LÍPIDOS – ESTRUTURA E TRANSPORTE NAS MEMBRANAS

LÍPIDOS Os lípidos são biomoléculas insolúveis em água e solúveis em solventes orgânicos, como o álcool, a benzina, o éter e o clorofórmio. A esta família pertencem as gorduras hidrolisadas. Possuem uma importância biológica a diversos níveis, funcionando como reserva energética e tendo funções estruturais, protetoras, vitamínicas e hormonais. Entram na formação das membranas celulares, podendo ser encontrados também dentro das células, como substâncias de reserva nutritiva e fonte de energia. Os lípidos podem formar algumas hormonas, vitaminas e pigmentos.

FUNÇÕES DOS LÍPIDOS Reserva energética Estrutural Protectora Gordura armazenada no tecido adiposo Estrutural Componentes da membrana celular Cria uma barreira para as células Controla o fluxo de materiais Protectora Protegem os órgãos e ajudam manter a temperatura Envolvem e isolam órgãos vitais Vitamínica e hormonal Constituição de vitaminas K e E Ajudam na regulação de processos biológicos (vitaminas) Comunicação entre células (hormonas)

Os lípidos constituem um grupo heterogéneo Os lípidos constituem um grupo heterogéneo. Caracterizam por possuírem, na sua estrutura molecular, ácidos gordos com, pelo menos, 8 átomos de carbono. Na maioria dos casos, o ácido esterifica um álcool, o qual é, frequentemente, o glicerol. Noutros casos, os ácidos ligam-se a uma amina alcoólica.

Acilgliceróis (glicéridos) TIPOS DE LÍPIDOS Ácidos gordos Saturados Insaturados Glicerolípidos Acilgliceróis (glicéridos) Fosfoglicéridos Lípidos complexos Lipoproteínas Glicolípidos Não glicéridos Esfingolípidos Esteróides Céridos

CLASSIFICAÇÃO DOS LÍPIDOS A grande heterogeneidade dos lípidos justifica a existência de diversas classificações. Uma delas, agrupa os lípidos, à partida, em duas classes: Lípidos simples Lípidos complexos

Lípidos Simples: Lípidos complexos: Ésteres de ácidos gordos com vários grupos OH. Gorduras: Ésteres de ácidos gordos com glicerol. Óleos são gorduras no estado líquido. Ceras: Ésteres de ácidos gordos com álcoois com elevado peso molecular. Lípidos complexos: Ésteres de ácidos gordos contendo outros grupos juntamente com álcoois e ácidos gordos. Fosfolípidos: Lípidos contendo, juntamente com ácidos gordos e álcoois um resíduo fosfórico ácido. Frequentemente contêm bases contendo azoto e outros. Glicerofosfolípidos: o álcool é o glicerol e nos esfingolípidos o álcool é a esfingosina (álcool azotado com uma longa cadeia insaturada (C18)). Glicolípidos (glicoesfingolípidos): Lípidos contendo ácido gordo, esfingosina e hidratos de carbono.

LÍPIDOS SIMPLES Os lípidos simples compreendem os glicéridos e as ceras. Os glícéridos são ésteres do glicerol e de ácidos gordos; são habitualmente designados por óleos ou gorduras, consoante se encontrem em estado líquido ou sólido, à temperatura ambiente. As ceras são igualmente ésteres, mas de mono-álcoois de elevado peso molecular.

ÁCIDOS GORDOS Estes, podem ser saturados ou insaturados ao possuírem uma ou mais duplas ligações na sua estrutura. Os ácidos gordos saturados obedecem à fórmula CH3 – (CH2)n – COOH, e possuem um número par de átomos de carbono. Os ácidos gordos são insolúveis na água em razão da maior parte da molécula, formada por CH2-, ser hidrofóbica, e somente o radical carboxílico ser hidrofílico.

NOMENCLATURA DOS ÁCIDOS GORDOS Designações triviais Formam-se a partir do organismo de onde são extraídos. Ex: ácido palmítico (palmeira); oleico (oliveira) e láurico (loureiro). Designações sistemáticas Referem o nº de átomos de carbono e o nº de ligações duplas e a sua localização na molécula. Códigos numéricos 1. Sistema de COOH (∆) – numeração a partir do grupo carboxílico. (Cx:y)∆9 x - nº de átomos de carbono y - nº de ligações duplas ∆ - posição das ligações Ex: ácido palmitoleico (C16:1)∆9

2. Sistema de n – numeração a partir do grupo metílico. x:y nz x – nº de átomos de carbono y – nº de ligações duplas z – posição das ligações Ex: ácido palmitoleico 16:1 n9

Ácidos gordos naturais: Estrutura, propriedades e nomenclatura

REAÇÕES DOS ÁCIDOS GORDOS Esterificação RCOOH + ROH  RCOOR + H2O Hidrólise RCOOR + H2O  RCOOR + ROH Ácido-Base RCOOH + NaOH  RCOO-Na+ + H2O

ÁCIDOS GORDOS CÍCLICOS Controlam processos metabólicos e fisiológicos no organismo. As prostagladinas derivam do ácido araquidónico. Foram sintetizadas pela 1ª vez do fluido seminal.

