Lipdeos e MembranasAngeles Perez Palhaangeles@ufpe.br

LipdeosDefinio: incerta; so pouco ou nada solveis em gua e solveis em solventes orgnicos (lcool, acetona, clorofrmio);

Caractersticas: apresentam algumas propriedades comuns como: similaridade estrutural; predominncia de grupos apolares

Ocorrncia: gema de ovo; sistema nervoso humano; membranas

Os lipdeos definem um conjunto de substncias qumicas que, ao contrrio das outras classes de compostos orgnicos, no so caracterizadas por algum grupo funcional comum, e sim pela sua alta solubilidade em solventes orgnicos e baixa solubilidade em gua. Fazem parte de um grupo conhecido como biomolculas. Os lipdeos encontram-se distribudos em todos os tecidos, principalmente nas membranas celulares e nas clulas de gordura.

Desempenham vrias funes biolgicas

Reserva de energia (1 g de gordura = 9 kcal) em animais e sementes oleaginosas.

Componente estrutural das membranas biolgicas.

So molculas que funcionam como combustvel alternativo na falta de glicose.

Isolamento trmico, eltrico e mecnico.

So responsveis pela proteo de clulas e rgos em todo organismo ( forma caracterstica).

Podem se comportar como molculas mensageiras ( como hormnios, prostaglandinas)

ClassificaoCadeia aberta: cabea polar e longa calda apolar, saturada ou insaturada, so anfipticos

Cadeia cclica: destacam-se os ESTERIDES

Cadeia cclica: ESTERIDES

Cadeia aberta: cidos graxos triacilglicerisesfingolipdeosfosfoacilglicerisglicolipdeos

cidos graxosSaturados: CH3 (CH2)10COOH - AC. LURICOCH3 (CH2)14COOH - AC. PAUMTICO

Insaturados: CH3 (CH2)5 CH=CH (CH2)7COOH - AC. OLEICO

CH3 (CH2)4 CH=CH (CH2)CH=CH(CH2)7COOH - AC. LINOLICO

CH3 (CH2 CH=CH)3 (CH2)7COOH - AC. LINOLNICO

Triacilgliceris

CONHECIDO COMO TRIGLICERDEO NO COMPEM MEMBRANASSO ARMAZENADOS EM CLULAS ADIPOSAS (ANIMAIS)

TRIACILGLICEIS CO2 + 9Kcal/g CARBOHIDRATOS CO2 + 4Kcal/gSo reserva energtica em animais e vegetais

Fosfolipdeos

Caractersticas:Contm um grupo aminadoEncontrados em plantas e animais (sistema nervoso,membranas)

C H2-O-CO R1 R2 -OC-OC-OH O C H2 O -P-O-X O-

Alguns fosfoacilglicerois

NOME DE XXNOME DO FOSFOLIPDEOETANOLAMINA-CH2CH2NH3FOSFATIDILETANOLAMINACOLINA- CH2CH2N+(CH3)3FOSFATIDILGLICEROL(LECITINA)SERINA- CH2CH(N+H3)COO-FOSFATIDILSERINA

Esfingolipdeos A principal diferena entre os esfingolipdios e os fosfolipdios o lcool: em vez do glicerol, so derivados de um amino lcool.

A presena do grupo amino em soluo aquosa pode ser convertido no on amnio.

So lipdeos importantes em estrutura das membranas biolgicas , particularmente no sistema nervoso

Formados por uma molcula de cido graxo de cadeia longa, a esfingosina - um aminolcool de cadeia longa - ou um de seus derivados, e uma cabea polar alcolica .

Os Esfingolipdeos contm 3 componentes fundamentais: um grupo polar, um cido graxo, e uma estrutra chamada base esfingide - uma longa cadeia hidrocarbnica derivada do d-eritro-2-amino-1,3-diol.

Neste grupo os mais simples so as ceramidas

Alguns Esfingolipdeos

Outra Classificao dos lipdeos

De acordo com a estrutura qumica: os que apresentam ligaes ster e podem ser hidrofilizados, tais como as ceras (denominam-se lipdeos hidrolisveis)os que no apresentam ligaes steres , no hidrolisveis onde se encontram os esteris, terpenos e terpenides

lipdeos hidrolisveis classificam-se em: lipdeos simples compostos

lipdeos no hidrolisveis se classificam em: isoprenoidesesterois.

