Slide Biomembrana-2023 1

Centro de Estudos do Mar Universidade Federal do Paraná BQ 026 Bioquímica Básica para a Oceanografia Professores: Alexandre Sachsida Garcia Rodolfo Petersen Biomembranas Bicamada lipídica TABLE 11–2 Fatty Acid Composition of E. coli Cells Cultured at Different Temperatures Percentage of total fatty acids* 10 °C, 20 °C, 30 °C, 40 °C Myristic acid (14:0) 4, 4, 4, 8 Palmitic acid (16:0) 18, 25, 29, 48 Palmitoleic acid (16:1) 26, 24, 23, 9 Oleic acid (18:1) 38, 34, 30, 12 Hydroxymyristic acid 13, 10, 10, 8 Ratio of unsaturated to saturated† 2.9, 2.0, 1.6, 0.38 Source: Data from Marr, A.G. & Ingraham, J.L. (1962) Effect of temperature on the composition of fatty acids in Escherichia coli. J. Bacteriol. 84, 1260. *The exact fatty acid composition depends not only on growth temperature but on growth stage and growth medium composition. †Ratios calculated as the total percentage of 16:1 plus 18:1 divided by the total percentage of 14:0 plus 16:0. Hydroxymyristic acid was omitted from this calculation. •1890: E. Overton especula que as membranas contem lipídios, observando que solutos não polares passam pela membrana de forma mais fácil do que solutos polares. •1925: Gorter e Grendel extraíram os lipídios de uma membrana e perceberam que a quantidade era suficiente para apenas uma bicamada. •1935: J. Danielle e H. Davson propuseram um modelo de membrana que tinha proteínas ligadas a bicamada de lipídios. •1972: S. Singer e G. Nicholson propuseram o modelo “ mosaico fluido” que é aceito até hoje. fosfolipídios proteína periférica proteína integral cadeias de carboidratos Berg, Tymoczko and Stryer In: Biochemistry 5th Edition (2002) Membranas são compostas por apenas duas camadas de moléculas. Muitas membranas tem espessura entre 60Å (6nm) e 100 Å (10 nm) Membranas são compostas por lipídios e proteínas. A proporção entre estes componentes é por volta de 1:4 e 4:1. Carboidratos também estão presentes. 1 2 Os lipídios de membranas são moléculas pequenas. Estas moléculas possuem característica hidrofóbicas e hidrofílicas. As membranas barram moléculas polares Proteínas estão embebidas na bicamada de lipídios. Estas proteínas podem atuar como: bombas, canais, receptores, transdutores de energia e enzimas. 3 4 Membranas são assembleias não covalentes. Proteínas e lipídios são mantidos unidos por forças não covalente. Membranas são assimétricas. Os dois lados da bicamada sempre são diferentes. 5 6 Membranas são estruturas fluidas Membranas são polarizadas eletricamente. O interior da membrana tem carga negativa típica de -60 milivolts (mV) 7 8 •Membranas separam compartimentos da célula com diferentes composições. A bicamada de lipídios garantem não só esta separação mas também insulação elétrica. 1 •Membranas são locais de trocas de informação e materiais entre diferentes compartimentos e/ou entre a célula e o meio. 2 •Proteínas presentes em membranas podem “ligar” células vizinhas 3 •Funcionam como meio para diferentes processos celulares. 4 •A relação entre proteína/lipídio na membrana plasmática é de aproximadamente 1 •Na mielina: 0,23 •Membrana interna da mitocôndria: 3,2 •Se considerarmos o peso seco de células animais as membranas seriam responsáveis por 80% do peso total •Diferentes membranas contém diferentes lipídios. Até mesmo lados opostos da bicamada podem apresentar diferentes composições Face externa Face interna Colesterol Proteínas integrais Proteínas periféricas Cauda do fosfolipídio não polar = hidrofóbica Cabeça do fosfolipídio polar = hidrofílica Cauda do fosfolipíd Carboidrato fosfatidilcolina esfingomielina fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina, fosfatidilinositol 16:0; 18:1 n-9 EPA e DHA LADO DE FORA LADO DE DENTRO •Existe grande grau de mobilidade lateral (A)mas pouca mobilidade de um lado para outro (flipflop) (B) (A) Mobilidade lateral:muito rápida (B) Mobilidade flipflop:muito vagarosa •A enzima flipase acelera o flipflop Mobilidade flipflop catalisada pela flipase: muito rápida •Bicamadas lipídicas