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Membrana celular e transporte de substâncias através das membranas
A membrana celular é composta principalmente de lipídios e proteínas, dos quais os lipídios são principalmente fosfolipídios, que formam o esqueleto básico da membrana celular. As proteínas estão incorporadas ou penetram na bicamada fosfolipídica e desempenham uma variedade de funções.
Editado em 2024-10-31 08:47:18
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- Descrição
Seção de Fisiologia 1 Estrutura básica e função de transporte de material da membrana celular
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Membrana celular e transporte de substâncias através das membranas
A membrana celular (membrana plasmática) é uma película fina que cobre a superfície do citoplasma
Membrana plasmática e sistemas de biofilme são coletivamente chamados de biofilmes
Sistema de membrana intracelular: um termo geral para estruturas modelo dentro de células que possuem certas conexões.
Seção 1 Composição química e características biológicas da membrana celular
lipídios de membrana
Fosfolipídios
Glicerofosfolipídios
Fosfatidilcolina (Lecitina)
Fosfatidiletanolamina. cefalina
Fosfatidilserina
O fosfatidilinositol, localizado na camada interna da membrana plasmática, é menos abundante na estrutura da membrana, mas desempenha um papel importante na sinalização celular.
Tendo o glicerol como esqueleto, os grupos hidroxila nas posições 1 e 2 da molécula de glicerol formam ligações éster com ácidos graxos, e o grupo hidroxila na posição 3 forma ligações éster com o grupo fosfato. As moléculas de fosfolipídios são chamadas de moléculas anfipáticas ou moléculas anfotéricas porque têm uma cabeça hidrofílica e uma cauda hidrofóbica.
O pequeno grupo hidrofílico e o grupo fosfato são altamente polares e são chamados de grupo cabeça hidrofílica.
As cadeias de ácidos graxos são hidrofóbicas e apolares, chamadas caudas hidrofóbicas.
Esfingomielina
O único fosfolipídio na membrana celular que não usa glicerol como esqueleto, o conteúdo da membrana é menor e o conteúdo da membrana celular dos neurônios é maior.
A esfingosina é usada em vez do glicerol. O ácido graxo insaturado de cadeia longa está ligado ao grupo amino. Um grupo hidroxila no final da molécula está ligado ao fosfato de colina e o outro grupo hidroxila livre forma hidrogênio com a cabeça polar adjacente. moléculas lipídicas, moléculas de água e proteínas-chave da membrana.
colesterol
molécula anfipática
A cabeça polar é um grupo hidroxila e o meio é um anel esterol, conectado a uma cauda curta de cadeia de hidrocarboneto hidrofóbica.
O grupo hidroxila está próximo à cabeça polar da molécula de fosfolipídio, o anel esterol está fixado na cadeia de hidrocarbonetos próximo à cabeça e a cauda da cadeia de hidrocarbonetos está enterrada no centro da bicamada lipídica.
O colesterol tende a ser distribuído uniformemente entre as bicamadas lipídicas
Glicolipídios
Compostas por lipídios e oligossacarídeos, as células bacterianas e vegetais são derivados de glicerofosfolipídios (principalmente fosfolipídios colina), e as membranas das células animais são quase todas derivadas da esfingosina, chamadas glicoesfingolipídios.
鞘糖脂特点：糖基取代了磷脂酰胆碱作为极性的头部。
Cerebrosídeo, o principal glicolipídeo mais simples da mielina
Gangliosídeos, mais abundantes na membrana plasmática dos neurônios
Eles estão todos localizados no lado não citoplasmático da membrana plasmática e os grupos de açúcar estão expostos na superfície celular.
lipídios de membrana
Forma de existência em experimento
1. Aglomerado molecular globular
2. Bicamada
Apresenta-se como estrutura ideal para biofilmes
1. Forme uma barreira que separa dois ambientes solúveis em água
2. Contínuo, com tendência a se fundir para formar uma cavidade fechada.
3. Macio e deformável
proteína de membrana
Proteína de membrana intrínseca, também conhecida como proteína transmembrana, molécula anfipática
Em um único cruzamento de membrana, a conformação da hélice alfa atravessa a região hidrofóbica da bicamada lipídica. Geralmente, o segmento N da cadeia peptídica está localizado na parte externa da membrana celular.
múltiplos piercings na membrana
proteína transmembrana multi-subunidade
uma conformação em hélice
Os tubos beta penetram nas membranas e são encontrados principalmente nas mitocôndrias, nas membranas externas dos cloroplastos e nas membranas plasmáticas bacterianas.
