Células e Membranas

As membranas são os contornos das células, compostos por uma bicamada lipídica

Organelas são compartimentos celulares limitados por membranasA membrana plasmática é por si só uma organela.Todas as membranas são topologicamente esféricas (veja diagrama acima)

Células procarióticas: 1 compartimento composto de uma única membrana que envolve acélula. O citoplasma e o DNA estão contidos em um único compartimento

exemplo: bactéria

A maioria das bactérias possui uma parede celular cercada por uma membrana plasmática

A membrana plasmática denota o contorno da células. Ela separa o interior da célulado exterior da célula.

O DNA nas células das bactérias possui uma extensão de ~1mm. NO entanto, ascélulas possuem uma extensão de apenas 2~2um – o DNA é enrolado e dobrado dentro dascélulas.

A glicólise ocorre no citoplasma de todos os organismos (procarióticos e eucarióticos)

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Células eucarióticasAs células são envoltas pela membrana plasmática. Os compartimentos internos

(também chamados organelas) também são envoltos por membranas. As células sãodefinidas pela membrana plasmática externa. As membranas também definem oscompartimentos intracelulares.

Uma célula eucariótica

(de: http://esg-www.mit.edu:8001/esgbio/cb/org/animal.gif)

Membrana Plasmática – composta de uma bicamada lipídica

Núcleo e Mitocôndria são envoltos por duas membranas (interna e externa)

Citosol – áreas aquosas dentro do núcleo das células. O citosol não inclui a organelas

As células possuem diversos compartimentos, definidos por membranas

Exemplo:

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Lisossomo: vesícula ou compartimento onde as proteínas e outras moléculas sãodegradadas; contém enzimas digestivas

O interior dos lisossomos é bastante ácido.

O lisossomo contém proteases (que degradam as proteínas) e nucleases que degradam osácidos nucléicos–DNA, RNA)

Núcleo: Compartimento celular que contém o DNA

RNA é sintetizado no núcleo e enviado para o citoplasma para translação

Mitocôndria: organela das células eucarióticas, e o principal sítio de geração (fonte deenergia) de ATP. a mitocôndria é composta por uma membrana externa e uma membranainterna intensamente pregueada.

Cada organela, inclusive a membrana plasmática, possui sua própria composição deproteínas.

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(de: http://esg-www.mit.edu:8001/esgbio/cb/org/mito.gif)

Estrutura da Membrana− bicamada de fosfolipídeos− contém proteínas (algumas são proteínas intrínsecas, outras são proteínas

transmembrana que transportam moléculas para dentro e para fora dascélulas ou agem como receptores da superfície celular)

Exemplo de uma proteína de membrana:

Todas as membranas são compostas de uma bicamada lipídica que contém fosfolipídeoscompostos de ácidos graxos saturados e insaturados.

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Ácidos graxos insaturados dão mais fluidez à membrana uma vez que possuem C=C e C-CAs ligações dos fosfolipídeos resultantes (como o ácido oléico e o ácido linoleicopoliinsaturado) fornecem maior fluidez.

Ácidos Graxos são longas cadeias de carboidratos ligadas à um grupo carboxílico ex.:CH3(CH2)

nCOOH (n é usualmente 8-12)

Fosfolipídeos são formados quando 1 molécula de glicerol é esterificada por dois ácidosgraxos.

Os fosfolipídeos encontrados nas membrana celulares são modificados no grupo fosfato

Um fosfolipídeo com uma modificação etanolamina é chamado: fosfatidiletanolamina

Fosfolipídeos podem ser representados como

Os fosfolipídeos são armazenados dentro da bicamada lipídica em virtude das reaçõeshidrofóbicas entre as cadeias de ácidos graxos e fosfolipídeos (os emaranhamentos nosácidos graxos insaturados rompem essas ligações)O armazenamento também protege os ácidos graxos do ambiente hidrofílico.

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O armazenamento das cadeias graxas acil deve-se às interações de Vander Walls eefeitos hidrofóbicos.

A distância completa da bicamada lipídica é de aproximadamente 3 nm ou 30angstroms.

Os fosfolipídeos formam espontaneamente bicamadas em soluções líquidas. Cadeias decarboidratos nunca estão expostas à água; bicamadas de fosfolipídeos geralmente formamcompartimentos fechados – uma membrana contínua sem bordas livres.

Os fosfolipídeos geralmente apresentam três formas distintas em solução:Micelos – vesículas com um interior hidrofóbicoLipossomos – vesículas com interior aquosoLâminas de Bicamadas (apesar de não haver bicamada lipídica em solução aquosa,

teremos bordas livres.

Todas as membranas biológicas formam compartimentos fechados e apresentam aparênciatopográfica semelhante a esferas.

Observe o potencial elétrico através de uma membrana celular:

A membrana age como um capacitor: armazena uma carga através da membrana. A regiãohidrofóbica age como um isolante, não permite a passagem de água e íons.

Isolante – região hidrofóbica (cadeias de ácidos graxos)Capacitor – grupo hidrofílico do corpo (grupo fosfato)

Em praticamente todas as células, o interior é negativo em relação ao exterior. O potencialelétrico através da membrana é -70mV.

70mV não parece alto. No entanto, se consideramos a espessura da membrana (~3.5 nm)0,07 V/ 3,5 x107cm = 200,000 volts/centímetro!

