Aula II

Membranas

Algumas propriedades físico-químicas

PE PS PC SMFosfolipídios mais comuns em membranas palsmáticas de mamíferos

Estruturas lipídicas formam-se espontaneamente

• interações hidrofóbicas são importantescabeçapolar

cauda

•Lipídios é uma molécula anfipática

monocamada

arágua

Micela Bicamada lipídicaMicela Invertida(em solvente não polar)

Bicamadas lipídicas

• interações Hidrofóbicas

Vesículas multilamelaresVesículas unilamelares (liposomos)

multibicamada orientada bicamada plana (Black Lipid Membrane – BLM)

Cabeça polar Cabeça polar

Cauda dehidrocarbonetos

Transição de fase de membranas A temperatura na qual uma ocorre uma mudança

radical no estado físico da membrana é chamado de temperature de transição or temperature de fusão, Tm;

Os lipídios sofrem uma transição de fase gel para líquido cristalina quando a membranas é aquecida e passa pela temperature de transição, Tm;

Cap

térm

ica

temperature Tm

gelLíquidocristalino

Membrana gel acilas trans Membrana líquido-cristalacilas cis

transBaixa energia

cis Alta energia

faselíquido-cristalina

Capa

cidad

e Té

rmica

Temperatura

fase gel

Transição de fase gel - líquido cristalina principal das caudas de hidrocarbonetos que ocorre em membranas modelos (Gennis, 1989, p. 67). Uma das técnicas mais utilizadas para estudar esta transição é a calorimetria diferencial de varredura (Gennis, 1989, p. 65).

Q=m C T

Temperature de transição, Tm

Tm é específico do fosfolipídio; Tm aumenta com o comprimento da cauda e diminui com a insaturação, depende da natureza da cabeça polar;

A transição da fase organizada para a fase líquido cristalino é sempre endotérmica (absorve calor);

A transição ocorre numa faixa estreita de temperatura (< 1ºC);

Temperatura de transição de membranas biológicas, quando mesurável, depende da composição lipídica e protéica;

Células podem ajustar a composição lipídica de suas membranas para manter a fluidez conforme mudanças do meio

Cabeça polar Cabeça polar Cadeias de hidrocarbonetos

L: líquido-cristalinoL: gelP: ripple (enrrugada)

Influência da dupla ligação cis na cadeia de hidrocarbonetos. empacotamento das caudas muito mais difícil

Presença de un AG insaturado entre PL

OO OO

V1 V2

V2 > V1

Diminução da interação entre moléculas vizinhasDiminuindo as interações de Vander Waals.

Aumento da fluidez

DSPC Tm = 60 0CDOPC Tm = -22 0C

Aumento da fluidez sem “sacrificar” a hidrofobicidade.

Efeito do Colesterol-fase gel : aumenta fluidez-Fase líquido-cristalina: diminui fluidez-Membranas biológicas de mamíferos – alto conteúdo de colesterol – controle da fluidez

Mobilidade na bicamada

• Proteínas de membranas e Lipídios podem se difundir lateralmente por até alguns mícrons/segundo no plano da membrana (1 mícrom = 10-6 m);

• Movimento transversal (de uma camada para outra) é muito mais lenta para proteínas e lipídios.

Assimetria lateral de membranas

proteínas não são uniformemente distribuídas na bicamada

lipídica; lipídios (separação de fase)

Separação de fase pode ser induzida (por ex., Ca2+);

Colesterol provocar regiões ricas em colesterol-phospholipídios;

Certas proteínas de membrana também podem induzir a localização de lipídios;

Add Ca2+

Table 1.1: Applications of model membranes in sciences. Taken from [4].Discipline - Application

oMathematics Topology of two-dimensional surfaces in three-dimensional space governed only by bilayer elasticity.oPhysics Aggregation behaviour, fractals, soft and high-strength materials.oBiophysics Permeability, phase transitions in two-dimensions,photophysics.oPhysical Chemistry Colloid behaviour in a system of well-denedphysical characteristics, inter- and intra-aggregate forces, DLVO-theory.oChemistry Photochemistry, articial photosynthesis,catalysis, microcompartmentalization.oBiochemistry Reconstitution of membrane proteins into articial membranes.oBiology Model biological membranes, cell fusion, recognition.oPharmaceutics Studies of drug action.oMedicine Drug-delivery and medical diagnostics, genetherapy.

[4] D. D. Lasic. Applications of liposomes. In R. Lipowsky and E. Sackmann, editors, Structure and Dynamics of Membranes, chapter 10, pages 491{519. North-Holland, Amsterdam, 1995.