Lipdeos hidrolisveisCeras ou graxasMisturas de steres de alto massa molecularconstitudas por cidos graxos e lcoois monohidroxiladosso abundantes na natureza, podem ser obtidas de fontes animais e vegetais Ex: cera de abelha, cera de carnaba, lanolina servem de cobertura protetora plantas e animais

Usada como cera para assoalho e automveisProteo ao pelo do animal

cidos graxos componentes de leos comestveis

Composio de alguns leos comestveis

Matria prima Ac. Palmtico Ac. Esterico Ac. Oleico Ac. Linoleico Ac. linolnicoaceite de milho10 5 45 38 0,6Aceite de oliva102825-10vestgiosaceite de soja 10 - 25 55 6,4Graxa de porco 30 15 45 5 Manteiga 25 10 35 -

cidos graxos

cidos graxos essenciais: Os AG poli-insaturados, no entanto, principalmente os da famlia do cido linolico e da famlia do cido linolnico devem ser obtidos da dieta, j que so sintetizados apenas por vegetais.

Estes cidos graxos participam como precursores de biomolculas importantes como as PROSTAGLANDINAS, derivadas do cido linoleico e com inmeras funes sobre contratibilidade do msculo liso e modulao de recepo de sinal hormonal.

Os cidos Graxos ao reagirem com bases produzem sabes

As molculas do sal de sdio dos cidos graxos, o sabo apresenta ao limpante devido a sua estrutura qumica, largas cadeias de hidrocarbonetos que apresentam uma ligao inica entre o anin carboxilato e o sdio, o que proporciona um carter hidrfilo.

Resultado o sal do acido graxo se dissolve em gua, a cadeia hidrocarbonada no polar (HIDROFOBA). So 2 efeitos contrrios: o sabo atrado pela graxas e por gua, resultando na ao limpante.

As partculas do sabo so suspensas na gua formando micelas de 50 a 150 molculas, onde as cadeias hidrocarbonadas se organizam e o grupo funcional fica exposto a gua, segundo esquema micelar

Esquema de micela dos sabes

A natureza do ction determina as propriedades do sal carboxlico formado.

Sais com ctions divalentes (Ca 2+ ou Mg 2+ ) no so solveis em gua, ao contrrio do formado com metais alcalinos (Na + , K + , etc.)

ReforandoA principal desvantagem dos sabes: precipitam em gua dura (gua contendo ons Ca2+ ; Mg2+; Fe2+), devido ao sal do cido poder intercambiar o on sdio por clcio, segundo a seguinte equao:

Esteris

Os esteris so lipdeos no hidrolisveis

no saponificveis

com estrutura qumica muito particular, apresentando quatro anis condensados, designados por A, B, C, D.

Os tomos de carbono so enumerados como se mostra na estrutura a seguir:

Caractersticas e curiosidadesOs esteris so encontrados quase todos os tecidos dos organismos vivos. Alguns atuam com como hormnios em animais e no homem.O colesterol um dos mais importantes componente das membranas celulares em animais superiores e intermedirio na biossntese de hormnios esterides.MAS pode ser sintetizado a partir do acetil coenzima A, e no necessrio como suplemento na dieta. Altos nveis de colesterol no sangue est associado a ateroscleroses (endurecimento das artrias).Outros esteris, como a cortisona e cortisol so amplamente utilizados para no tratamento de inflamaes devida a processos alrgicos ou artrite reumatide.Os andrgenos, estrgenos e progesterona so compostos estilides, assim como os cidos biliares. Cumprindo funes na regulao sexual, reprodutiva e em ltimo caso combinando-se com sais de sdio da glicina no intestino o que proporciona a formao de agentes emulsificantes, facilitando a digesto.

Os esterisSo lipdeos derivados do colesterol.

Alguns atuam, nos organismos, como hormnios.

Nos humanos, so secretados pelas gnadas, crtex adrenal e pela placenta.

A testosterona o hormnio sexual masculino.

O estradiol o hormnio responsvel por muitas das caractersticas femininas.

Os esterisSo lipdeos que no possuem cidos graxos em sua estrutura

Derivam do anel orgnico Ciclopentanoperidrofenantreno

Os esteris - esterides com funo alcolica - so a principal subclasse dos esterides.

