Resumos de Biologia Celular PDF

**RESUMOS DE BIOLOGIA CELULAR** Geral - Todos os seres vivos são constituídos por células, uns por apenas uma célula e outros por múltiplas células. - A origem da vida corresponde à origem das células. - Quando crescemos de um embrião para um adulto, fazemos isso adicionando mais e...

**RESUMOS DE BIOLOGIA CELULAR** Geral - Todos os seres vivos são constituídos por células, uns por apenas uma célula e outros por múltiplas células. - A origem da vida corresponde à origem das células. - Quando crescemos de um embrião para um adulto, fazemos isso adicionando mais e mais células. Envelhecemos porque as nossas células vão perdendo a capacidade de se proliferar e substituir células que vão morrendo. - Muitas vezes ficamos doentes porque as nossas células ficam descontroladas. - Para a compreensão do fenómeno da vida é preciso conhecer as células (como são constituídas, quais as suas propriedades básicas e como funcionam). - Compreender o funcionamento das células é fundamental a todas as ciências biológicas, quer sejam básicas ou aplicadas: **TEMA 1- A ORIGEM E EVOLUÇÃO DAS CÉLULAS** A descoberta das células **∙** A célula é a unidade básica e fundamental de todos os organismos conhecidos. Uma célula é a menor unidade funcional da matéria viva. **∙** As células foram descobertas por Robert Hooke (1663-1665) ao examinar num microscópio rudimentar uma fina fatia de cortiça. Verificou que esta era constituída por cavidades poliédricas, às quais chamou células (na verdade observou paredes de células vegetais mortas). **∙** Antonie van Leewenhoeken (construtor de microscópios holandês) foi o primeiro a observar protozoários e bactérias. **∙** A importância das células apenas foi reconhecida de forma abrangente em meados do século XIX. **Em 1839 Theodor Schwann** concluiu que as células animais e vegetais possuem uma estrutura semelhante e **propôs 2 dos princípios da teoria celular:** Todos os organismos vivos são compostos por uma ou mais células.  A célula é a unidade estrutural da vida. **Em 1855 Rudolf Virchow propôs um 3º princípio:** Todas as células provêm de células pré-existentes, através da divisão celular. **Desde a descoberta do DNA como material genético, pode considerar-se um 4º princípio:** **∙** Os organismos podem ser classificados como unicelulares (como as bactérias) ou multicelulares (incluído plantas e animais). **∙** Organismos complexos são compostos por conjuntos de células que funcionam de forma coordenada, com células diferentes especializadas numa função particular (ex: o corpo humano tem mais de 200 tipos diferentes de células com funções distintas). **Estudos in vitro-** as células podem ser removidas de uma planta ou de um animal e cultivadas em laboratório, crescendo e reproduzindo-se por longos períodos, se cultivadas em condições adequadas. As células cultivadas in vitro são mais fáceis de estudar e tornaram-se uma ferramenta essencial em biologia celular e molecular. **Primeira cultura de células humanas (1951)-** as células foram obtidas de um tumor maligno e denominadas células HeLa, em homenagem à doadora Henrietta Lacks. Ao contrário das células normais, que têm um tempo de vida em cultura finito, as células cancerígenas HeLa podem ser cultivadas indefinidamente, desde que as condições sejam favoráveis ao seu crescimento e divisão. **Propriedades básicas das células** **∙** As células são altamente complexas e organizadas: átomos **-\>** pequenas moléculas **-\>** polímeros **-\>** complexos de heteropolímeros **-\>** organelos **-\>** células **∙** As atividades celulares são muito precisas (ex: duplicação do DNA- ocorre com uma taxa de erro inferior a 1 erro por 10 milhões de nucleótidos incorporados e a maioria dos erros é rapidamente corrigida por mecanismos de reparação que reconhecem o defeito). **∙** A cada nível organizacional encontramos consistência. Os organelos subcelulares têm uma determinada forma e localização nas células de indivíduos de uma determinada espécie; cada