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Resumo Membranas Biológicas Parte 01 e 02
A barreira semipermeável da membrana permite maior seletividade das substâncias que entram na célula. Ou seja, uma permeabilidade seletiva.
Os gases, os esteróides e os hormônios tem uma facilidade maior para entrar;
Água, moléculas dissolvidas em água ou até pequenos solutos entram através dos canais passivos da transmembrana com proteínas transportaoras. A bicamada fosfolipídica impede que entre sem isso.
A glicose entra na célula por meio de transportadores de glicose. A insulina estimula a permease (enzima transportadora) que vai para a membrana e coloca a glicose para dentro da célula por transporte passivo. Ou um co-transportador de glicose do epitélio intestinal e renal colocam a glicose para dentro por meio de transporte ativo, uma vez que a concentração de glicose é maior dentro do epitélio do que fora.
Íons não atravessam a membrana.
Substâncias hidrofóbicas apolares de pequeno tamanho > pequenas moléculas polares (atravessam lentamente) > grandes moléculas polares (demoram muito)
Bicama Lipídica: revestimento de lipídios; altamente dinâmica e desorganizada;
Cabeça polar: (hidrofílica /gosta de água/forma ponte de hidrogênio em contato com água porque tem cabeças polares)
Cauda apolar: (duas cadeias de ácidos graxos/ hidrofóbica / cauda não gosta de água).
Auto-reparo: em meio aquoso, as cabeças se orientam para o meio externo e as caudas para o interno, formando micelas e impedindo que a água penetre na célula. Tudo o que for dissolvido em água não pode passar, pois há um bloqueio de substancias hidrossolúveis. No compartimento fechado a bicama se fecha em formato de uma bola evitando que as caudas hidrocarbonadas hidrofóbicas entrem em contato com a água.
Bicama Lipídica: maior parte dos lipídios é formada por glicerofosfolipideos. Possui também bastante colesterol.
Bicama Lipídica: maior parte dos lipídios é formada por glicerofosfolipideos. Possui também bastante colesterol.
Fluidez da Bicamada
Quando a cauda de ácido graxo do fosfolipídio apresentar ligação dupla (insaturada), os fosfolipídeos ficarão menos compactados na bicamada, deixando ela mais fluída. (A ligação dupla provoca uma inflexão na perninha da cadeia, que fica mais aberta, afastando uma da outra => menos compactação, maior fluidez).
Mais cadeia insaturada / Menor cadeia de ácido graxo = maior fluidez.
Menos cadeia insaturada / Maior cadeia de ácidos graxos = menor fluidez.
Em baixas temperaturas fica mais difícil da membrana congelar se as cadeias de hidrocarbonos forem curtas ou tiverem ligações duplas (insaturadas), porque a cadeia curta reduz a interação das caudas de hidrocarbonos e as ligações duplas dificultam o agrupamento entre elas. Portanto, quanto menor a temperatura nesses casos, maior fluidez.
Bactérias, leveduras e organismos que adaptam sua temperatura a do ambiente, sintetizam ácidos graxos com mais ligações duplas para evitar queda da fluidez em baixa temperatura.
Portanto se há menos interações intermoleculares, a célula permanece fluída em temperaturas mais baixas. Em temperaturas mais baixas ocorre também um aumento da viscosidade, o que altera funcionamento de algumas ptns.
Saturação e longas cadeias de ácidos graxos aumentam interação entre lipídeos, mas diminuem movimentos (rafts).
Assimetria na bicamada
É importante especialmente na conversão de sinais extracelulares em intracelulares.
A fosfolipase C, por exemplo, é ativada por sinais extracelulares e corta a molécula fosfolipídica inositol em duas partes. Uma fica na membrana e auxilia a ativação da Cinase C e a outra vai para o citosol e estimula a liberação do Ca2 do retículo endoplasmático.
Movimento dos lipídios na bicamada
Fosfolipídeos fazem translação (vão de um lado para o outro: <--->) e rotação (giram no próprio eixo). Eles só fazem flip flop (atravessam de uma camada para outra da bicamada lipídica deslocando-se "como espelho") se houver a presença do transportador lípidico flippase (a ptn scramblase é da família flipase). A assimetria requer dispêndio de energia, portanto flipases dependem de ATP.
