gradiente de sódio que direciona a captação de glicose.