tipo de organelo tem uma composição consistente de macromoléculas que se encontram dispostas com um padrão previsível. **∙** As informações obtidas pelo estudo de células de um tipo de organismo, geralmente têm aplicação direta a outras formas de vida. Muitos dos processos celulares mais básicos são notavelmente semelhantes em todos os organismos. **As células possuem um programa genético e forma de o usar-** os organismos são "construídos" de acordo com a informação codificada num conjunto de genes que são constituídos por DNA. **As células são capazes de se reproduzir-** por divisão celular, processo em que o conteúdo da célula-mãe é distribuído por 2 células-filhas. Antes da divisão, o material genético é duplicado e cada célula-filha recebe uma parte completa e igual da informação genética. **Nota:** os genes são constituídos por DNA que se encontra enrolado nos cromossomas dentro do núcleo da célula. **As células adquirem e usam energia-** chega na forma de radiação eletromagnética do sol. Os hidratos de carbono são metabolizados pelas células animais para obter energia, normalmente na forma de ATP que é usado para suportar atividades celulares que requerem energia. As células gastam uma quantidade enorme de energia para "quebrar" e reconstruir as macromoléculas e organelos dos quais são feitas. Esta renovação contínua mantém a integridade dos componentes celulares perante a sua degradação inevitável e permite que a célula responda rapidamente à mudança. **As células realizam uma grande variedade de reações químicas-** a grande maioria das alterações químicas que têm lugar nas células requer enzimas (moléculas que aumentam a velocidade a que uma reação química ocorre). O somatório das reações químicas que ocorrem numa célula representam o metabolismo dessa célula.  **As células envolvem-se em atividades mecânicas-** materiais são transportados de um local para outro, estruturas celulares são agregadas e desagregadas rapidamente, a célula pode movimentar-se de um local para outro (muitas das alterações mecânicas são executadas por proteínas motoras). **As células respondem a estímulos-** a maioria das células possui recetores na sua superfície que interagem com substâncias presentes no ambiente de forma muito específica. Os recetores proporcionam a ativação de vias pelas quais os estímulos externos podem induzir respostas específicas nas células-alvo. **As células são capazes de autorregulação-** a manutenção de um estado de complexidade elevado requer, para além de energia, uma regulação constante. A importância dos mecanismos de regulação é mais evidente quando falham (ex: quando os mecanismos de reparação falham durante a replicação do DNA podem surgir mutações que originam doença, quando os pontos de controlo do ciclo celular estão disfuncionais a célula pode tornar-se cancerígena). **Nota:** É mais fácil reparar erros no DNA que no RNA. O facto de as bases nitrogenadas estarem no interior da dupla-hélice, confere-lhes proteção face a substâncias estranhas potenciadoras de mutações. **As células evoluem-** presume-se que as células evoluíram de uma forma pré-celular que se desenvolveu de materiais orgânicos presentes nos mares primordiais. Enquanto a origem das células permanece um mistério, a evolução das células pode ser estudada através do exame de organismos que estão vivos no momento presente. A evolução não é apenas um evento do passado, mas um processo em progresso que continua a mudar as propriedades das células que estarão presentes em organismos que ainda estão por aparecer. Características das células eucarióticas e procarióticas **∙** As células classificam-se em 2 grandes classes, em função da sua complexidade estrutural. Inicialmente foram definidas em função da presença/ausência de membrana nuclear: **Procarióticas-** não possuem membrana nuclear. **Eucarióticas-** possuem um núcleo que contém o material genético (DNA) , separado do citoplasma por uma membrana complexa designada invólucro nuclear. Estas células contêm vários