Scramblase: reside no RE liso e transloca lipídios aleatoriamente de uma face da membrana para outra, equilibrando a quantidade de lipídios em cada folheto da membrana e impedindo que o folheto citoplasmático fique com uma área maior do que o folheto voltado para o lúmen do retículo. A atividade enzimática de scramblase depende da concentração de cálcio presente no interior da célula, que é em condições normais muito baixa. Se ocorre aumento de cálcio dentro da célula, há uma redistribuição de fosfolípido resultando em uma distribuição simétrica com carga negativa entre os dois folhetos da bicamada lipídica. A atividade de scramblase não necessita de energia, o que significa que não há nenhuma contribuição do trifosfato de adenosina no processo. O folheto virado pro ambiente externo, contém fosfatidilcolina e esfingomielina.
Flippases: são essenciais para a estruturação e manutenção de uma membrana assimétrica, com uma distribuição desigual de fosfolipídeos entre seus dois folhetos. Elas residem na membrana celular e sua atividade consiste em translocar fosfatidilserina e fosfatidiletanolamina do folheto externo para o folheto citoplasmático.
Rafts ou Balsas Lipídicas
São microdomínios da membrana com moléculas lipídicas (esfingolipídios e colesterol) em associação com grupos de proteínas específicas. Estas proteínas, além de oferecerem estabilidade para a balsa, criam uma rede de interações entre si, que auxilia na formação das caveolas durante o processo de endocitose.
Possuem importante papel na resposta à invasão de agentes patogênicos. Também ajudam a organizar as proteínas da membrana concentrando elas para o transporte de vesículas ou para trabalharem juntas com outras proteínas convertendo sinais extracelulares em intracelulares.
A ATPase transportadora de Ca2+ da membrana plasmática renal se localiza exclusivamente em cavéolas. Cavéolas são microdomínios ricos em proteínas e lipídios envolvidos no processo de sinalização celular e regulação da concentração de Ca2+ citoplasmático. A (Ca2++Mg2+)ATPase de membrana plasmática (PMCA) é uma proteína transportadora responsável pela regulação fina das concentrações de Ca2+ intracelular.
O modelo do mosaico fluído, era visto como um mar de composição lipídico proteico, semipermeável e de grande fluidez e não leva em consideração a existência dos rafts.
Principais Fosfolípideos nos mamíferos:
1)Colina: desempenha papel importante para os neurotransmissores, cérebro, memória; importante para a mielina (acelera impulso nervoso); impede acumulo de gorduras no fígado e auxilia no metabolismo das gorduras.
2)Serina: aminoácido sintetizado a partir de outras substancias do corpo; é indispensável na formação de fosfolipídeos e fosfoglicerideos; tem grande importância metabólica para o cérebro.
3)Etanolamina: utilizada para fabricar sabão e detergentes, tintas, tinturas, borracha e etc.
4)Esfingolipídeo: presente entre os neurônios; funcionam como "lubrificante" acelerando o processo de transmissão do impulso nervoso.
Colesterol: estabiliza a bicamada lipídica, dando mais consistência e rigidez a ela; é um dos componentes das chamadas "jangadas lipídicas"; reduz a permeabilidade da membrana plasmática aos íons de hidrogênio e sódio; em nível alto impede que as cadeias de hidrocarbonos se agrupem e cristalizem. Bactérias não tem colesterol!
Na imagem ao lado o colesterol impede que as cadeias se agrupem e cristalizem, diminuindo assim seu diâmetro.
Na imagem ao lado o colesterol impede que as cadeias se agrupem e cristalizem, diminuindo assim seu diâmetro.
Estresse: pode provocar aumento do colesterol total pelo aumento de LDL (favorece doenças cardiovasculares) e diminuição de HDL (colesterol bom, protege contra infarto). Pessoas expostas a ambientes estressores apresentam maiores níveis de colesterol, que é produzido em maior quantia pelo fígado. Em condição de estresse contínuo, o corpo tem dificuldades de retirar o colesterol circulante do sangue. Porém, o organismo aumenta suas taxas de colesterol para permitir um aumento de cortisóis (hormônios que habilitam o corpo a resistir ao estresse).
