Membranas Biológicas
Dra
Dra.
.
Fernanda
Fernanda
Canduri
Canduri
Laboratório
Laboratório
de Sistemas
de
Sistemas
BioMoleculares.
BioMoleculares
.
Departamento
Departamento
de Física
de
Física. UNESP
. UNESP
São
São
José do Rio Preto
José do Rio
Preto
-
-
SP.
SP.
Introdução
Conteúdo
•
Proteínas de membrana
–
Proteínas integrais de membrana
–
Proteínas ligadas a lipídeos
–
Proteínas periféricas de membrana
•
Estrutura e montagem de membranas
–
O modelo do mosaico fluido
–
A membrana do eritrócito
–
A assimetria dos lipídeos
Conteúdo
•
Lipoproteínas e endocitose mediada por receptores
–
Estrutura de lipoproteínas
–
Endocitose de LDL mediada por receptores
•
Transporte através de membranas
–
Mecanismos de transporte mediado
–
Transporte ativo impelido por ATP
A assimetria dos lipídeos
• Os componentes da membrana tem orientações específicas
– as duas lâminas da bicamada não são equivalentes nem
em composição nem em função
•
As glicoproteínas e os glicolipídeos estão invariavelmente
orientados com as suas porções de carboidratos voltadas
para o exterior da célula
•
Em eucariotos, as enzimas que participam da biossíntese
de lipídeos de membrana são proteínas integrais de
membrana do retículo endoplasmático (RE)
•
Em procariotos, os lipídeos são sintetizados na membrana
plasmática
Os fosfolipídeos sintetizados de um lado da membrana
chegam ao outro lado rapidamente
• Os movimentos “flip-flop” dos fosfolipídeos parecem ser
facilitados de duas maneiras:
–
As membranas possuem flipases
–equilibram a
distribuição de seus fosfolipídeos– difusão facilitada
–
As membranas contém proteínas conhecidas como
fosfolipídeo-translocases
que transportam fosfolipídeos
específicos pela membrana em um processo impelido por
hidrólise de ATP – há uma distribuição desigual da
A importância dos sistemas de transporte de lipídeos é
demonstrada pela observação de que a presença de
fosfatidilserina no exterior de muitas células induz a
coagulação sanguínea – indicação de dano no tecido.
Nos eritrócitos, marca a célula para remoção da circulação
• Novas membranas são geradas pela expansão das
membranas já existentes
•
Os lipídeos sintetizados
na superfície
citoplasmática do RE
são transportados para
outras partes da célula
por vesículas que
brotam do RE e
fundem-se com outras
membranas celulares –
carregam também
A rota secretória
•
As proteínas de membrana são sintentizadas nos
ribossomos de acordo com a informação contida nos
moldes de RNA mensageiro
• Os ribossomos podem estar livres no citosol ou associados
ao RE
•
Ribossomos livres sintetizam principalmente proteínas
solúveis e mitocondriais,
ao passo que os ribossomos
ligados a membrana produzem proteínas transmembrana e
proteínas destinadas à secreção, à operação no interior do
RE e à incorporação em lisossomos
A hipótese do sinal
•
Explica de modo parcial como grandes polipeptídeos
relativamente polares passam através da membrana do RER a
medida que são sintetizados
O polipeptídeo passa
pela membrana por meio
de um canal protéico
transmembrana. O
peptídeo sinal, a
partícula de
reconhecimento de sinal
(PRS) e o receptor da
PRS dissociam-se. GTP é
hidrolisado em GDP + Pi
As proteínas são destinadas a sítios específicos
Após a síntese no RER, as proteínas transmembrana
secretórias e lisossômicas parcialmente processadas aparecem
no aparelho de Golgi
As proteínas imersas na membrana ou livres na luz
movem-se de um compartimento do Golgi para outro –
ocorre processamentos pós-tradução adicionais como a
glicosilação
No compartimento final do Golgi, as proteínas são
classificadas e enviadas para seus destinos celulares
finais.