organelos delimitados por uma membrana no citoplasma, que funcionam como compartimentos nos quais ocorrem diferentes processos metabólicos. **Propriedades fundamentais conservadas durante o processo evolutivo** (comum a todas as células) **∙** DNA como material genético **∙** Envolvidas por membrana citoplasmática **∙** Mesmos mecanismos básicos para o metabolismo energético (glicólise e ciclo de Krebs) **∙** Mecanismos de transcrição de e tradução de informação genética semelhantes, incluindo ribossomas semelhantes **∙** Sistema de conservação de energia química na forma de ATP semelhante (na membrana citoplasmática nas células procarióticas e na membrana mitocondrial nas células eucarióticas) **∙** Mecanismo de fotossíntese semelhante (entre as cianobactérias e as plantas) **∙** Mecanismo de síntese e inserção de proteínas membranares semelhante **∙** Filamentos do citoesqueleto feitos de proteínas semelhantes à actina e à tubulina - A existência de mecanismos moleculares básicos comuns sugere que diferentes tipos de células derivam de um mesmo antepassado primordial que terá surgido pelos menos há 3,8 biliões de anos (cerca de 750 milhões de anos após a formação da Terra). **Nota:** As semelhanças fundamentais entre distintos tipos de células permitem que princípios básicos observados em experiências com um determinado tipo de células possam ser extrapolados e generalizados a outros tipos de células. **Aspetos das células eucarióticas não verificados nas procarióticas** **∙** Divisão da célula em núcleo e citoplasma, separados por um invólucro nuclear que contém poros que regulam a entrada e saída de RNA, proteínas e outras moléculas. **∙** Cromossomas associados a proteínas capazes de se compactar em estruturas mitóticas **∙** Organelos membranares complexos (retículo endoplasmático rugoso/liso, complexo de **∙** Golgi, lisossomas, endossomas, peroxissomas e glioxissomas) **∙** Mitocôndria (respiração aeróbia) e cloroplastos (fotossíntese) **∙** Sistema do citoesqueleto complexo (filamentos de actina, filamentos intermediários e microtúbulos) e proteínas motoras associadas. **∙** Cílios e flagelos complexos **∙** Capacidade de englobar e destruir de partículas através de vesículas membranares (fagocitose). **∙** Paredes celulares de celulose (plantas) **∙** Divisão celular com separação de cromossomas através do fuso acromático **∙** Presença de 2 cópias de genes por célula (diploidia), uma de cada progenitor **∙** Presença de 3 RNA polimerases diferentes **∙** Reprodução sexual através de meiose e fertilização A primeira célula e a evolução do metabolismo celular **A origem e evolução das células** **1920:** hipótese de que moléculas orgânicas simples se poderiam formar e polimerizar espontaneamente em macromoléculas nas condições atmosféricas da Terra primitiva (pouco ou nenhum O~2~ livre, consistindo principalmente em CO~2~, N~2~ e quantidades menores de gases como H~2~, H~2~S e CO). Com tal atmosfera, as moléculas orgânicas, dada uma fonte de energia (como a luz solar ou uma descarga elétrica), podem formar-se espontaneamente. **Experiência de Stanley Miller:** mostra a plausibilidade da formação espontânea de moléculas orgânicas, o material básico do qual os primeiros seres vivos apareceram. **∙** O passo seguinte na evolução foi a formação de macromoléculas, que se provou ser possível nas condições que provavelmente existiam na atmosfera pré-biótica da Terra. A característica principal da macromolécula a partir da qual a vida evoluiu terá sido a capacidade de se auto-replicar (isto permite a reprodução e uma evolução posterior). - Das biomoléculas que constituem organismos vivos, apenas os ácidos nucleicos são capazes de se auto-replicar. **Autorreplicação do RNA:** O emparelhamento entre nucleótidos complementares do RNA (A-U, G-C), permite que uma molécula de RNA possa servir de modelo para síntese de uma nova molécula com a sequência complementar. **1980:** foi descoberto que determinadas moléculas de RNA são capazes de catalisar