podem formar-se espontaneamente Lipossoma Micela Bicamada lipídica •Fosfolipídios Fosfatidiletanolamina Fosfatidilserina Fosfatidilcolina Sfingomielina •Glicolipídios Ceramida H Tipos de lipídios da bicamada lipídica •Colesterol •São moléculas que são polares em uma extremidade e apolares na outra. Estas moléculas tem afinidade por fases aquosas e não polares •Quando em baixas concentrações, elas se dissolvem em água. A uma certa concentração, elas atingem o limite de solubilidade e se agregam em formações micelares. Berg, Tymoczko and Stryer In: Biochemistry 5th Edition (2002) Alberts et al. Molecular Biology of the Cell, 1994 Alberts et al. Molecular Biology of the Cell, 1994 Silverthorn Cabeça polar (hidrofílica) Cauda apolar (hidrofóbica) Caudas Bicamada lipídica Micela lipossoma Lipids, micelles, and liposomes http://pubs.acs.org/hotartcl/chemtech/99/nov/figure1.html Temperatura baixa = fase gel Temperatura alta = fase líquida Wolfe S.L., Molecular and Cellular Biology, Wadsworth Publishing Company, 1993. Berg, Tymoczko and Stryer In: Biochemistry 5th Edition (2002) Berg, Tymoczko and Stryer In: Biochemistry 5th Edition (2002) Berg, Tymoczko and Stryer In: Biochemistry 5th Edition (2002) Berg, Tymoczko and Stryer In: Biochemistry 5th Edition (2002) • Proteínas são conectadas a bicamada lipídica de diferentes modos. Há proteínas que penetram a bicamada, atravessando de um lado para o outro, e aquelas ligadas lateralmente (proteínas associadas). • Funções: elemento estrutural, enzimas, receptores e transportadores Proteínas de membranas Silverthorn • A estrutura química da substância é o fator crucial na determinação de sua habilidade de penetrar a bicamada lipídica. • A membrana é uma forte barreira para muitas substâncias, e.g. ions. • Gases e substâncias lipofílicas podem passar facilmente pela membrana. Berg, Tymoczko and Stryer In: Biochemistry 5th Edition (2002) • Transporte passivo – Movimento a favor do gradiente de concentração – Não há demanda energética – Difusão é o mecanismo mais importante • Transporte ativo – Movimento contra o gradiente de concentração – Há demanda energética (ATP) – Bomba iônica é o mecanismo mais importante (bomba de K+ e Na+) Alberts et al. Molecular Biology of the Cell, 1994 Moléculas hidrofóbicas Moléculas pq polares sem carga Moléculas gd polares sem carga íons Alberts et al. Molecular Biology of the Cell, 1994 Moléculas a serem transportadas Bicamada lipídica Difusão simples Proteína Canal Proteína Transportadora Difusão Mediada por canal Difusão Mediada por transportador Difusão Facilitada Transporte passivo Transporte Ativo Gradiente Eletroquímico • Canais de troca iônica são proteínas de membranas. • Quando o canal está aberto, o fluxo iônico é estimado pelo gradiente eletroquímico. • O status do canal pode ser regulado (portão) ou ser aberto permanentemente. • Canais de troca iônica são regulados pelo potencial da membrana ou por ligantes. • Canais de troca iônica são específicos para diferentes íons. Peter Agre: Isolou uma proteína de membrana que, pouco tempo mais tarde, ele percebeu que era o tão procurado canal de água (1988) Roderick MacKinnon : Surpreendeu a comunidade científica quando conseguiu determinar a estrutura espacial de um canal de potássio (1998) Alberts et al. Molecular Biology of the Cell, 1994 Alberts et al. Molecular Biology of the Cell, 1994 Energy requirements Silverthorn • Transporte ativo primário ou secundário • O mais importante é a bomba sódio-potássio • Energia da quebra de 1 ATP pode transportar 3 Na+ ions fora da célula e 2 K+ ions para dentro da célula • Pelo menos 30% da energia total utilizada pela célula é para o funcionamento desta bomba Alberts et al. Molecular Biology of the Cell, 1994 Concentração iônica nos fluidos intra e extra-celulares Major Ionic Constituents on the Outside of the Typical Mammalian Cell measured in millimoles (mM): Extra Intra Cations: Na+ 145 12 K+ 4.1 150 Ca2+ 3 1x10^-4 Mg2+ 2 1 pH 7.4 7.0 Anions: Cl- 118 4 HCO3- 27 12 Others 3 0 Proteins (A-) 1 146