Aula de Membranas Celulares - Citologia/Biologia Celular e Molecular

1. Membranas celulares

4. Funções:
• Compartimentalização – separa componentes e reações químicas:
diferentes tipos de atividades ocorrem com uma mínima interferência
do ambiente externo e podem ser reguladas de forma independente.
• Seleção de moléculas que podem atravessá-la  permeabilidade
seletiva.
• Transporte de solutos.
• Local de atividade bioquímica
• Meio de comunicação entre células e célula-meio.
• Controlam o fluxo de informação  interação com sinais químicos.
Membrana

7. Atividade biológica das membranas 
deriva de suas propriedades físicas.
Membrana

8. Atividade biológica das membranas 
deriva de suas propriedades físicas.
• são flexíveis - permitindo a mudança de forma que acompanha a
divisão e o crescimento celular, e movimentos.
• são auto-selantes - fusão, exocitose
• são seletivas - principalmente a solutos polares
• são dinâmicas e fluidas - a maioria das moléculas são capazes de se
mover no plano da membrana.
E as propriedades físicas das membranas 
são resultado da sua composição química.
Membrana

9. • Estrutura das membranas:
As membranas são basicamente formadas por:
Lipídeos
Proteínas
Carboidratos associados aos lipídeos ou às proteínas

10. • Bicamada fosfolipídica extremamente fina (5nm) unida à
proteínas por ligações não-covalentes.
• 1ª proposição de uma bicamada lipídica: 1925 por Gorter and Grendel em
um estudo com membrana de eritrócitos.
• 1972 – proposta do mosaico fluido de Singer e Nicolson.
• Estrutura das membranas:

11. Composição lipídica:
• Fosfolipídeos
Fosfoglicerídeos
Esfingolipídeos
• Colesterol
• Glicolipídeos

12. • ácidos graxos saturados x ácidos graxos insaturados
- As diferenças entre os fosfolipídios influenciam no empacotamento e fluidez das membranas.
O tipo de lipídeo mais abundante são os fosfolipídios.
Possuem uma cabeça polar e duas caudas (porções) hidrofóbicas formadas por
hidrocarbonetos de ácidos graxos diferentes em comprimento (14 a 24 C).

13. Moléculas hidrofílicas dissolvem na água porque contém grupos carregados
formando ligações eletrostáticas ou pontes de hidrogênio entre si.
Por ser energeticamente desfavorável ficar com seus limites expostos a água, a bicamada se
fecha espontaneamente (self-sealing). Favoreceu a criação das células vivas.

15. A fluidez é fundamental para muitas funções das membranas.
Movimentos laterais livres ( ~107 vezes por segundo)
“Flip-flop” limitado ou ajudado por enzimas translocadoras.
A fluidez das membranas é precisamente regulada pela composição e a
temperatura.
Em temperaturas menores os lipídeos costumam cristalizar - transição de fase.

16. Fosfolipídios majoritariamente encontrados em Membranas:

18. Facilita interação com proteínas específicas.
Alterações no posicionamento podem funcionar como sinais importantes.
Assimetria da bicamada lipídica

19. Assimetria da bicamada lipídica

20. Fosfatidilinositol no mecanismo de sinalização celular

21. Faces das membranas celulares

22. Mobilidade de lipídeos na membrana
celular

23. Outro componente lipídico das membranas: Colesterol.
Os eucariotos possuem grandes quantidades de colesterol nas
membranas.

24. O colesterol diminui a permeabilidade das membranas porque o alinhamento dos
rígidos anéis esteróides imobilizam parcialmente as caudas dos fosfolipídios,
mesmo os insaturados, tornando a região menos deformável.
Porém também pode inibir a transição de fase por impedir que as cadeias
hidrocarbonadas se unam e cristalizem.
Colesterol: modulador da fluidez

25. Retirado de Pande G., 2000. Curr. Opin. Cell Biol. 12: 569.
“Lipid Rafts” ou microdomínios
Rafts são regiões com menor fluidez, mais
espessas e composição diferenciadas
Agregado dinâmico rico em colesterol,
esfingolipídeos, moléculas ancoradas por GPI,
proteínas G, proteínas transmembrana.
• Regiões resistentes a solubilização por
detergentes;
Estudos recentes mostram que colesterol fica mais distribuído concentrado
próximo a esfingolipídeos em domínios especializados da membrana chamados
rafts.
Como se formam???
Esfingolipídeos têm cadeias
hidrocarbonadas longas e saturadas
que promovem forças atrativas fortes
favorecendo a formação destes
microdomínios.