Prostaglandinas Estes lipídos não desempenham funções estruturais, mas são componentes importantes em vários processos metabólicos e de comunicação intercelular. Um dos processos mais importantes controlados pelas prostaglandinas é a inflamação. Todas estas substâncias têm uma estrutura química semelhante a do ácido prostanóico, um anel de 5 membros com duas longas cadeias ligadas em trans nos carbonos 1 e 2. As prostaglandinas diferem do ácido prostanóico pela presença de insaturação ou substituição no anel ou da alteração das cadeias ligadas a ele.

Efeitos biológicos Estimulação dos músculos lisos Contrações uterinas Dismenorreia Dores menstruais Regulação da produção de esteróides Inibição da secreção gástrica Inibição de lipases hormona-sensíveis Inibição/estimulação da agregação de plaquetas Regula a transmissão nervosa Sensibilidade à dor Medição da resposta intermediária

Aspirina Atua como anticoagulante Devido ao seu poder anti-agregação das plaquetas Resposta inflamatória Mecanismo de proteção quando o organismo é danificado. O suor, o vermelhão, a febre e a dor são o resultado deste processo. As prostaglandinas desencadeiam esta resposta. Resposta anti-inflamatória Bloqueiam a síntese de prostaglandina. Causam a redução da resposta inflamatória.

GLICEROL Ao ser esterificado por ácidos gordos, o glicerol dá origem aos glicéridos. Os monoglicéridos podem ser formados a partir de um álcool primário (isómero α) ou de um álcool secundário (isómero ß). Glicerol e um triacilglicerol

GLICÉRIDOS São ésteres de ácidos gordos e glicerol Constituição: Glicerol (álcool) + Ácidos gordos Classificação: Podem ter entre 1 a 3 ácidos gordos Mono – di – triglicerídeos Papel biológico: Existem em quase todos os tecidos (adiposo) Reserva de energia

LÍPIDOS COMPLEXOS Contém um éster de ácido gordo com glicerol e outros grupos nas outras ligações ao glicerol. Fosfolípidos: ácidos gordos, ácidos fosfóricos e grupos contendo azoto como a fosfatidil colina, fosfatidil serina, fosfatidil etanolamina. Cerebrosídeos: ácidos gordos, hidratos de carbono e um grupo contendo azoto como o galactocerebrosídeo ou o glucocerebrosídeo. Os fosfolípidos são os elementos constituintes da dupla camada lipídica das membranas celulares. R1 e R2 representam as duas cadeias alifáticas (hidrofóbicas), enquanto que o ácido fosfórico constitui o pólo hidrofílico.

Glicerofosfolípidos Os Glicerofosfolípidos são diacilgliceróis ligados aos álcoois primários numa ligação fosfodiéster.

ESFINGOLÍPIDOS Esfingolípidos: ácidos gordos, substituintes com azoto e substituintes com o grupo fosforil como sejam as esfingomielinas. Tecido nervoso Nas pessoas 25% de todos os lípidos são esfingolípidos.

Esfingolípidos

LÍPIDOS DERIVADOS Nesta classe encontram-se substâncias muito variadas, que possuem caraterísticas dos lípidos, nomeadamente a insolubilidade na água e a solubilidade nos solventes orgânicos. Englobam-se aqui os ácidos gordos, os álcoois de elevado peso molecular, os hidrocarbonetos, as vitaminas D, E e K, os compostos isoprénicos e as prostaglandinas. Os compostos isoprénicos constituem um importante grupo de compostos orgânicos presentes tanto em animais como nas plantas. O grupo dos esteroídes, do qual fazem parte diversas hormonas (androgénios, estrogénios, etc) e o colesterol.

ESTERÓIDES No reino animal, os esteróides mais abundantes são os derivados do colesterol C27H46O, que é um álcool. O colesterol é componente estrutural das membranas celulares e precursor de outros esteróides como, por exemplo, as vitaminas D e as hormonas sexuais testosterona (masculino) e estrogénio (feminino). No nosso organismo, o colesterol é muito importante. É produzido principalmente no fígado, mesmo que nossa alimentação seja pobre em colesterol (um adulto, de peso médio, tem cerca de 250g de colesterol no seu organismo).