Existem pelo menos 8 e até 22 cadeias beta ao redor do tubo e estão ligadas por ligações de hidrogênio.
As proteínas extrínsecas da membrana, também conhecidas como proteínas periféricas, são proteínas que estão fracamente ligadas à membrana celular e não se inserem na dupla camada lipídica. Elas são distribuídas no lado citoplasmático ou extracelular da membrana plasmática.
Alguns, através de ligações não covalentes (como interações eletrostáticas fracas), na região polar da cabeça da molécula lipídica ou no lado hidrofílico da proteína que penetra na membrana
Algumas proteínas periféricas estão localizadas no lado citoplasmático da membrana e estão ligadas à membrana interagindo com a monocamada do lado citoplasmático da bicamada lipídica através da face hidrofóbica da hélice α exposta na superfície da proteína.
Proteínas ancoradas em lipídios, adiponectinas, podem estar localizadas em ambos os lados da membrana e ligar-se covalentemente a moléculas lipídicas na bicamada lipídica.
Localizado no lado citoplasmático da membrana plasmática, está diretamente ancorado formando ligações covalentes com certas cadeias amila ou grupos isoprenil na bicamada lipídica.
As proteínas localizadas fora da membrana plasmática são ancoradas à membrana plasmática por ligação covalente a cadeias de oligossacarídeos conectadas a moléculas de fosfatidilinositol na camada externa da bicamada lipídica. Elas também são chamadas de proteínas ancoradas em glicosilfosfatidilinositol.
Detergente
Tipo de íon SDS
A região hidrofóbica da molécula de detergente substitui a molécula de fosfolipídio e se liga à região hidrofóbica da proteína que penetra na membrana. Ela também se liga à cauda hidrofóbica da molécula de fosfolipídio, separando assim a proteína que penetra na membrana da molécula de fosfolipídio.
Detergente não iônico TritonX-100
Seu segmento polar não tem carga e atua de forma semelhante ao SDS, mas é mais suave.
açúcar de membrana
93% dos açúcares são combinados com proteínas de membrana na forma de cadeias de oligossacarídeos ou polissacarídeos para formar glicoproteínas. A glicosilação ocorre principalmente na asparagina, seguida por resíduos de serina e treonina, e frequentemente em várias posições.
A maioria das proteínas de membrana carrega múltiplas cadeias de oligossacarídeos
7% dos açúcares da membrana estão covalentemente ligados aos lipídios da membrana como cadeias de oligossacarídeos para formar glicolipídios.
Cada molécula de glicolipídeo carrega apenas uma cadeia de oligossacarídeo
Revestimento celular ou glicocálix
Uma zona periférica rica em carboidratos na superfície da maioria das células eucarióticas
Hoje em dia, o revestimento extracelular é geralmente usado para se referir às substâncias carboidratos conectadas à membrana plasmática, ou seja, a porção da cadeia de oligossacarídeos estendida pelas glicoproteínas e glicolipídeos na membrana plasmática até a superfície externa. parte da estrutura da membrana plasmática. A cobertura extracelular que não está conectada à membrana plasmática é chamada de material extracelular ou estrutura extracelular.
A função básica é proteger as células de vários danos físicos e químicos. Também pode estabelecer um microambiente equilibrado com sal de água ao redor das células e participar no reconhecimento, adesão e migração celular.
As propriedades biológicas das membranas celulares são assimetria e fluidez
(1) A assimetria da membrana determina a direcionalidade da função da membrana
Assimetria lipídica da membrana
Distribuído em bicamada lipídica
Camada externa
Esfingomielina e fosfatidilcolina
camada interna
Fosfatidiletanolamina
Fosfatidilserina
Fosfatidilinositol
Assimetria de proteínas de membrana
Assimetria de açúcar na membrana
Os glicolipídios da membrana celular e as cadeias de oligossacarídeos glicoproteicos são distribuídos apenas na superfície externa da membrana plasmática. No sistema de membrana interna, as cadeias de oligossacarídeos são distribuídas na superfície interna da cavidade da membrana.