uma série de reações químicas, incluindo a síntese de uma nova cadeia de RNA a partir de uma molécula de RNA. - O RNA é, portanto, capaz de servir como modelo e catalisar a sua própria replicação. Consequentemente, acredita-se que o RNA tenha sido o sistema genético inicial e aceita-se que um estágio inicial da evolução química se tenha baseado em moléculas de RNA que se auto-replicam (mundo do RNA). **∙** Pensa-se que a 1ª célula surgiu do aprisionamento de RNA com capacidade de autorreplicação no interior de uma membrana composta por fosfolípidos (componentes básicos de todas as membranas biológicas atuais, quer de células procarióticas quer eucarióticas). - Os fosfolípidos agregam-se numa bicamada com a cabeça polar e hidrofílica em contacto com a água e as cadeias de hidrocarbonetos no interior em contacto umas com as outras. A bicamada forma uma barreira estável entre dois compartimentos aquosos (**ex:** interior da célula e ambiente externo). **∙** A síntese de proteínas a partir do RNA pode ter evoluído nessa época, caso a primeira célula tenha consistido em RNA autorreplicante e em proteínas codificadas deste ácido nucleico. Posteriormente, o DNA acabou por substitui o RNA como material genético. **A evolução do metabolismo celular** **∙** Pensa-se que as primeiras células obteriam alimento e energia diretamente do seu ambiente. Esta autolimitação foi ultrapassada por células que desenvolveram os seus próprios mecanismos para gerar energia química e sintetizar as moléculas necessárias para a sua replicação. **∙** A produção e utilização controlada de energia química são centrais a todas as atividades celulares e as principais vias do metabolismo energético são altamente conservadas nas células. Todas as células usam adenosina 5'-trifosfato (ATP) como fonte de energia química para a síntese de constituintes celulares e realizar outras atividades que requerem energia. - Acredita-se que os mecanismos usados pelas células para a produção de ATP tenham evoluído em 3 estágios, correspondendo à evolução da glicólise, da fotossíntese e do metabolismo oxidativo. **∙** Presume-se que, na atmosfera anaeróbia inicial da Terra, as primeiras reações para produção de energia envolveram a degradação de moléculas orgânicas na ausência de oxigénio. Estas reações terão sido uma forma da via glicolítica presente nas células atuais. - A via glicolítica providenciou um mecanismo pelo qual a energia presente em moléculas orgânicas preformadas (ex: glucose) podia ser convertida em ATP. - Para além de usarem ATP como fonte de energia química intracelular, todas as células existentes atualmente usam a via glicolítica. Estas reações apareceram muito cedo no processo evolutivo. **∙** O processo de fotossíntese terá sido o mecanismo responsável por tornar o O~2~ abundante na atmosfera da Terra. Pensa-se que o seu desenvolvimento terá sido o passo evolutivo seguinte, que permitiu que a célula usasse a energia solar na formação de moléculas orgânicas tornando-se independente da utilização de moléculas orgânicas preformadas no meio ambiente. - A libertação de O~2~ em consequência da fotossíntese alterou o ambiente em que as células evoluíram e pensa-se que levou ao desenvolvimento do metabolismo oxidativo. O O~2~ é uma molécula muito reativa e o metabolismo oxidativo, usando esta reatividade, forneceu um mecanismo de produção de energia a partir de moléculas orgânicas que tem muito maior rendimento do que a glicólise anaeróbia. **∙** Com poucas exceções, as células atualmente existentes usam as reações oxidativas como fonte principal de energia. Procariontes e eucariontes atuais **As células procarióticas atuais** Divididas em 2 grupos: Archae (arqueobactérias) e Bactéria (eubactérias) que divergiram no início da evolução Archae: alguns microrganismos deste domínio vivem em ambientes extremos, que são incomuns hoje, mas podem ter prevalecido na Terra primitiva (ex: microrganismos termocidófilos vem em fontes termais de enxofre com temperaturas de 80ºC e pH 2. Muitos