BIOFSICA DA MEMBRANA

CELULAR Prof. Jlio Csar Tolentino

Todas as criaturas vivas so constitudas de clulas pequenas unidades envolvidas por membranas e preenchidas por uma soluo

aquosa de agentes qumicos, dotadas com uma extraordinria capacidade de reproduo.

(Bruce Alberts, 1999)

A membrana celular define os

limites da clula e com isso,

mantm as diferenas de

composio entre os meios

intra e extracelular.

Funo: promover, de forma

seletiva, trocas entre os meios

intra e extra celular, e manter

molculas como protenas e

pequenos solutos, no interior

da clula.

(Fonte: http://1.bp.blogspot.com).

Fonte: Garcia, E. A. C. Vasconcelos, C. M. L . 2009, pg. 8.

A membrana serve como uma barreira de

permeabilidade;

Permite que a clula mantenha a composio

citoplasmtica diferente da composio do

fluido extracelular.

A composio da membrana tem sido estudada

a partir das propriedades fsicas, discutiremos

a evoluo dos principais modelos da

membrana celular.

Gorter & Grendel (1925) propuseram o primeiro

modelo estrutural para a membrana biolgica.

Mostrou que o contedo lipdico das membranas

ocupava uma rea duas vezes maior que a superfcie da

clula.

Modelo de membrana celular proposto por Gorter & Grendel (1925).

Fonte:GARCIA, E.A.C., 2002.p.5.

Danielli & Davson (1935) propuseram a participao de

protenas na membrana.

A membrana seria composta por 40 a 50% de lipdios e 50

a 60% de protenas.

Modelo de membrana celular proposto por Danielli & Davson (1935)

Fonte:GARCIA, E.A.C., 2002.p.5

Stein & Danielli (1956) - presena

de poros hidroflicos formados

por protenas atravessando toda

a extenso da bicamada lipdica.

Esse poro foi idealizado para

justificar a comunicao da

clula com o meio externo.

Neste modelo no h contato

para poro polar da bicamada

lpdica com o meio extracelular,

ou com o citoplasma, a bicamada

lipdica fica blindada pela

protena.

Modelo de membrana celular proposto por Stein & Danielli (1956)

Lucy & Glauert (1964) propuseram que a membrana

celular seria formada por micelas lipdicas (arranjo

esfrico de lipdios), recoberta por protenas.

No h comunicao entre os meios extra e intra

celular.

Modelo de membrana celular proposto por Lucy & Glauert (1964)

Fonte: Garcia, E. A. C. 2000 (pg. 5).

Benson (1966) membrana formada por uma matriz

protica com lipdios mergulhados nessa matriz.

No h canais transmembranas.

Fonte: Garcia, E. A. C. 2000 (pg. 5).

O atual Modelo o do mosaico fluido proposto por Singer & Nicolson, em 1972.

Modelo constitudo de

uma bicamada lipdica; Protenas inseridas:

intrnseca - permite comunicao do citoplasma com o meio extracelular;

extrnseca - de superfcie. Fonte: Garcia, E. A. C. 2000 (pg. 6).

O modelo prev:

Passagem seletiva de ons pelas protenas intrnsecas (atravessam toda a espessura da membrana), que so chamadas de canais.

Liberdade de movimento das protenas na bicamada

lipdica. Distribuio aleatria de componentes moleculares

na membrana.

O modelo prev :

Distribuio no aleatria das protena na

membrana.

Contatos moleculares quase permanentes.

Domnios de membrana: difuso limitada,

reorganizao dinmica.

Plataformas lipdicas.

Protenas so importantes elementos

estruturais.

Estruturao dinmica.

PERCENTUAL PROTENAS E LIPDEOS NA MEMBRANA

Os lipdios formam o grupo bioqumico em maior quantidade na membrana.

A quantidade varia de acordo com o tipo celular entre 50-80% do total dos componentes.

Porm a membrana mitocondrial interna possui apenas 30%.

O segundo grupo bioqumico em quantidade encontrado nas membranas o grupo das protenas, varia de 20 a 80% na composio total.

So elas que especificam a funo das membranas e consequentemente das clulas em questo, so os componentes ativos da membrana (receptores, enzimas transportadoras, entre outros).

A quantidade dos componentes da membrana variam de organismo para organismo, bem como entre as diferentes organelas presentes na clula.

Na bainha de mielina humana a proporo de lipdios e protenas difere da do fgado de rato.

No fgado de rato a porcentagem por peso de 45% de protenas, 27% de fosfolipdios 19% de esterol.

Na bainha de mielina humana esses valores sero 30% para protenas, 30% para os fosfoslpidios e 25% para os esterois.

As molculas lipdicas so

anfipticas, possuem :

hidroflica ou polar (solvel

em meio aquoso)

hidrofbica ou apolar

(insolvel em gua, porm

solvel em lipdios e

solventes orgnicos),

composta pelas duas cadeias

de cidos graxos.

A maior parte dos sabes e

detergentes so feitos de

compostos que contm esse

tipo de molcula.

Molcula de fosfolipdio. Fosfatidilcolina,representada esquematicamente (esquerda) e modelo espacial (esquerda). (Fonte: http://html.rincondelvago.com).

Segundo estudos de Rouser 1968,

existem trs tipos de lipdios na

membrana :

1) Esterides

colesterol

2) Fosfolipdios

3) Glicolipdios

Fonte: Garcia, E. A. C. 2000 (pg. 6).

Representao da molcula de colesterol interposta entre os fosfolipdios de membrana. (Fonte:http://www.ar.geocities.com).