Está intimamente relacionado com a direcionalidade e assimetria da função da membrana, garantindo seu alto grau de ordem.
(2) A fluidez da membrana é a garantia das atividades funcionais da membrana
A bicamada lipídica é um fluido líquido cristalino bidimensional
mudança de fase
temperatura de mudança de fase
Como as moléculas lipídicas da membrana se movem
Difusão lateral, principal modo de movimento
movimento de inversão
movimento rotacional
movimento de flexão
Fatores que afetam a fluidez da membrana
Grau de saturação da cadeia de ácidos graxos
Insaturado é chamado de tipo linear e tem a maior tendência de agregação e está intimamente organizado em um estado de gel.
A insaturação se curva na ligação dupla e fica frouxamente disposta, aumentando a fluidez.
Quanto mais insaturação, menor será a temperatura de transição de fase.
O comprimento da cadeia de ácidos graxos
Quanto menor o comprimento, maior a fluidez e menor a temperatura de transição de fase.
Efeitos regulatórios duplos do colesterol
Não só estabiliza a membrana plasmática, mas também evita a diminuição repentina da fluidez
Proporção lecitina/esfingomielina
Alto teor de esfingomielina reduz a fluidez
Efeito das proteínas de membrana
graxa de interface
Área rica em gordura
Motilidade da proteína da membrana
difusão lateral
movimento rotacional
3. Modelo estrutural multimolecular de membrana celular
1) Estrutura da folha
Duas camadas de moléculas de fosfolipídios, com as superfícies interna e externa cobertas por uma camada de moléculas de proteínas globulares, formando uma estrutura de compensado triplo proteína-fosfolipídio-proteína.
2) Modelo de membrana unitária
Acredita-se que as proteínas em ambos os lados da camada molecular da bicamada lipídica não sejam esféricas, mas sejam proteínas de cadeia peptídica única na forma de folhas b que se ligam às extremidades polares dos fosfolipídios por meio de interações eletrostáticas.
3) Modelo de mosaico de fluxo
A bicamada lipídica na membrana constitui o corpo principal coerente da membrana, que possui a ordem do arranjo molecular cristalino e a fluidez de um líquido. As proteínas da membrana associam-se à bicamada lipídica em diferentes formas. É uma estrutura dinâmica, assimétrica e fluida
modelo de mosaico de treliça
A proteína do mosaico e as moléculas lipídicas circundantes formam uma parte cristalina da membrana que é fluida.
modelo de mosaico de placa
Na bicamada lipídica fluida, existem placas lipídicas de diferentes tamanhos e maior rigidez que podem se mover de forma independente.
4) Modelo de balsa lipídica
A bicamada membranosa contém microdomínios compostos por lipídios e proteínas especializados, ricos em colesterol e esfingolipídios, e são chamados de jangadas lipídicas.
As jangadas lipídicas formam uma plataforma eficaz com duas características: muitas proteínas se reúnem em jangadas lipídicas para facilitar as interações, fornecem um ambiente propício à alosteria de proteínas e formam conformações eficazes;
Funções envolvidas na sinalização, endocitose mediada por receptor e transporte metabólico do colesterol.
Seção 2 Transporte de pequenas moléculas e íons através das membranas
1. A difusão simples de substâncias depende da seletividade de permeabilidade da membrana
Quanto menor o peso molecular, mais forte será a solubilidade lipídica e mais rapidamente ela passa pela bicamada lipídica.
subtópico
Uma pequena molécula polar sem carga que rapidamente
Uma pequena molécula polar sem carga que rapidamente
É altamente impermeável a cargas
Moléculas pequenas não polares, como oxigênio e outros gases. rápido
Moléculas maiores, como o glicerol. Glicose lenta e quase insuficiente
Difusão simples, também chamada de difusão passiva
2. As proteínas de transporte de membrana medeiam o transporte de substâncias através das membranas
proteína de transporte de membrana
proteína transportadora
Pode mediar o transporte passivo e ativo
proteína de canal
Transporte passivo
Ao longo do gradiente de concentração
ao longo do gradiente eletroquímico
1) A difusão facilitada é o transporte passivo mediado por proteínas transportadoras
Altamente específico, exemplo: glicose.
