Constituição bioquímica das diferentes membranas celulares - implicações funcionais Bioquímica I Seminário orientado nº 09

Constituição bioquímica das Constituição bioquímica das

diferentes membranas diferentes membranas

celulares - implicações celulares - implicações

funcionaisfuncionais

Bioquímica I

Seminário orientado nº 09

• 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 Índice

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

Evolução do estudo da membrana Evolução do estudo da membrana celularcelular

OVERTON (1900)OVERTON (1900)

A passagem de uma substância através da membrana A passagem de uma substância através da membrana

está relacionada com a sua natureza química.está relacionada com a sua natureza química.

As substância apolares passam rapidamente através As substância apolares passam rapidamente através

da membrana.da membrana.

As membranas celulares são compostas por lípidos.

LANGMUIR(1917)LANGMUIR(1917)

Propôs que a membrana celular fosse constituída Propôs que a membrana celular fosse constituída

por uma monocamada lipídica.por uma monocamada lipídica.

Gorter e Grendel (1925)Gorter e Grendel (1925)

Provaram que os lípidos conseguem formar uma Provaram que os lípidos conseguem formar uma

bicamada;bicamada;

A área apresentada pelos lípidos era o dobro da A área apresentada pelos lípidos era o dobro da

área da superfície das células.área da superfície das células.

Davson e Danielli (1935)Davson e Danielli (1935)

Apresentaram um novo modelo: uma “sandwich” Apresentaram um novo modelo: uma “sandwich”

de lípidos coberta por proteínas em ambos os lados. 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.

Davson e Danielli (1940)Davson e Danielli (1940)

Apresentaram, posteriormente, uma versão Apresentaram, posteriormente, uma versão

diferente, na qual havia a existência de poros.diferente, na qual havia a existência de poros.

19601960

Os avanços tecnológicos permitiram um Os avanços tecnológicos permitiram um

estudo mais profundo:estudo mais profundo:

Técnica de congelamento; Técnica de congelamento;

Microscópico electrónico.Microscópico electrónico.

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 No entanto, as proteínas apresentam-se na

membrana de uma forma globular.membrana de uma forma globular.

A posição das proteínas não é fixa, movem-se A posição das proteínas não é fixa, movem-se

como um fluido. como um fluido.

Modelo do mosaico fluido.

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);

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;

Fluidez da membrana

- Temperatura ( temperatura de transição );

- Insaturações da configuração cis;

- Colesterol;

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;

Fosfolípido

Membrana celular

lípidos

proteínas

glúcidos

glucolípidos

glucoproteínas

proteoglicanos

integrais

periféricas

transmembranares

ligados a ácidos gordosligados ao fosfatidilinositol

fosfolípidosfosfatidilserinafosfatidiletanolamina

fosfatidilcolina

fosfatidilinositol

glicerolfosfolípidos

esfingolípidos

colesterol

Lípidos

Fosfolípidos – glicerolfosfolípidos

Ligação dupla

Cad

eia

hid

roca

rbo

nad

a

apolar

polar

Constituição: - um molécula de glicerol

- duas cadeias de ácido gordo

- um grupo fosfato

- uma molécula polar

Os ácidos gordos podem estar saturados ou insaturados, influenciando:

comprimento das cadeias carbonadas

fluidez da membrana

Lípidos

Fosfolípidos – glicerolfosfolípido

Função principal:

Constituição da membrana biológica

Lípidos

Fosfolípidos – glicerolfosfolípidos

INOSITOL

FOSFATO

GLICEROL

ÁCIDO GORDO

fosfatidilinositol

Lípidos

Fosfolípidos – esfingolípidos

Constituição: - um molécula de esfingosina

- uma cadeia de ácido gordo

- um grupo fosfato

- uma molécula polar (colina ou etanolamina)

ceramida

Lípidos

Fosfolípidos – esfingolípidos

Um exemplo de um esfingolípido é a esfingomielina (ceramida + grupo fosfato + colina)

Membrana celular

lípidos

proteínas

glúcidos

glucolípidos

glucoproteínas

proteoglicanos

integrais

periféricas

transmembranares



fosfatidilcolina

fosfatidilinositol


esfingolípidos

colesterol

Lípidos

Colesterol

Constituição: - grupo hidroxilo

- estrutura cíclica

- cadeia hidrocarbonada

Resumindo:

Membrana celular

lípidos

proteínas

glúcidos

glucolípidos

glucoproteínas

proteoglicanos

integrais

periféricas

transmembranares



fosfatidilcolina

fosfatidilinositol


esfingolípidos

colesterol

Proteínas

Estão envolvidas:

transporte

na sinalização celular

Proteínas

Integrais

Proteínas transmembranares

Proteína ligada ao ácido gordo

Proteína ligada ao fosfatidilinositol

Proteínas

Periféricas

EritrócitosEritrócitos – Estudo das Proteínas da – Estudo das Proteínas da MembranaMembrana