Adipócitos: armazenam lipídeos (estoque) em gotículas lipídicas (droplets) que armazenam triglicerídeos e colesterol. Não tem grupamento hidrofílico e só possuem uma monocamada fosfolipídica. HIDROFÓBICO
Fosfatases: desfosforilam fosfatos específicos mudando o significado da mensagem.
Fosfatidilinositol (PI) – podem passar mensagens variadas na célula, ativar diferentes proteínas e etc. Ele tem um anel de inositol na cabeça polar que é fosforilado.
PI se fosforila em: PIP - PIP2 (fosfatidilinositol se fosforila em fosfatidilinositol fosfato e bifosfato)
PI3k encontra o PIP2 e forma o PIP3 (fosfatidilinositol 3 cinase forma fosfaditilinositol trifosfato)
PIP3 na membrana atrai ptns de sinalização (fosfaditilinositol trifosfato)
PI -> PIP e PIP2 PIP 2 + PI3K -> PIP3
Fosfatidilserina (PS) – localizada na monocamada externa sinaliza apoptose, morte programada que deixa a célula inativa. Ativa a Cinase C que também ativa apoptose.
Proteínas Transmembranares (ptns não fazem flip-flop, só difusão rotatória e lateral)
Transmembranar unipasso: Ex: receptores PTK
Atravessa a bicamada uma única vez e apresenta estrutura secundária em α-hélice de domínio transmembranar com resíduos hidrofóbicos que interagem com o interior da bicamada por forças hidrofóbicas e de Van der Waals. Os domínios não transmembranares são hidrofílicos e mantidos mediante ligações de hidrogênio e forças eletrostáticas.
Transmembranar multipasso: Ex: pts G (envolvida na transdução de sinais celulares), canais ionicos, porinas.
Atravessam a bicamada lipídica por duas ou mais ocasiões, normalmente mediante varias α-hélices.
α-hélices: servem de ancoragem à bicamada; podem formar canal iônico para passagem de substâncias, pois possuem resíduos hidrofóbicos dirigidos para fora do canal interagindo com a bicamada de forma que as substâncias polares que em ausência de proteínas não poderiam cruzar a membrana, poderão através destes canais.
Gicocálix: camada externa à membrana rica em moléculas proteicas e lipídicas contendo glicídios, formada por glicolipídios, esfingolipídios, glicoproteínas e proteoglicanas. Suas principais funções são de proteção contra lesões na célula, barreira de difusão (controle de íons em volta da célula), participar do reconhecimento celular (diferentes células possuem diferentes glicocálix), resposta inflamatória (reconhecimento de agentes patogênicos).
Oligossacarídeos: participa do reconhecimento celular. Ex: Lecitina (proteína da MP que reconhece oligossacarídeo da superfície celular) > interação espermatozoide e óvulo; resposta inflamatória.
Detergente: rompe interações hidrofóbicas ao destruir bicamada e deixa ptn solúvel em água. O detergente liga na parte hidrofóbica da proteína fazendo com que ela perca sua atividade biológica (desnatura) e a desativa.
Junções Celulares: Oclusão - permeabilidade seletiva; limita a difusão passiva de íons e moléculas pequenas pelo espaço intercelular; nesse tipo de junção as proteínas não se difundem nas laterais, mas há comunicação entre ambas.
Resumo Transporte Através de Membranas Parte 01 e 02
Difusão facilitada
Transporte passivo de substâncias pela membrana plasmática, sem gasto de energia, que permite a passagem de moléculas ou íons de um meio mais concentrado para um menos concentrado através de permeases, proteínas transportadoras que tornam a membrana permeável para a passagem das substâncias. Quanto mais permeases existirem, maior será a velocidade da difusão. Mas se a concentração aumentar, a velocidade aumenta até chegar a um ponto em que estabiliza por não ser possível "inserir" mais permeases na membrana plasmática. Se todas as enzimas membranares estiverem com seus sítios ocupados, em atividade máxima de transporte, nenhuma influência terá a concentração do soluto, com relação à velocidade de difusão da substância para o interior ou exterior da célula.
Porteínas carreadoras: sítios específicos de ligação conforme o substrato.