As duas conformações da proteína transportadora mudam alternadamente para completar o processo de penetração na proteína da membrana várias vezes.
A taxa de difusão facilitada é proporcional à diferença de concentração do soluto dentro de um certo limite. Quando a taxa de difusão atinge um determinado nível, ela não é mais afetada pela concentração. A taxa de difusão simples é sempre proporcional à diferença de concentração.
2) O transporte ativo é o transporte de proteínas transportadoras que consome energia contra o gradiente de concentração.
As bombas acionadas por ATP são todas proteínas transmembrana
Bomba de íons tipo P
Para transportar cátions, todos eles possuem duas subunidades grandes (subunidades a) e a maioria possui duas subunidades b pequenas. Pelo menos uma subunidade catalítica sofre reações de fosforilação e desfosforilação.
1) Bomba Na-K
O peso molecular da subunidade A é 120KD. É uma proteína integral que penetra na membrana várias vezes e possui atividade ATPase. A subunidade B tem peso molecular de 50KD e é uma glicoproteína específica do tecido. Ela não participa diretamente do transporte transmembrana de íons, mas pode ajudar a subunidade A recém-sintetizada do retículo endoplasmático a se dobrar. a perda da atividade enzimática da subunidade A.
Resíduos de aspartato ligam-se covalentemente ao fosforilato
3 Na são liberados e 2 K são obtidos
Inibidor da bomba Na-K ouabainina
2) Bomba de Ca
Hidrolisar um ATP e transportar 2 Ca para ele contra a concentração
Bomba de prótons tipo V
Compartimento ácido da membrana das células eucarióticas
Transporte H íons
Requer função ATP, mas não forma intermediários de fosforilação
Bomba de prótons tipo F
Membrana plasmática bacteriana, membrana interna mitocondrial, membrana do cloroplasto
Aprenda sobre transporte de prótons e síntese de ATP
transportador ABC
proteína de transporte
Excreção de toxinas, xenobióticos e metabólitos na urina, bile e lúmen intestinal
2 domínios transmembranares T e 2 domínios citoplasmáticos de ligação ao ATP
modelo flippase
co-transporte
transporte total
Duas moléculas de soluto são transportadas através da membrana na mesma direção
Transporte oposto
Um processo no qual a mesma proteína de membrana transporta dois íons ou moléculas diferentes através da membrana em direções opostas.
Características: 1. Substâncias de moléculas pequenas são transportadas através da membrana contra concentração ou gradiente eletroquímico 2. Requer consumo de energia pode ser hidrolisado diretamente ou a energia do gradiente eletroquímico de íons é usada. proteína transportadora específica na membrana.
3) Os canais iônicos transportam com eficiência vários íons
proteína de canal, também chamada de canal iônico
Características: 1. Transporte passivo, o canal é bidirecional, o fluxo líquido de íons depende do gradiente eletroquímico e não é combinado com moléculas de soluto durante o processo 2. É altamente seletivo para o tamanho e carga dos íons transportados. 3. Alta taxa de transporte. 4. A maioria dos canais iônicos não está continuamente aberta
tipo
1. Canais controlados por ligante
receptor de acetilcolina
2. Canal controlado por tensão
Mudanças no potencial da membrana são o fator direto que controla a abertura e o fechamento dos canais dependentes de voltagem.
1) Estrutura do canal iônico K
Um único canal é composto por quatro subunidades idênticas S4 é um segmento sensível à voltagem. O segmento N da subunidade A forma uma região esférica no citoplasma e está conectado ao segmento polipeptídico de H5. O fragmento H5 adere ao centro do canal, formando uma alça de resíduos suficientemente grande.
2) Mecanismo de comutação do canal K
Modelo de bola e corrente
3) Seletividade do canal K
Poro cônico invertido, filtro seletivo
Os átomos de oxigênio eletronegativos interagem para substituir as moléculas de água na camada de hidratação, permitindo que a energia seja compensada. Utilizando repulsão eletrostática, o K pode passar rapidamente pelo poro ao longo do gradiente eletroquímico.