Cortisona Associada com muitos processos biológicos Metabolismo dos glúcidos Tratamento da artrite reumatóide Tratamento da asma Tratamento de comichões

VITAMINAS A E D SÃO PERCURSORES DE HORMONAS Compostos essenciais à saúde dos humanos e outros vertebrados mas não são sintetizados por estes e que têm que ser obtidos na dieta.

MEMBRANAS BIOLÓGICAS

As membranas definem os limites externos das células e regulam o tráfico molecular ao longo desses limites (Fig). As células eucariótas dividem o espaço interno em compartimentos discretos para segregarem processos e componentes. Organizam as sequências das reações complexas e são centrais na conservação da energia biológica e a comunicação entre células. As atividades biológicas das membranas derivam das suas propriedades físicas. São flexíveis, autolimitantes e seletivas na permeabilidade aos solutos polares. A sua flexibilidade permite a alteração da sua forma tanto nos movimentos tanto no crescimento/divisão celular.

COMPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS

Distribuição assimétrica de fosfolípidos entre as monocamadas interiores e exteriores das membranas nos eritrócitos

ESTRUTURA DAS MEMBRANAS EM MOSAICO

Agregados de lípidos que se formam na água. (a) Em micelas, as cadeias hidrofóbicas dos ácidos gordos encontram-se no interior da micela, não existe água no interior da esfera. (b) Bicamada aberta, as cadeias hidrofóbicas estão protegidas da interação com a água. (c) Quando a bicamada fecha-se, forma-se uma bicamada fechada, forma-se uma cavidade vazia, tridimensional (liposoma) aquosa.

Os lípidos e proteínas das membranas são inseridos na bicamada; as membranas são assimétricas tanto na estrutura como na função. Muitas proteínas das membranas contêm oligossacarídos covalentemente ligados. As glicoproteínas do plasma membranar são sempre orientadas com o domínio hidrato de carbono na superfície extracelular. Interior Exterior

TRANSPORTE

Fusão Membranar é muito importante em muitos Processos Biológicos envolvendo organelos e a membrana plasmar.

TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA A membrana celular controla a passagem de materiais para dentro e para fora da célula. A maior parte do transporte é controlado pelas proteínas integrais. Moléculas pequenas como a água passam diretamente através da membrana – transporte passivo. Moléculas maiores e iões podem necessitar energia para passar através da membrana – transporte ativo.

Tipos de transporte

TRANSPORTE PASSIVO Difusão As micromoléculas (CO2, O2, H2O) passam diretamente através da membrana celular. A entropia é a força condutora – precisa de iguais concentrações de ambos os lados da membrana. A membrana apresenta uma permeabilidade seletiva a estas moléculas.

Mudanças de energia na passagem de solutos hidrofílicos pela bicamada lipídica de uma membrana biológica. (a) Na difusão simples, a remoção da “concha” hidratada é muito endergónica, a energia de ativação da difusão através da bicamada é muito alta. (b) Uma proteína de transporte (permease) reduz a energia de ativação da difusão transmembranar do soluto. Isto é realizado pela formação de interações não covalentes com o soluto desidratado para trocar as ligações de hidrogénio com a água provencionando uma passagem transmembranar hidrofílica.

PRESSÃO OSMÓTICA Três condições podem existir nas células: Concentração é a mesma em ambos os lados – isotónica. Concentração é maior no interior da célula – hipertónica. Concentração é maior no exterior da célula – hipotónica.

TRANSPORTE ATIVO Quando uma célula tem que fornecer energia para transportar materiais através da sua membrana.

Transporte Ativo Primário e Secundário O transporte ativo é termodinamicamente desfavorável (endergónico) e acontece somente quando em conjunto com um processo exergónico. O transporte ativo primário, a acumulação de soluto é conjunta com uma reação química exergónica, conversão de ATP em ADP + Pi. O transporte ativo secundário ocorre quando o transporte endergónico (para cima) de um soluto é conjunto com uma corrente exergónica (para baixo) de um soluto diferente que foi inicialmente transportado pelo transporte ativo primário.

Transporte de glucose nas células epiteliais do intestino Transporte de glucose nas células epiteliais do intestino. A glucose é cotransportada com o Na ao longo do plasma da membrana apical para a célula epitelial. Move-se através da célula para a superfície basal, onde passará para a corrente sanguínea com a ajuda do GLUT2, um transportador passivo de glucose. O NaK ATPase continua a bombear Na com o objetivo de manter o gradiente de Na que leva ao consumo de glucose.