membros do Archea também se encontram em ambientes com temperatura, pH e salinidade normal. Bactérias: Incluem um grande grupo de microrganismos que vivem numa ampla gama de ambientes incluindo solo, água e outros organismos. - A maioria das bactérias é esférica, em forma de bastonete ou em espiral com um diâmetro de 1-10 µm - O seu DNA contém 0,6-5milhões de pares de bases (suficiente para codificar 5000 proteínas diferentes) - O citoplasma contém numerosos ribossomas (local de síntese de proteínas) que podem dar um aspeto granuloso à bactéria. - Os maiores e mais complexos procariotas são as cianobactérias, nas quais evoluiu a fotossíntese (primeiros organismos que se sabe terem produzido O~2~) **Organismos eucariotas** **∙** Existem organismos eucariotas unicelulares complexos. Alguns eucariotas unicelulares formam agregados multicelulares que parecem representar uma transição evolutiva e células individuais para organismos multicelulares. **∙** A evolução levou ao aumento da especialização celular, favorecendo a transição de agregados de colónias de organismos verdadeiramente multicelulares. **Nota:** Os organismos multicelulares evoluíram de eucariotas unicelulares há mais cem mil milhões de anos atrás. - As células de muitas algas, por exemplo, a alga verde de Volvox, associam-se para formar colónias multicelulares que se pensa terem sido as precursoras evolutivas de plantas existentes atualmente. **∙** Nos organismos eucariotas multicelulares, diferentes atividades/funções são conduzidas de forma coordenada por diferentes tipos de célula. **∙** As células formam-se por diferenciação. Por exemplo, um óvulo humano fertilizado progredirá através de um curso de desenvolvimento embrionário que leva à formação de aproximadamente 250 tipos distintos de células diferenciadas. **A diferenciação pode ser desencadeada por:** - Sinais internos vão ativar ou inibir a - Sinais externos do ambiente circundante transcrição de genes **∙** A diferenciação celular requer mudanças na expressão genética da célula em diferenciação. Essa expressão genética diferencial leva à expressão de diferentes proteínas/fenótipos resultando em diferentes tipos de células a partir de uma única célula mãe. **Nota:** O processo de diferenciação desencadeado nas células embrionárias pelos sinais que recebem do meio ambiente circundante dependem da posição dessa célula dentro do embrião. **∙** Como resultado da diferenciação, diferentes tipos de células adquirem uma aparência distinta e contêm materiais exclusivos. - Apesar das diferenças, as várias células de uma planta ou animal multicelular são compostas por organelos similares. **A origem dos eucariotas** **∙** É geralmente aceite que as células procarióticas: **Surgiram antes das eucarióticas** - Registo fóssil- células procarióticas estavam presentes em rochas com aproximadamente 2.7 mil milhões de anos 8mil milhões de anos antes de qualquer evidência eucariótica) **As células procarióticas deram origem às eucarióticas** - Os 2 tipos de células têm de estar relacionados entre si, pois compartilham muitos traços complexos que não poderiam ter evoluído de forma independente em organismos distintos. **Aquisição de organelos sub-celulares envolvidos por membrana:** etapa crucial na evolução das células eucarióticas, pois permitiu o desenvolvimento da complexidade característica dessas células. **∙** Acredita-se que os organelos dos eucariotas tenham surgido por endossimbiose (uma célula que vive dentro de outra com benefício mútuo), particularmente o cloroplasto e a mitocôndria tenham evoluído a partir de pequenas células procarióticas que viveram no citoplasma de uma célula hospedeira maior (hipótese endossimbiótica). **Mitocôndrias e cloroplastos:** tamanho semelhante a bactérias; dividem-se por um mecanismo de fissão como as células procarióticas; contêm o seu próprio DNA que codifica alguns dos seus componentes, o seu DNA é replicado de cada vez que os organelos dividem e os genes são transcritos e traduzidos dentro do