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Membrana Plasmática da Célula (Modelo do Mosaico Fluido)

(De: http://www.bgsu.edu/departments/chem/midden/MITBCT/mem/structure.html)

Características da Membrana Plasmática:

− Membrana plasmática mantém moléculas pequenas como o ATP, mas tambémexcreta pequenas moléculas residuais

− Membrana plasmática é uma barreira seletiva. É relativamente impermeável paraa maioria das molécula, como íons, açúcares, aminoácidos – moléculas que ascélulas precisam absorver.

− Membrana plasmática contém proteínas que são usadas na absorção e excreção depequenas moléculas¡ As proteínas nas membrana ajudam a ligar as células – moléculas adesivas que

unem as células umas às outras para formar os tecidos¡ Certas molécula passam através das membranas plasmáticas por meio das

proteínas¡ A membrana plasmática contém diversas proteínas diferentes – algumas

proteínas são chamadas de receptores (ligam-se a moléculas como oshormônios) e outras são chamadas de proteínas de transporte (transportam asmoléculas para dentro/fora das células)

− As células contém um número diferente de organelas – muitas das quais sãoenvoltas por membranas (bicamada lipídica)

− Cada organela é um órgão especializado, determinado principalmente pelos tiposde proteínas encontradas no seu interior, assim como pelo tipo de proteínasencontradas na membrana celular.

Como as proteínas entram nas membranas (quais possuem interiores hidrofóbicos)?Todas as proteínas possuem ligações C=O e N-H... que são ligações polares. Isso não

deveria ser um problema no interior hidrofóbico da membrana?

Isso não é um problema uma vez que a região transmembrana da proteína forma umaestrutura chamada hélice (hélice alfa), que permite que os grupos C=O e N-H liguem-seuns aos outros e não interajam com a região hidrofóbica da membrana plasmática.

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Estrutura da Hélice

(De http://esg-www.mit.edu:8001/esgbio/lm/proteins/structure/structure.html)

Dois Pontos a Respeito da Estrutura da Hélice1) Extensas ligações de hidrogênio entre os grupos NH e C=O.2) Os grupos polares NH e C=O encontram-se no interior da hélice. Os grupos R

(cadeias laterais) dos aminoácidos projetam-se para fora da hélice.

Quais tipos de aminoácidos seriam encontrados na região transmembrana de uma proteína?Aminoácidos com grupo R hidrofóbicos. Os grupos R hidrofóbicos interagem de

forma favorável com o interior hidrofóbico da membrana plasmática

Os aminoácidos a seguir podem ser encontrados na região transmembrana de uma proteína:

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Exemplos de proteínas transmembrana1) Observe o receptor de insulina (um hormônio) situado na membrana plasmática

de uma células

2) Transportados de Glicose:

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Na realidade, as hélices não estão alinhadas, elas estão agrupadas para formar um poroatravés do qual a glicose pode ser transportada:

Esses transportadores são proteínas específicas da membrana que transportam as moléculas(ex.: glicose) através da membrana. As proteínas ligam-se às moléculas, as transportamatravés da membrana e então as liberam do outro lado. Após o processo, o transportadorpermanece inalterado:

Observe uma organela especializada chamada lisossomo na célula:

A membrana do lisossomo contém proteínas especializadas usadas na manutenção danatureza ácida do interior (lúmen) do lisossomo.

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1) Bomba de Prótons (H+) ativada por ATPa. Bombeia íons H+ para o interior dos lisossomosb. Usa a energia obtida a partir da hidrólise do ATP (ATP [x] ADP + Pi) para

bombear íons H+ para o lúmen dos lisossomos. A aumento da [H+] resultano pH baixo (acidez) do lisossomo.

2) Proteína do Canal de Cl-a. Permite o fluxo de Cl- na direção de seu gradiente de concentração para

dentro do lisossomo.b. Íons Cl- equilibram i aumento na carga gerada pelos íons H+

A concentração de íons H+ é 100x maior no lúmen do lisossomo do que no citosol!!!!

Observe uma célula especializada chamada eritrócito:

− o eritrócito (também conhecido como glóbulo vermelho) é um disco bicôncavo− o glóbulo vermelho tornou-se anucleado (perdeu seu núcleo) durante a

diferenciação celular (desenvolvimento do glóbulo vermelho)− o glóbulo vermelho é composto por hemoglobina (proteína transportadora de

oxigênio)− A meia-vida do glóbulo vermelho (t1/2) é de 120 dias.

Apesar de o glóbulo vermelho possuir um diâmetro de ~7um, ele possui forma flexível, oque permite que ele passe através de capilares mais estreitos no sistema circulatório.

A flexibilidade do glóbulo vermelho deve-se e é estendida à rede do citoesqueleto sob amembrana plasmática

Observe a membrana plasmática do eritrócito e a rede de proteínas:

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Redes densas de proteínas também conectam células. Duas células podem ser conectadaspor uma rede completa de proteínas: juntas

Revisão:− Todas as membranas são compostas de fosfolipídeos dispostos em uma bicamada

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− Todas as organelas são ligadas por membranas− Todas as organelas são compostas por proteínas que:

¡ Fornecem forma à organela¡ Transportam molécula através das membranas¡ Fornecem características à organela