Biomembranas

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Biomembranas

  1. 1. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUC Tema 4 - Biomembranas 1. Introdução As biomembranas desempenham um papel essencial na organização topográficas domeio interno, delimitando duas zonas principais: o núcleo e o citoplasma, e ainda as zonasinternas do reticulo endoplasmático e do complexo de Golgi (semelhantes, topologicamente àzona extracelular).Podem considerar-se duas faces: - Interna ou citosólica – virada parao citosol - Externa ou exoplasmática –voltada para o exoplasmaAs biomembranas foram-se especializandopara funções distintas. São constituídas por lípidos e proteínas, e por vezes, também por glícidos associados aestes compostos. Os principais lípidos destas membranas são os fosfolípidos existindo tambémglicolípidos e esteróides. Estes lípidos são constituídos por moléculas anfipáticas pois sãoconstituídos por duas partes distintas com diferentes afinidades para a água: - Cabeça polar ou hidrofílica - Cabeça apolar ou hidrofóbica,uma vez que os ácidos gordos que asconstituem são apolares A presença de ligações duplas(lípidos insaturados) está relacionadacom a fluidez da membrana. Os fosfolípidos variam emforma, tamanho e carga eléctrica. Sãoconstituídos por um grupo fosfato (sempre carregado negativamente) e por um grupo glicerol(que se pode ionizar e ficar com carga positiva que anulará a negativa formando um fosfolípidoneutro, por isto o pH da molécula é neutro. Quando a cabeça esta carregada negativamenteforma-se um fosfolípido não neutro, acídico). 1 Tema 4 - Biomembranas
  2. 2. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUCNas membranas existem três classes de lípidos (fosfolípidos): - Fosfoglicerídeos - Esfingolípidos - EsteróidesEstas classes diferem na sua estrutura química, abundância e função que desempenham namembrana celular. Existem também glicolípidos.FOSFOGLICERÍDEOSESFINGOLÍPIDOS 2 Tema 4 - Biomembranas
  3. 3. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUCESTERÓIDES Os lípidos estão distribuídos assimetricamente nos dois folhetos da membranaplasmática, costumam ser mais abundantes num dos folhetos. O folheto exoplasmático consiste essencialmente de fosfatidilcolina e esfingomielina. O folheto citoplasmático apresenta fosfatidilamina e fosfatidilserina. Como a cabeçadesdes fosfolípidos esta carregada negativamente, o folheto interno tem uma carga negativa. NOTA: Os glicolípidos são exclusivos ao folheto externo. 3 Tema 4 - Biomembranas
  4. 4. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUC 2. Estrutura em bicamada das biomembranas Como os fosfolípidos são anfipáticos, a estrutura da membrana será: Em cada face da camada encontra-se 50% de fosfolípidos, estando os outroscomponentes desigualmente distribuídos pelas faces. O colesterol liga-se fortemente à cabeça hidrocarbonada dos fosfolípidos através dasua própria cabeça hidrocarbonada, sendo mais forte essa ligação do que entre os váriosfosfolípidos. As proteínas têm um papel importante nas membranas biológicas, quer a nívelestrutural, constituindo as membranas, quer no que diz respeito às funções dasbiomembranas, que são específicas, consoante o tipo de proteínas nelas presentes. As proteínas desempenham funções estruturais, enzimáticas, de receptores de sinaisou ligandos e de transportadores. Dependendo do tipo de interacçãodas proteínas com a bicamada lipídica,temos: - Proteínas integrais ouintrínsecas - Proteínas periféricas ouextrínsecas - Ancoradas em lípidos 4 Tema 4 - Biomembranas
  5. 5. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUC 3. Crio-fractura/ Crio-gravaçãoOBJECTIVO: Revelar a organização estrutural das bicamadas Esta técnica tem por base a análise ultraestrutural de moldes de superfícies demembranas previamente congeladas e sujeitas a crio-fractura.FRACTURA - Os componentes células são congelados e fixados (-190ºc/-195ºC) através da imersãode uma fase liquida (criogénico), não havendo formação de cristais nem destruição daestrutura da célula. A amostra é inserida numa camara onde existe uma faca de aço que vaiprovocar uma fractura irregular, nas zonas de menor resistência da célulaGRAVAÇÃO - É efectuada uma desidratação parcial através da sublimação do gelo na superfície dafractura, através de ma mudança brusca de temperatura. Depois o material é coberto por umapelicula de carbono, formando um molde do material cuja função é dar-lhe suporte. Deseguida, é vaporizado na superfície do material, num certo angulo, um metal (platina). Estereforça a pelicula de carbono e confere relevo ao molde. Por fim o material é dissolvido comácido, podendo o molde de carbono e metal ser observado através de microscopia electrónica. 5 Tema 4 - Biomembranas
  6. 6. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUC A crio-fractura é importante no estudo da distribuição das proteínas nasbiomembranas. Nesta técnica dá-se o “splitting” das biomembranas, abrindo-as ao meio, poishá uma ruptura nas ligações hidrofóbicas da cadeia hidrocarbonada dos ácidos gordos dascaudas dos fosfolípidos. CONCLUSÃO: As membranas biológicas são constituídas por uma bicamada contínua delípidos anfipáticos onde se intercalam proteínas transmembranares. 6 Tema 4 - Biomembranas