As proteínas são transportadas do compartimento de
Golgi para seus destinos finais através das
vesículas
revestidas
Estas vesículas são cobertas por uma estrutura poliédrica
formada pela proteína clatrina, que atua como um esqueleto
flexível
Em todos os casos, o brotamento de uma vesícula e a
sua fusão com outra membrana preservam a orientação
de suas proteínas transmembrana
Assim, a luz do RE e do aparelho de Golgi são
equivalentes à superfície exterior da célula.
Explicando por que razão as porções de carboidratos
das glicoproteínas integrais de membrana ocorrem
apenas nas superfícies externas de membranas
Síntese de
proteínas
Lipoproteínas e endocitose mediada por
receptores
Os lipídeos, como os fosfolipídeos, os triacilgliceróis e o
colesterol, são pouco solúveis em soluções aquosas
Estrutura de lipoproteínas
São partículas globulares tipo micelas que consistem de
um núcleo apolar de trialcilgliceróis e ésteres de
colesteril envolvidos por um revestimento anfifílico de
proteínas, fosfolipídeos e colesterol
Há cinco classes de lipoproteínas
1. Quilomícrons, que transportam triacilgliceróis e
colesterol exógenos do intestino para os tecidos
2.
VLDL, IDL e LDL são um grupo de partículas
relacionadas que transportam triacilgliceróis e
colesterol endógenos do fígado para os tecidos
3.
HDL, que transportam colesterol endógeno dos
tecidos para o fígado
Estrutura de lipoproteínas
•
Cada lipoproteína contém uma quantidade suficiente de
proteínas, fosfolipídeo e colesterol para formar uma
monocamada dessas substâncias na superfície da partícula
•
As densidades das lipoproteínas aumentam com o
decréscimo do diâmetro da partícula, pois a densidade do
revestimento externo é maior que a do núcleo interno
•
Assim, a HDL, que é a mais densa das lipoproteínas, é
também menor.
HDL
Apolipoproteínas revestem a superfície das
lipoproteínas
•
Apolipoproteínas são os componentes protéicos das
lipoproteínas
• A maioria é solúvel em água e está associada de maneira
bastante fraca às lipoproteínas
•
Possuem um elevado conteúdo de hélices, que aumenta
quando elas são incorporadas a lipoproteínas
• As hélices são estabilizadas pelo ambiente lipídico
•
Tipos:
apolipoproteína A-I - quilomícrons e HDL
Endocitose de LDL mediada por receptores
•
O colesterol é um componente essencial das membranas
de células animais
•
Células podem obter colesterol de uma fonte exógena ou,
se essa fonte for insuficiente, por meio de síntese interna
• As células obtêm colesterol principalmente por meio de
endocitose mediada por receptores de LDL
(engolfamento)
Endocitose de LDL
mediada por receptores
1.
LDL liga-se especificamente
a receptores nas cavidades
revestidas
2.
As cavidades formam as
vesículas revestidas
3.
Despolarização das clatrinas
como trisquélios, formando
vesículas lisas
4.
As vesículas fundem-se ao
endossomo
5.
Dissociação da LDL de seu
receptor
6.
Reciclagem dos receptores
de LDL na membrana (7)
8. Endossomo funde-se ao
lisossomo (9), formando o
lisossomo secundário (10),
onde ocorre a hidrólise dos
componentes
O receptor de LDL entra e sai da célula, em um
processo cíclico, a cada 10 minutos
•
Muitos receptores de superfície celular são reciclados
entre a membrana e o compartimento endossômico
•
Defeitos no sistema receptor de LDL causam níveis
excepcionalmente elevados de colestetol circulante, com o
consequente aumento do risco de ocorrência de doenças
cardíacas
Transporte através de membranas
•
As reações metabólicas ocorrem no interior de células ou
de organelas que estão separadas do ambiente que as
cerca por membranas
•
As proteínas mediam todos os movimentos
transmembrana de pequenos íons inorgânicos e também
de metabólitos, como aminoácidos, açúcares e
nucleotídeos
O transporte pode ser mediado ou não-mediado
• Existem dois tipos de processos de transporte:
transporte não-mediado e mediado
•
O transporte não-mediado ocorre por difusão simples
• O transporte mediado ocorre graças à ação de proteínas
transportadoras específicas
•
A força que movimenta o fluxo não-mediado de uma
substância através de um meio é o seu gradiente de
potencial químico
•
As moléculas apolares difundem-se de forma fácil através
de membranas biológicas por transporte não-mediado, de
acordo com o gradiente de concentração
•
As moléculas de água, devido ao seu tamanho e altas
concentrações, permitem a entrada rápida através da
membrana
O transporte mediado é classificado em duas
categorias:
1.