Os fosfolipdeos possuem uma cabea polar e duas caudas apolares;

Os glicolipdeos exercem o papel de proteo da membrana plasmtica em condies adversas, como em pH baixo;

O colesterol o componente responsvel pelo aumento da permeabilidade das duplas camadas lipdicas, tornando-a menos sujeita a deformaes e, assim, diminuindo a sua permeabilidade (ALBERTS, 2010, p. 618).

O colesterol um componente de extrema importncia das membranas, principalmente

da membrana plasmtica, pois ele vai influenciar na sua fluidez

Acidos Graxos Os cidos graxos constituem-se em valiosas fontes de

alimento, uma vez que ao serem quebrados podem

produzir mais que o dobro de energia utilizvel, quando

comparado peso por peso com a glicose.

As membranas que envolvem todas as clulas, separando suas organelas internas do meio extracelular, so

compostas de fosfolipdios.

As camadas lipdicas podem combinar-se cauda a cauda na gua, formando uma bicamada lipdica, que por sua

vez constitui-se em uma importante montagem, que

estruturalmente constitui a base estrutural de todas as

membranas celulares.

A temperatura influncia na

composio da membrana

A fluidez da membrana controlada por diversos fatores fsicos e qumicos. Essa fluidez

entre outros fatores depende tambm da

temperatura. Em temperatura elevada a

membrana se torna mais fluida, quando a

temperatura baixa a membrana torna-se

menos fluida.

Controlada por fatores fsicos e qumicos:

Temperatura : quanto mais alta ou baixa, mais ou menos

fluida ser a membrana, respectivamente.

O nmero de duplas ligaes nas caudas hidrofbicas

dos lipdios : quanto maior o nmero de insaturaes,

mais fluida a membrana.

Alberts et al., 2004

Concentrao de colesterol : quanto mais colesterol,

menos fluida.

O colesterol, por ser menor e mais rgido, interage com

os lipdios adjacentes, diminuindo a capacidade de

movimentao.

Tamanho da cauda do lipdio: quanto mais curta a

cauda do fosfolipdio mais intensa ser a flexo da

cauda e, portanto, maior a fluidez da membrana.

Alberts et al., 2004

Funes dos Lipdios

Glicolipdios Atuam no crescimento e

desenvolvimento celular

Fosfolipdios - Constituinte da bainha de mielina, da

bile e surfactantes. Alm de reservatrios de

mensageiros PIP e papel antignico

Colesterol Funo estrutural, alm de fluidez da

membrana

Os lipdeos so biomolculas insolveis em gua, muito solveis em solventes orgnicos, tal como o clorofrmio.

Notoriamente, dentre as propriedades mais significativas dos lipdeos, esto suas propriedades hidrfobas.

A estrutura de bicamada pode ser atribuda s propriedades especiais das molculas lipdicas, que fazem com que elas se agrupem espontaneamente em camadas duplas, mesmo sob condies artificiais simples.

A formao das membranas uma conseqncia da natureza anfiptica

A BICAMADA LIPDICA

As interaes hidrfobas so as principais foras

diretoras da formao de bicamadas lipdicas.

Alm disso, a fora atrativa de van der Waals entre as

caudas hidrocarbonadas favorecem o empacotamento

das caudas.

Finalmente, h as atraes eletrostticas e as pontes de

hidrognio entre as cabeas polares e molculas de

gua.

as bicamadas lipdicas so estabilizadas por todo o

conjunto das foras que participam das interaes

moleculares dos sistemas biolgicos.

Estas interaes hidrfobas tm trs

conseqncias biolgicas significativas:

(1) as bicamadas lipdicas tm uma tendncia

inerente a serem extensas;

(2) as bicamadas lipdicas tendem a fechar-se

sobre si mesmas para que no haja bordas

com cadeias hidrocarbonadas expostas, o que

resulta na formao de compartimentos

(3) as bicamadas lipdicas so auto-selantes

porque um orifcio em uma bicamada

energeticamente desfavorvel.

Protenas

As protenas de membrana podem estar associadas a bicamada lipdica de duas formas:

- Protenas perifricas: superfcie da membrana: se ligam por interaes polares ou eletrostticas as cabeas carregadas da bicamada lipdica (podem ser removidas, quando a fora inica do meio aumenta)

- Protenas Integrais: dentro da bicamada: (mais difcil de serem removidas, geralmente com detergente ou sonicao que acabam desnaturando a protena)

As protenas integrais podem cobrir totalmente a membrana, ficar inteiramente dentro ou simplesmente se projetar na membrana.

Glicoprotenas

Funcao: protege a celula contra agressoes fisicas e quimicas, retem nutrientes e enzimas em volta da celula e participa do reconhecimento intracelular, uma vez que diferentes celulas possuem diferentes glicocalix e diferentes glicidios

A BICAMADA LIPDICA

A membrana plasmtica no uma estrutura esttica, os

lipdios movem-se proporcionando uma fluidez

membrana.

1) Flip-Flop - o movimento de passagem de um lipdio

de uma monocamada para outra. Ocorre raramente.

Deve-se a baixa afinidade da cabea polar com as

caudas de cido graxo, dificultando a passagem da

cabea polar (hidroflica) dentro da regio apolar

(hidrofbica) da bicamada lipdica.

Fonte: Alberts et al., 2004.

A BICAMADA LIPDICA

.

Fonte: Alberts et al., 2004.

Tipos de movimentos possveis realizados pelos fosfolipdios em uma bicamada lipdica.