Estrutura Da Membrana Celular

Qual a função das membranas? • • • •

Actuam como 1 barreira e… Membranas são activas Dinâmicas ! Recebem informação Importam/exportam moléculas Movimentam-se/expandem Recebem informação

Capacidade de movimento e expansão

Importam e exportam moléculas

Sistema da Membrana Celular

Membrana celular Sistemas de membranas intracelulares o núcleo, retículo endoplasmático, aparelho de Golgi , endosomas e lisosomas formam o sistema endomembranar

Composição da Membrana • lípidos (incluindo colesterol) • proteínas • carbohidratos Bicamada lipídica (5 nm)

Molécula de lípido

Molécula de proteína

Lípidos • são anfipáticos • formam espontaneamente bicamadas

Lípidos são anfipáticos Cabeça hidrofílica

Polar

Nã

o -p

ola

r

caudas hidrofóbicas

Outros lípidos são também anfipáticos

Fosfatidilserina (fosfolípido)

colesterol (esterol)

Cauda hidrocarbonada

Cauda hidrocarbonada

Cauda hidrocarbonada

Cauda hidrocarbonada

Falta de fosfato

galactcerebrosídeo (glicolípido)

Os lípidos formam espontaneamente estruturas

1 bicamada lipídica é estável, tem 1 baixa energia sela-se espontaneamente e elimina os bordos livres O que conduz a esta associação estrutural? Exclusão dos lípidos do contacto com a H2O

Bicamadas lipídicas formarão estruturas fechadas • termodinamicamente favorável • formam-se compartimentos relativamente selados • comportam-se como fluidos 2D • selam espontaneamente se houver ruptura

Energeticamente desfavorável

Bicamada fosfolipídica planar com Bordos expostos à H2O

Compartimento selado formado por 1 bicamada fosfolipídica

Energeticamente favorável

Da composição das membranas celulares advêm algumas características: • actuam como barreiras • podem ser e são assimétricas • são fluidas a temperaturas fisiológicas

Lípidos são barreiras efectivas para alguns compostos • Compostos hidrofóbicos podem atingir o equilíbrio rapidamente • Compostos “desfavorecidos” podem atravessar as membranas através de proteínas transportadoras São necessários mecanismos de transporte

Pequenas Moléculas hidrofóbicas Pequenas Moléculas Polares Não carregadas Grandes Moléculas Polares Não carregadas

Iões

Bicamada Lipídica sintética

As bicamadas são assimétricas

Tanto a nível lipídico como a nível protéico.

Assimetria das Proteínas e Lípidos • 2 lados das Membranas - Citosólico - Não-citosólico

• 2 mecanismos para a assimmetria dos lípidos – durante a síntese lipídica (no RE) – flipases- movem citosólico para não-citosólico

Membranas devem ser fluidas para serem funcionais • precisam de cerca de 50% de fluidez ou a célula morre: – Devido a defeitos na formação da membrana

• importante para o movimento das proteínas na membrana • fusão de membranas

Experiência que demonstra que as proteínas se movem esta mobilidade é importante para determinadas funções

Mas como controlam as células a sua fluidez de membrana? Mmmm... será que adicionam H2O?

Composição lipídica comprimento da cauda grau de insaturação

Alteração na estrutura química dos lípidos altera as propriedades da membrana • O que aconteceria se as cadeias FA tivessem menos ligações duplas? • E se se introduzirem outros lípidos?

Remoção da ligação dupla tipo cis tornaria a cadeia + recta Qual seria o efeito nas propriedades da membrana?

E o colesterol? 1 molécula pequena e rígida, com propriedades realtivamente hidrofóbicas

Colesterol modula a fluidez de membrana

Como ?

Colesterol • Preenche espaços (ajuda a agregar os lípidos) • Mantém longas cadeias FA separadas • Torna a bicamada um pouco + rígida

Proteínas na Bicamada Membranar Muitas funções Porções citosólicas e não-citosólicas assimétricas para proteínas e lípidos Tipos: Integrais - Transmembranares Periféricas – lípidos e proteínas ancorados

Tipos de proteínas comuns nas membranas TRANSPORTADORES

CONECTORES

RECEPTORES

ENZIMAS

O que mantém estas proteínas associadas com a membrana?

Como se associam as proteínas com a membrana? (a) TRANSMEMBRANAR

(b) LIGADO AOS LÍPIDOS

(c) LIGADO ÀS PROTEÍNAS

Proteínas atravessam a bicamada lipídica Hydrophillic interior

Beta sheet Alpha helix Estruturas secundárias

Estruturas protéicas secundárias atravessam a Membrana • Hélice alfa – Resíduos de aa hidrofóbicos no exterior da hélice – Proteínas - várias hélices atravessam a membrana várias vezes

• Folha beta – Interior hidrofílico pode formar canais

Estrutura protéica membranar • Muito poucas proteínas membranares proteins foram cristalizadas ( cristalografia de raios-X) • Bacteriorodopsina foi caracterizada: forma 1 canal através da membrana (função de transporte – uma função chave na membrana)

Bacteriorodopsina

absorção de luz

Bombeia o hidrogénio para fora da célua devido à luz

Outras funções/características da membrana • a Membrana Celular - condiciona a forma - 1º ponto de contacto com o ambiente e outras células • Exemplos de outras carcaterísticas- todos os componentes: lípidos, proteínas a açúcares – trabalham em conjunto - cortex celular - revestimento da superfície celular

Proteínas membranares condicionam a forma • Cortex celular rede de proteínas fibrosas no lado citosólico – responsáveis pela resistência da membrana – podem coordenar movimento nalguns casos

Cortex dos RBC

Note: rede “esticada” para ilustração

Lado Não-Citosólico da Bicamada: 1º ponto de contacto • superfície externa tem composição diferente da porção interna – Proteínas externas e Glicolípidos • • • •

Reconhecimento Protecção Lubrificação Adesão

– Membrana transmite informação do exterior para o interior da célula

Lado Não-citosólico da célula

Importante no reconhecimento célula-célula Protecção/Lubrificação Adesão

Movimento Lateral das Proteínas • Restringido –vários mecanismos • Cortex • Matriz Extracelular • Proteínas noutra célula • Barreiras de difusão

Sumário • Membranas são compostas por lípidos, proteínas e carbohidratos • A química lipídica determina a estrutura e função membranares • As proteínas membranares associam-se com a estrutura da membrane com base nas interacções químicas • Muitas funções membranares são efectivamente desempenhadas pelas proteínas

Modelo de mosaico fluido 1972 – Singer & Nicolson

Fluidez de membrana • Difusão translacional (no mesmo plano) dos lípidos é muito rápida (vários µm/s) • Colesterol – estados de fluidez intermediários • ↑ fluidez ⇒↑ permeabilidade à H2O e pequenas moléculas hidrofílicas • Se local activo de 1 enzima estiver apenas na porção hidrofílica ⇒ alterações na fluidez têm pouco efeito na actividade da proteína • Se a proteína estiver envolvida n1 função de transporte ⇒ pode influenciar função