26. “Lipid Rafts” e cavéolas

27. Funções:
Sinalização
Tráfego intracelular de proteínas e lipídeos
Fusão celular
Sítios de interação patógeno-hospedeiro

28. Outro componente lipídico das membranas: Glicolipídios
São encontrados na superfície de todas as membranas de animais.
•Localizados na monocamada não citossólica = exposição na superfície celular.
•Lipídeos com maior assimetria.
•Representam apenas ~5% dos lipídeos da membrana.
•Presentes em algumas membranas intracelulares.

29. • Diferentes composições dos lipídeos em diferentes membranas celulares:

30. • Composição proteica das membranas biológicas:
A composição de proteínas na membrana é variável. Na membrana mielínica que
envolve os axônios dos neurônios ela é de menos de 25%. Ao contrário na
membrana interna das mitocôndrias, envolvidas na produção de ATP sua
percentagem é de 75%.

31. Aproximadamente 30% das PTNs codificadas no genoma de uma célula animal
são
PTNs de membrana

32. Proteínas de membranas

33. - Proteínas transmembrana – similar aos fosfolipídios são anfipáticas. Podem ser de
“passagem única” ou de “múltiplas passagens” (1,2 e 3)
-Proteínas localizadas no citosol - algumas estão parcialmente inseridas na
membrana pela porção hidrofóbica ou associadas a membrana por meio de ligação
com uma cadeia lipídica. (4 e 5)
-Proteínas expostas totalmente na face externa - ligadas covalentemente a
fosfolipídios da MP via açúcares. (6)
-Proteínas ligadas a membrana por meio de interações não-covalentes com outras
proteínas de membrana (7 e 8)
Proteínas integrais de membrana / Proteínas periféricas de membrana

34. Somente PTNs transmembrana podem atuar em ambos os lados da MP,
transportando íons ou ligando moléculas sinalizadoras celulares.

35. A maioria das PTNs de membrana
de células animais são glicosiladas,
principalmente na face externa.

36. A superfície celular é recoberta por resíduos de açúcares na porção
externa da membrana plasmática = Glicocálice ou glicocálix
Glicoproteínas e proteoglicanas da matriz extracelular, que são secretadas
pelas células, fazem parte desta camada.

37. As glicoproteínas e glicolipídeos de membrana estão disponíveis para
interagir com os componentes da matriz extracelular, como as lectinas,
com os fatores de crescimento e com os anticorpos, pois suas cadeias
estendem-se até o espaço extracelular

38. Protege a superfície celular
e facilita as interações
célula-célula

39. Muitas proteínas de membrana difundem-se no plano
Difusão lateral e difusão rotacional/ não fazem flip-flop

40. Em células epiteliais de túbulos renais algumas enzimas e PTNs de
transporte estão confinadas a superfície apical, enquanto que outras estão na
porção basal e lateral.
Os lipídios destes domínios de membranas também são diferentes,
demonstrando que as células epiteliais podem prevenir a troca de PTNs e
lipídios entre os domínios, em parte pelas junções inter-celulares.
Porção apical
Porção lateral
Porção basal

41. As proteínas transmembranas ou integrais são as
moléculas que permitem a passagem de moléculas
hidrofílicas pela membrana.
Transporte através da membrana

43. Permeabilidade da bicamada lipídica
O que é importante considerar?
1. Tamanho das moléculas;
2. O seu estado de ionização;
3. Afinidade com os lipídeos.

44. Classes de proteínas de transporte pela membrana:
Existem duas classes:
Proteína carreadora - se ligam a solutos específicos mudando sua
conformação espacial para o transporte.
Proteína de canal - interagem fracamente com o soluto, permitindo
que íons específicos passem pela Membrana. Formam poros que
permitem o fluxo passivo de íons.
Velocidade mais rápida.

45. Tipos de transporte
- Transporte passivo: difusão facilitada através de um gradiente iônico
favorável.
- Transporte ativo: bombeamento de certos solutos para um gradiente
desfavorável.
• Transporte por proteínas carreadoras pode ser passivo ou ativo, enquanto o
transporte por proteínas de canal é sempre passivo.

46. Canais iônicos
 São controlados – abrem em resposta a um estímulo específico

47. EX: Canal iônico controlado
por neurotransmissores

51. Endocitose

52. Endocitose / reciclagem da membrana

53. Reciclagem da membrana

54. Exocitose
• Processo inverso da endocitose, liberando
substâncias armazenadas em vesículas.
– Ex: hormônios, enzimas...