Transporte passivo:
difusão facilitada – uma molécula
específica flui de uma alta concentração para uma baixa
concentração
2.
Transporte ativo:
uma molécula específica é
transportada de uma baixa concentração para uma alta
concentração, contra o seu gradiente de concentração
Mecanismos de transporte mediado
•
Substâncias muito polares para se difundirem
automaticamente através de bicamadas lipídicas podem
ser transportadas através das membranas complexadas
com moléculas transportadoras – carreadores
Ionóforos, um tipo de molécula transportadora de
íons, facilitam a sua difusão
•
Eles aumentam a permeabilidade das membranas a
determinados íons, ligando-se a eles, difundindo-se
através da membrana e liberando-os do lado oposto
A – ionóforo formador de canal
•
Permitem
passivamente
a difusão de
íons através
de uma
membrana
em ambas as
direções
•
Não geram
um gradiente
de
concentração
de íons
B – ionóforo carreador
As porinas são seletivas a solutos
•
A porina OmpF é fracamente seletiva a cátions, ao passo
que a porina PhoE de
E. coli
(63% idêntica à primeira) é
fracamente seletiva a ânions
As proteínas transportadoras alteram
conformações
• Elas operam por um mecanismo de canal ou poro
•
Transportador de glicose de eritrócitos
– glicoproteína de
55 kDa – possui hélices que atravessam a membrana e
formam um cilindro hidrofóbico envolvendo um canal
hidrofílico, por meio do qual a glicose é transportada do
fluido extracelular para o citosol
•
O transportador possui sítios de ligação de glicose de
ambos os lados da membrana.
Transporte de glicose
• A glicose liga-se a
proteína
• Uma mudança
conformacional oclui
o primeiro sítio,
expondo-o do outro
lado da membrana
• A glicose dissocia-se
da proteína
• Na ausência de
glicose, a proteína
volta à sua
conformação inicial
As proteínas transportadoras alteram conformações
• Todas as proteínas de transporte conhecidas parecem ser
proteínas transmembrana assimetricamente localizadas
que se alteram entre os dois estados conformacionais
•
Nesses dois estados, os sítios de interação com o ligante
são expostos de modo alternado, em cada um dos lados
opostos da membrana
Algumas proteínas de transporte movem mais
de uma substância de cada vez
•
Transporte uniporte:
envolve o movimento de uma única
molécula de cada vez
•
Transporte simporte:
transporta simultaneamente duas
moléculas diferentes na mesma direção
•
Transporte antiporte:
transporta simultaneamente duas
moléculas diferentes em direções opostas
Transporte ativo impelido por ATP
•
Muitas substâncias estão disponíveis de um lado da membrana
em concentrações mais baixas do que as necessárias do lado
oposto
•
Tais substâncias devem ser ativa e seletivamente transportadas
através da membrana contra seus gradientes de concentração
•
o transporte ativo é um processo endergônico que está
acoplado à hidrólise de ATP
• ATPases ligadas a membranas transladam cátions – realizam o
transporte ativo primário
•
No secundário, a energia livre do gradiente eletroquímico gerado
por uma ATPase bombeadora de íons é utilizada para transportar
uma molécula neutra contra o seu gradiente de concentração
ATPase é chamada de bomba de (Na
+
-K
+
)
3Na
+(interior) + 2K
+(exterior) + ATP + H
2