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

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

GlícidosGlícidos

Fórmula geral

fortes interacções com grupos funcionais

• Grupos funcionais

grupo aldeído (CHO)

grupo hidroxilo (OH)

grupo cetónico (C=O)

permitefortes 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

Os hidratos de carbono classificam-se de acordo com

Tamanho da cadeia carbonatadaNúmero de unidades de açúcarLocalização dos grupos

funcionais

Formação de um dissacarídeoFormação de um dissacarídeoMonossacarídeos Monossacarídeos

Oligossacarídeos Oligossacarídeos combinação de 2 combinação de 2 a dez monossacarídeosa dez monossacarídeos

Polissacarídeos Polissacarídeos combinação de mais combinação de mais de dez monossacarídeos (ex: glicogénio, de dez monossacarídeos (ex: glicogénio, amido, celulose)amido, celulose)

Glícidos na Membrana CelularGlícidos na Membrana Celular

GlicocáliceGlicolípidos

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

GlicolípidosGlicolípidos

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

GlicoproteínasGlicoproteínasA 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.

Interacções entre os constituintes Interacções entre os constituintes da Membrana Celularda Membrana Celular

Lípidos e proteínas vs Glícidos

Colestrol vs Fosfolípidos

Fosfolípidos vs Proteínas

Anulus lipídico

Funções da membranaFunções da membrana Delimitação e isolamentoDelimitação e isolamento Controlo do Controlo do transportetransporte RecepçãoRecepção e transmissão de e transmissão de

sinais extracelularessinais extracelulares Catálise enzimáticaCatálise enzimática Interacções com outras Interacções com outras

célulascélulas Ancoragem do citoesqueletoAncoragem do citoesqueleto

Processos de transporteProcessos de transporte

Permeabilidade selectivaPermeabilidade selectiva

PermeabilidadePermeabilidade

• Tamanho

• Polaridade

Difusão livre/difusão simplesDifusão livre/difusão simples

• Pequenas moléculas apolares (O2, N2, Benzol)

• Pequenas moléculas polares, não carregadas (H2O, ureia, glicerol, CO2, NH3)


Transporte passivoTransporte passivo

Transporte activo e passivoTransporte activo e passivo

• Difusão simples

• Difusão facilitada

•Canais proteicos (canais iónicos e porinas)

•Proteínas transportadoras

(permeases)


Transporte activo e passivoTransporte activo e passivo

Transporte activoTransporte activo

•Transporte activo primário

•Transporte activo secundário

ATPases do tipo P Ex.: bomba sódio-potássio

Ex.: simporte de glicose com Na+


Uniporte Uniporte Ex.:Ex.: Transporte de glicose nas células Transporte de glicose nas células

hepáticashepáticas

SimporteSimporteEx.:Ex.: Transporte de aminoácidos/glicose, com Transporte de aminoácidos/glicose, com

NaNa+,+, nas células epiteliais do intestino nas células epiteliais do intestino delgado e dos rinsdelgado e dos rins

AntiporteAntiporteEx.:Ex.: Trocadores aniónicos (eritrócito- Trocadores aniónicos (eritrócito-

HCO3-/Cl-)HCO3-/Cl-)

Trocador de Na+ e Ca2+

Outra divisão dos processos de Outra divisão dos processos de transportetransporte


IõesIões (Na(Na++, K, K++, Ca, Ca2+2+…)…)

Canais iónicosCanais iónicos

Transporte passivo

Difusão facilitada

permitem a passagem de

Direcção Direcção gradiente electroquímico gradiente electroquímico•Gradiente de concentração

•Potencial de membrana


IõesIões (Na(Na++, K, K++, Ca, Ca2+2+…)…)

Canais iónicosCanais iónicos

Transporte passivo

Difusão facilitada

permitem a passagem de

Canais iónicosCanais iónicos•Regulados por voltagem Ex.: canais de Na+

•Regulados por ligantes Ex.: receptores nicotínicos para acetilcolina

•Passivos


PermeasesPermeases

Proteínas transportadorasProteínas transportadoras

Transporte passivo

Difusão facilitada

•Transportadores de glicose ( Glut-1, Glut-2, Glut-3, Glut-4, Glut-5)

•Aquaporina (Aquaporina-1, Aquaporina-2)


Transporte activoTransporte activo

Processos de transporteProcessos de transporteSimporte/antiporte/Simporte/antiporte/

transporte activo secundáriotransporte activo secundário

RAWN, J. David, “BIOQUIMICA”, McGraw Hill – RAWN, J. David, “BIOQUIMICA”, McGraw Hill – INTERAMERICANA DE ESPAÑA, 1989, pp. 209-232.INTERAMERICANA DE ESPAÑA, 1989, pp. 209-232.

STRYER, Lubert, BERG Jeremy M., TYMOCZKO, John L., STRYER, Lubert, BERG Jeremy M., TYMOCZKO, John L., “BIOQUIMICA”, Guarnabora Koobam Editora, 2004, pp. 333-“BIOQUIMICA”, Guarnabora Koobam Editora, 2004, pp. 333-358.358.

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BibliografiaBibliografia

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