3 canais fechados mecânicos
A proteína do canal detecta forças externas que atuam na membrana externa da célula e sofre mudanças conformacionais.
Transporte de íons através de membranas e potencial de membrana
1) Potencial de repouso
polarização
Determinantes do potencial de repouso
Um é o potencial de difusão causado pelo fenômeno de eletroosmose de íons ao longo do gradiente de concentração.
A outra é a diferença de potencial de membrana causada pela bomba Na-K
2) Mediação do potencial de ação
Como a diminuição do potencial de membrana resulta numa diminuição da polaridade em ambos os lados da membrana, este fenômeno é denominado despolarização.
excede o limite
potencial de ação
hiperpolarização
4) Canal de Água (AQP)
1. Classificação dos canais de água
Só pode atravessar a água 1, 2, 4, 5, 6, 8
Água, glicerina e uréia, etc. - água glicerol canal 3, 7, 9, 10
11, 12 O terceiro tipo de subfamília AQP
2. Estrutura da aquaporina
Um tetrâmero rodeado por quatro subunidades cilíndricas dispostas simetricamente. Existe um poro central no centro de cada subunidade que permite apenas a passagem de moléculas de água. 6 hélices A longas, 2 hélices curtas, motivo NPA.
3. O mecanismo de triagem de moléculas de água por canais de água
1. O diâmetro do canal do poro central do AQP 1 limita a passagem de moléculas maiores que as moléculas de água.
2. Controle dos sítios de ligação do soluto no poro central da AQP1. A energia no processo de desidratação é compensada.
Acredita-se geralmente que os canais de água são proteínas que estão continuamente abertas.
Seção 3 Transporte de macromoléculas e substâncias através de membranas
1. Endocitose
1) A fagocitose é o processo de ingestão de material particulado pelos fagócitos
As vesículas de membrana formadas pela fagocitose são chamadas de fagossomas ou fagossomas
2) Pinocitose é o processo pelo qual as células absorvem líquidos e substâncias solúveis
O processo de captação inespecífica de líquido extracelular pelas células Quando uma determinada substância solúvel ao redor das células atinge um determinado nível, pode ocorrer pinocitose.
Pinocitossomo
A fase líquida engole uma à outra
endocitose intrínseca inespecífica
endocitose de adsorção
Moléculas grandes ou partículas pequenas são primeiro adsorvidas na superfície celular de alguma forma.
Depois de entrar na célula, ele se funde com os endossomos ou lisossomos e é degradado.
3) A endocitose mediada por receptor melhora a eficiência de captação de substâncias específicas
Captação específica de componentes com conteúdo extracelular muito baixo
1. A formação de células tegumentares e vesículas
Os receptores estão concentrados em áreas específicas da membrana plasmática, chamadas vesículas. Existem folículos que atuam como receptores seletivos. A superfície interna da membrana plasmática na depressão é coberta por uma camada pontiaguda de material eletrodenso, incluindo clatrina e proteínas adaptadoras.
Os solutos extracelulares (ligantes) ligam-se aos receptores nas fossetas revestidas, e a clatrina se acumula no lado citoplasmático das fossetas revestidas, invagina-se ainda mais, separa-se da membrana plasmática e forma vesículas revestidas para entrar na célula. A superfície externa é coberta por vesículas e é composta por uma estrutura de cestaria em forma de gaiola montada em clatrina.
Clatrina consiste em 3 cadeias pesadas e 3 cadeias leves. ——Complexo proteico Trileg.
A principal função é puxar a membrana plasmática para dentro e recuá-la
proteína adaptadora
Participe da formação do envelope e sirva de elo. Pode ligar-se especificamente a diferentes tipos de receptores.
A clatrina não tem especificidade e sua especificidade é regulada por proteínas adaptadoras.
2. Nenhuma vesícula é formada e fundida com endossomos
Clatrina desempenha um papel na formação de covas
Envolvimento da pequena molécula de proteína dinamina de ligação ao GTP.
Cair e ficar sem vesículas
Liga-se aos endossomos iniciais
Endossomo é uma organela cercada por membrana formada no citoplasma animal por meio de endocitose. Sua função é transportar substâncias recém-ingeridas por meio de endocitose para degradação lisossomal.