A permease é um transportador passivo e o carreador é um ativo.
Os canais permitem maior passagem dos solutos e de um jeito mais rápido do que transportadores. Porém seu movimento só pode ser passivo, enquanto que o de transportadores pode ser passivo ou ativo com gasto de ATP.
Potencial de Membrana: diferença de carga do lado interno negativo e externo positivo que favorece entrada de íons positivos.
Transporte uniporte: transporta único soluto ou em única direção.
Transporte acoplado: ocorre quando o transporte de uma substancia requer o de outra. Pode ser simporte ou co-transportadores (no mesmo sentido) ou antiporte (sentido contrário).
#O Na+ libera energia livre quando é transportado a favor de seu gradiente e essa energia é usada no transporte de outra substancia contra o gradiente. Ou seja, Na+ libera energia para transportar substancia que sai do gradiente.
O transporte ativo primário usa energia para criar gradiente e o secundário usa esse gradiente para realizar transporte.
ATPase: transportador ativo que requer energia de ATP para transportar soluto. Tem 3 tipos:
P – transporta e forma intermediário fosforilado (Ex: PI que vira PIP – fosfotidilinositol vira fosfotidilinositol fosfato)
F – funciona como turbina nas membranas das mitocôndrias e de bactérias. Usa gradiente de H+ para sintetizar ATP
ABC – não bombeia íons, mas bombeia pequenas substancias.
Ca2+ ATPase e antiporter Ca2+ /Na+ : baixa concentração de cálcio dentro da célula faz com que Ca2+ATPase utilize energia do Na+ para bombear Ca2+ para dentro da célula. Sai Na+ e entra Ca2+.
A adrenalina aumenta a capacidade dos transportadores de Ca2+ e faz o coração bombear mais rápido. O tônus muscular é determinado pela concentração de Ca2+ intracelular.
Reestabelecer condições basais de Ca2+ determina capacidade de recomeçar contração.
Bomba de Sódio e Potássio
A célula sempre irá retornar para o potencial de equilíbrio e a bomba restaura essa simetria no interior da célula.
Bomba ligada a ATP e Na+3. O ATP é hidrolizado e vira ADP e a bomba é fosforilada e libera Na+3 (bomba não tem afinidade com sódio se tiver fosforilada). Daí bomba se liga a 2 íons de K+,que estavam do lado de fora, o que vai desfosforilar a bomba. O ATP se liga na bomba e orienta ela de volta para dentro da célula, soltando os íons de K+. O ciclo se repete! A bomba só vence os gradientes porque tem quebra de ATP, que armazena energia.
Eutanásia: injeta cloreto de potássio na corrente sanguínea. A elevação súbita dos níveis de potássio do lado de fora da célula reduz o potencial de ação externo necessário para a sensibilização do sistema nervoso. Ruídos espúrios passam então a ativar o sistema, que colapsa mediante tamanha quantidade de informação. O coração é levado a batimentos descoordenados, fibrilação, e por fim, pára.
Aquaporina: facilita entrada de água na célula, pois a água flui para dentro e para fora por meio de osmose.
Hipertônico: meio extracelular mais concentrado que intracelular. A água sai da célula e vai para fora.
Hipotônico: meio intracelular menos concentrado que extracelular. A água entra na célula.
Isotônico: meio equilibrado.
Na+K+ATPase e Regulação da Osmolaridade
Se tiver muito soluto dentro da célula, o gradiente osmótico vai aumentar direcionando a água para dentro da célula. A Na+K+ATPase bombeia esse soluto para fora.
Mucovicidose e CFTR
CFTR transporta CL- para regular muco. Uma mutação do CFTR leva ao acúmulo de muco viscoso porque não transporta Cl- o suficiente para aumentar gradiente de Na+. Quando o cloreto se une ao sódio, virando cloreto de sódio, a água é atraída para essas partes e dilui o muco. Se fica com um muco muito espesso, o sistema imune não alcança os microorganismos que ali se instalam. Há pessoas que não transportam cloreto: fibrose cística respiratória.
Canais Ionicos
Formam poros hidrofílicos através da membrana; são sempre passivos;
Na despolarização a célula sai do repouso e abre os canais.