  7. 7. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUC 4. Modelo do mosaico fluido Os lípidos e as proteínas distribuem-se nas membranas numa espécie de mosaico –assimetria. Lípidos e proteinas integrais movem-se no plano da bicamada – fluidez. Estas moléculas apresentam difusão lateral, movimento de translação na bicamada, umavez que as ligações são fracas. Possuem também movimento de rotação. Os fosfolípidosapresentam ainda movimento de flexão e movimento flip-flop raros, passando uma moléculade uma camada para a outra, através da utilização de energia e da catalisação por parte deenzimas (flipases ou translocases de lipidos). 7 Tema 4 - Biomembranas
  8. 8. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUCFACTORES QUE INFLUENCIAM A FLUIDEZ DAS BIOMEMBRANAS: - Natureza química dos seus componentes (grau de saturação das cadeias de ácidosgordos) - Natureza química dos seus componentes (características químicas e estruturais docolesterol) - Temperatura fisiológica 8 Tema 4 - Biomembranas
  9. 9. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUC 5. Formação de balsas ou jangadas de lípidos 6. Técnicas representativas da fluidez das BiomembranasTÉCNICAS FÍSICAS: - Difracção dos raios X - Espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN) - Espectroscopia de ressonância mínima do Spin electrónico (ESR) - Microscopia de fluorescênciaTÉCNICAS BIOLÓGICAS: - Fenómeno da formação de Capuz - Fenómeno de fusão celular - Restabelecimento da fluorescência após fotobranqueamento (FRAP) 9 Tema 4 - Biomembranas
  10. 10. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUC a) Fenómeno da formação de CapuzExperiência realizada com linfócitos. 1- Na sua superfície existem diferentes proteínas (antigénios) que foram marcadas com os seus anticorpos específicos (os anticorpos foram marcados com fluorocromos). No início estes antigénios têm uma distribuição uniforme no linfócito. 2- O complexo antigénio-anticorpo tem tendência para se agregar em algumas zonas do linfócito. 3- Passado algum tempo, os complexos com agregados migram para um dos pólos, que aparece fortemente fluorescente. A membrana do linfócito invagina-se formando vesiculas que contêm complexos antigénio-anticorpo. b) Fenómeno de fusão celular Esta experiência utiliza dois tipos de células distintas. Cada célula possui, na sua membrana plasmática, antigénios específicos. Através de um fusogénio (facilitador da fusão da membrana) dá-se a fusão das duas células. Desta fusão resulta uma célula que tem na sua membrana plasmática os antigénios das suas células que lhe deram origem. E feita a marcação com fluorocromos (substancia fluorescente que marca os anticorpos). A fluorescência aparece, primeiramente dividida em duas partes bem distintas mas ao fim de algum tempo a distinção torna-se bem difícil, devido ao movimento dos antigénios nas células. A temperaturas baixas a distinção é sempre possível, não havendo esta troca de proteínas no plano da bicamada. 10 Tema 4 - Biomembranas
  11. 11. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUC c) Restabelecimento da fluorescencia após fotobranqueamento (FRAP) As proteínas das membranas são marcadas com fluorocromos. A membrana éirradiada com um laser que elimina a fluorescência de uma zona, que fica descorada. Para essazona deslocam-se proteínas com coloração, pelo que a fluorescência é restabelecida. 7. Revestimento celular – Glicocálice Em todas as células eucarióticas, amembrana celular é revestida por uma coberturacélulas, o glicocálice, que é constituído pormoléculas oligossacarídeas ligadas às proteínas eaos lípidos da membrana plasmática. Esta camada é facilmente identificávelatravés de técnicas de coloração específicas doshidratos de carbono (Teste de Thiéry e coloraçãocom vermelho de ruténio). Estas técnicas decoloração coram, no geral, todos ospolissacarídeos. Existe assim, necessidade de usarmonossacarídeos existentes no glicocálice. 11 Tema 4 - Biomembranas
  12. 12. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUCExemplos de algumas lectinas: - concavalina A – glicose e manose - Aglutamina de Gérmen – N-acetil-glucosominaPRINCIPAIS FUNÇÕES DO GLICOCÁLICE 1. Protecção da membrana - Protege a bicamada lipídica contra agressões químicas e/ou físicas do ambiente externo. 2. Filtração - Actua como um filtro ou crivo molecular, regulando a passagem de substâncias de acordo com o seu peso molecular. 3. Microambiente - Define um ambiente especial na superfície das células, que pode variar em termos de pH e carga eléctrica (o que faz variar a concentração de certas substâncias na superfície e, inclusivamente, o ambiente catiónico da célula). 4. Actividade enzimática - Muitas das glicoproteínas têm função enzimática, como a fosfatase alcalina e outras enzimas que intervêm na digestão de carbohidratos e proteínas, especialmente nas vilosidades do intestino. 5. Antigénios dos grupos sanguíneos (ABO) - A especificidade do sistema ABO dos grupos sanguíneos é largamente determinada pelas cadeias terminais de oligossacarídeos que estão presentes na membrana plasmática dos eritrócitos. 6. Reconhecimento e Adesão celulares - Os oligossacarídeos presentes no glicocálice constituem como que um código molecular (marca datiloscópica) para a superfície celular _ antigénios de histocompatibilidade; deste modo, só células que tenham o mesmo código/marca é que se reconhecem e aderem, enquanto as células estranhas se rejeitam. 7. Inibição por contacto - Responsável pela emissão de sinais químicos que interrompem a mitose por meio de contactos físicos entre células de um mesmo tecido; quando esta propriedade é perdida ou modificada, as células crescem desordenadamente, formando tumores. 12 Tema 4 - Biomembranas

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