Destes, o principal exemplo o Colesterol

O colesterol um esteride importante na estrutura das membranas biolgicas, e atua como precursor na biossntese dos esterides biologicamente ativos, como os hormnios esterides e os cidos e sais biliares

O excesso de colesterol no sangue um dos principais fatores de risco para o desenvolvimento de doenas arteriais coronarianas, principalmente o infarto agudo do miocrdio.

O colesterol, alm da atividade hormonal, tambm desempenha um papel estrutural:

Habita a pseudofase orgnica nas membranas celulares. Muitas vezes chamado de vilo, o colesterol um composto vital para a maioria dos seres vivos.

Membranas biolgicasDefinio:So barreiras de permeabilidade seletiva que apresentam carreadores especficos, contm receptores que captam estmulos externos

Caracterstica:So estruturas laminares de pouca espessura (60 a 100 )Constitudas principalmente de lipdeos e protenas em uma composio que pode variar de 1:4 a 4:1Os lipdeos das membranas so molculas pequenas que apresentam uma parte hidroflica e outra hidrofbicaEstes lipdeos formam camadas bi-moleculares em meio aquoso, cuja funo servir de barreira ao fluxo de molculas polares

Caractersticas das membranasAs membranas so conjuntos de molculas unidas cooperativamente, por diversas interaes no covalentesAs membranas so assimtricasAs membranas biolgicas no so estruturas rgidas, muitas das protenas e lipdeos deste rgo encontram-se em movimentoA fluidez da membrana controlada pela composio de cidos graxos

As membranas em dupla camada podem existir em um estado rgido, ordenado, ou em estado fluido, meio desordenado.

A transio do estado rgido para o fluido ocorre quando a temperatura elevada acima da temperatura de fuso:

Depende do grau de insaturao dos cidos graxos:Saturados- estado rgidoDuplas em cis favorece a mobilidade, so mais flexveis

As protenas das membranas podem apresentar as seguintes funes:

bombastransdutores de energiareceptoresreaes enzimticas

O modelo do mosaico fluido de Singer e Nicolson

A membrana um mosaico fluido de fosfolipdios e protenasTipos de membranas de protenasProtenas integraisProtenas perifricas ligadas a superfcieRegies de membrana diferem quanto as protenas lado interno x externo protenas expostas a um dos lados da superfcieexposta ambos lados regies dentro da bicamada

Membrana lipdica um fluido bidimensionalAs protenas podem se mover lateralmente

Algumas consideraes quanto a possveis limitaes no Modelo do Mosaico Fluido

Nem todas as protenas so livres para se difundir na membrana

Existem domnios laterais no plano da membrana

Presena de um citoesqueleto

Talvez alguns locais da membrana podem no estar organizados em um bicamada tradicional

Frmula do colesterol

Colesterol numa bicamada lipdica.

Permeabilidade das membranasPartculas lipossolveis: atravessam diretamente a bicamada lipdica.

Partculas no-lipossolveis: necessitam de um corredor aquoso como os canais inicos ou trasportadores especiais.

Alguns solutos como as macromolculas proticas so completamente impermeveis

Difuso simples As substncias lipossolveis (como o O2 , CO, o lcool, cido graxo, hormnios esterides, etc) difundem-se atravs da bicamada lipdica a favor do seu gradiente de concentrao.

Transporte de ons.

Os ons s atravessam a membrana atravs de corredores aquosos formados por canais proticos denominados canais inicos ou atravs de carreadores proticos. Transporte passivo

Canais sem comporta: permanentemente abertos Canais com comporta: assumem dois estados: abertos ou fechados. Seus portes se abrem ou se fecham mediante agentes externos (neurotransmissores, mudana de potencial da membrana, fosforilao, etc.) Canais sem comporta: esto sempre abertos, mas so seletivos conforme o raio de hidratao do on: canais de sdio, canais de potssio, canais de clcio, etc.

Os canais inicos so de dois tipos:

Difuso facilitadaAlgumas molculas hidrossolveis como a glicose e aminocidos no podem atravessar os canais inicos usam carreadores proticos.A partcula a ser transportada liga se a uma protena da membrana e muda a sua conformao espacial. Essa mudana causa a translocao da partcula de um lado para o outro da membrana. Quando o processo realizado a favor do seu gradiente eletroqumico , denomina-se de transporte por difuso facilitada. Transporte passivo

Transporte Ativo

Algumas partculas precisam ser transportadas contra o seu potencial de difuso e, para isso, ser necessrio consumir energia externa ao sistema (originada do metabolismo celular), esse tipo de transporte chamado de transporte ativo.