Porinas: atuam nas mitocondrias, permeabilizam a membrana, tem alta permissividade e pouca especificidade.
Aquaporinas: são permeáveis a água e impermeáveis a íons.
Canais: são íon-específicos (permite reconhecimento), são seletivos (íons perdem camada de água para entrar), tem abertura transitoria, aumento de íons aumentam fluxo através do canal até ponto de saturação.
## O íon deve perder a água para ser reconhecido pelo filtro de seletividade, onde encontra o oxigênio que tem o espaço perfeito para acomodar K+.
Abertura dos canais: mudança na voltagem da membrana, estresse mecânico e ligação a substancia ou neurotransmissor.
Canais sensíveis à voltagem: geram potenciais de ação.
Potencial de ação: é a inversão rápida da diferença de potencial da membrana, no qual o lado de dentro fica carregado positivamente em relação ao lado externo. Durante o potencial de ação a membrana é despolarizada quando atinge o limiar de excitabilidade e logo após repolarizada. Os canais se inativam enquanto a membrana ainda está despolarizada.
A Na+K+ATPase também é responsável por manter o sódio baixo e o potássio alto na célula. Os canais vazantes permitem a entrada e saída de K+. A carga negativa é resultado da saída de K+ pelos canais vazantes.
No potencial de repouso, os canais de repouso de K+ estão abertos e os canais voltagem-dependentes de Na+ estão fechados. Uma despolarização da membrana causada por um estímulo excitatório abre esses canais voltagem-dependentes de Na+ fazendo com que eles fluam para dentro da célula. Com isso entra Na+ na célula despolarizando a membrana e os canais sensíveis a voltagem se abrem também. É uma reação em cadeia, quando abrem os canais de Cl- e K+ há uma hiperpolarizaçao, o K+ que está mais concentrado dentro da célula começa a sair e o Cl- que está mais concentrado do lado de fora vai entrar.
Canal de Voltagem K+ dependente: ajuda o neurônio a trazer o potencial da membrana de volta ao repouso (negativo). A abertura após despolarizacao leva a saída do K+ permitindo a volta do potencial ao repouso. Porém o gradiente de K+ nao é tao forte quando o de.
Canal de Na+ seletivo a voltagem: em repouso (fechado), abre, passa e fica inativo, pois precisa voltar do repouso para ativar de novo.
Receptor de acetilcolina [canais iônicos ligados pelo neurotransmissor]
Há duas subunidades capazes de ligar acetilcolina no receptor e quando isso acontece o canal é aberto. Assim, o receptor pode funcionar com o canal aberto ou fechado mesmo com a acetilcolina nele. Se a concentração de acetilcolina cai, ele reverte para estado fechado e ele se torna inativo na presença persistente de acetilcolina.
Se entra muito Na+ quando o receptor de acetilcolina abre, ocorre despolarização e contração muscular.
No caso do curare, que se liga a um receptor neurotransmissor, ocorre relaxamento muscular porque ele bloqueia a junção neuromuscular e inibe o receptor de acetilcolina. Nos casos de depressão e ansiedade, as drogas agem em receptores GABA. Na presença deste, abrem-se canais permitindo que entre Cl- (cloreto).
Funções dos Fosfolipídeos: fonte de segundos mensageiros e ancoragem de proteínas às membranas.
1º Mensageiro: molécula ligante que ativa receptores alterando as moléculas sinalizadoras intracelulares, ou seja, alterando 2º Mensageiro (este é ativado rapidamente).
Obs 1: tem células que precisam receber esses 2 sinais para reagirem/ativarem.
Exemplos de mensageiros e ancoragem:
Receptor associado a proteína GTPASE: A GTP (1º Mensageiro), quando se liga ao receptor, ativa a proteína GTPASE (2º Mensageiro).
Receptor de insulina: quando a insulina se liga a receptor e se auto-fosforila.
PTN cinase: se auto-fosforila, atrai proteína para membrana e cria ponto de aconragem para ativação de outras proteínas.
A proteína cinase se auto-fosforila, atrai proteína para membrana e cria ponto de aconragem para ativação de outras proteínas.
Obs 2: o lipídio quebrado ou fosforilado serve para ativar ptn.