H dois tipos de transporte ativo:Transporte ativo primrio. Transporte ativo secundrio (ou acoplado).

Transporte ativo primrioO transporte da partcula se realiza com a hidrlise de ATP. Exemplo enzima ATPase Na/K que hidroliza o ATP e transporta 3Na+ para fora da clula e 2K+ para dentro ou vice -versa, ambos contra os respectivos gradientes eletroqumicos.A enzima conhecida como bomba dependente de Na/K (ou bomba de Na)

Transporte ativo primrio.

Transporte ativo secundrio (ou acoplado).A partcula transportada contra o seu gradiente.Exemplo: a glicose transportada contra o seu gradiente para dentro da clula utilizando a energia livre do gradiente de concentrao de outro soluto (superfcie epitelial do intestino). O on Na apresenta um gradiente de concentrao de fora para dentro da clula, portanto, dispe de energia potencial. Vrios solutos so co-transportados contra o seu gradiente usando um carreador. Se o movimento da partcula que pega carona e ocorre no mesmo sentido daquele que forneceu a energia denominado de sinporte e se no sentido contrrio, antiporte. Observe que tanto no transporte primrio e quanto o secundrio h consumo de energia.

Transporte ativo secundrio (ou acoplado).

LipossomasOs lipossomas foram desenvolvidos para melhorar a biodistribuio de frmacos em locais especficos do corpo humano. Portanto, passaram a ser reconhecidos como transportadores de compostos biologicamente ativos, tendo a capacidade de potencializar e/ou modificar a atividade dos compostos com os quais eles esto associados. Este efeito dependente da composio qumica e da estrutura fosfolipdica(GMEZ-HENZ & FERNANDEZ-ROMERO, 2006).

Demonstrao do efeito reservatrio do Lipossoma. Adaptado do CatlogoLipo Chemicals INC. and Biozone Laboratories INC.

Graas poro hidroflica dos seus constituintes, retm gua na sua estrutura podendo encapsular substncias de naturezas diversas. So partculas esfricas de lipdeos com tamanhos de algumas dezenas de nanmetros a alguns micrmetros, apenas visveis em microscpios de alta resoluo. Os lipossomas apresentam a vantagem de permitirem veicular o princpio ativo ao local que deve ser tratado e promover a liberao controlada e localizada do frmaco, tornando possvel administrar doses superiores de medicamento e evitando os efeitos secundrios observados nas terapias convencionais

A grande vantagem da utilizao dos lipossomas que se assemelharem membrana celulares. Por isso, interagem intima e eficientemente com as clulas e tecidos do organismo. Os lipossomas so constitudos por compostos anfiflicos

Caractersticas dos lipossomasA encapsulao e a reteno de substncias ativas incorporadas em lipossomas dependem:Natureza e da concentrao do fosfolpidoNatureza e concentrao da substncia ativaCondies de obteno dos lipossomas. A localizao da substncia ativa na estrutura do lipossoma depende do seu coeficiente de partio entre as fases aquosa e lipdica.A quantidade mxima da substncia a ser incorporada dependente da solubilidade total em ambas as fases e do tipo de estrutura do lipossoma

Por se assemelharem s membranas das clulas: so vrios os mecanismos pelos quais pode ocorrer transferncia ou troca dos seus constituintes. Por exemplo: a transferncia de fosfolpidos da membrana do lipossoma para a membrana das clulas (aplicaes cosmticas)Os lipossomas em teoria podem alterar as propriedades da pele (rigidez, elasticidade) por fornecimento de fosfolipdios requeridos e outros componentes de membranas da pele.

As principais vantagens do emprego de lipossomas para a administrao de frmacos ou cosmticos de aplicao cutnea so:

A capacidade de poderem transportar substncias hidro- e lipossolveis Apresentarem alta afinidade pelas membranas biolgicasSerem constitudos por compostos anfiflicos naturais biocompatveis e biodegradveis.

(A): Lipossoma unilamelar contendo substncias ativa solubilizadas na fase aquosa e na bicamada lipdica; (B) Corte transversal de lipossoma unilamelar.

(Figuras retiradas de Chorilli et al., 2004, Infarma 16 (7-8): 75).