próprio organelo (sistema genético distinto do genoma nuclear da célula); os ribossomas e o RNA ribossomal destes organelos são estruturalmente mais semelhantes aos das bactérias do que aos codificados pelo genoma nuclear dos eucariotas. **TEMA 2- A MEMBRANA PLASMÁTICA** **∙** Todas as células são circundadas por uma membrana plasmática contínua, constituída essencialmente por lípidos e proteínas, que define os limites da célula e separa o seu conteúdo interno do ambiente externo. **∙** Ao servir de barreira seletiva à passagem de moléculas, a membrana plasmática determina a composição do citoplasma. **∙** A estrutura básica e fundamental da membrana plasmática é a bicamada de fosfolípidos, que é impermeável à maioria das moléculas solúveis em água, formando uma barreira seletiva. **Nota:** A passagem de iões e da maioria das moléculas orgânicas através da membrana plasmática é mediada por proteínas, que são responsáveis pelo tráfego seletivo de moléculas para dentro e para fora da célula. **Visão geral das funções das membranas celulares** **∙** A membrana plasmática envolve o conteúdo de toda a célula enquanto a membrana dos organelos rodeia e define diferentes ambientes intracelulares. Os vários compartimentos delimitados por membrana de uma célula possuem conteúdos marcadamente diferentes. **∙** A compartimentação conferida pelas membranas permite que diferentes atividades celulares decorram de forma independente e sem interferência externa. **∙** As membranas são também um compartimento distinto, pois funcionam como uma plataforma que facilita as atividades bioquímicas, que envolvem componentes associados às membranas, ao aproximar os diferentes intervenientes duma reação. **Funções das membranas:** - Providenciam uma barreira seletiva, impedindo uma troca de moléculas de um lado para o outro da membrana de forma irrestrita - Contêm maquinaria para o transporte físico de substâncias através da membrana; esta maquinaria permite à célula acumular moléculas (como açúcares e aminoácidos) necessárias para o seu metabolismo. - Respondem a estímulos externos (possuem recetores que servem como sensores por meio dos quais a célula recebe sinais do seu ambiente- diferentes tipos de células possuem diferentes recetores que reconhecem e respondem a estímulos distintos) - Estabelecem interações entre células de organismos multicelulares; medeiam as interações entre uma célula e as suas vizinhas. - Podem estar envolvidas em processos de transdução de energia, como é o caso da membrana das mitocôndrias e cloroplastos. Estrutura das membranas biológicas **∙** Estudos da membrana plasmática dos glóbulos vermelhos forneceram a primeira evidência de que as membranas biológicas consistem em bicamadas lipídicas. **∙** A estrutura em bicamada da membrana plasmática dos eritrócitos observada por microscopia eletrónica aparece como 2 linhas densas separadas por um espaço intermédio (largura da membrana plasmática: 5-10nm). - As membranas são constituídas por lípidos e proteínas que estabelecem entre si ligações não covalentes. - A bicamada lipídica tem uma função estrutural e forma a barreira que impede movimentos aleatórios de materiais solúveis em água de um lado para o outro da membrana. - As proteínas da membrana desempenham a maior parte das funções específicas das membranas celulares - Cada tipo de célula diferenciada contém um conjunto único de proteínas de membrana que contribui para as atividades especializadas desse tipo de célula - As membranas contêm hidratos de carbono ligados aos lípidos das proteínas **∙** A proporção de lípidos relativamente a proteínas de uma membrana biológica varia dependendo do tipo de membrana celular, do tipo de organismo, e do tipo de célula de um mesmo organismo (estas diferenças na relação proteína/lípido podem ser relacionadas com as funções básicas destas membranas). Ex: a membrana mitocondrial interna tem uma proporção muito alta proteína/lípido em comparação com a membrana plasmática dos glóbulos vermelhos. **Bainha de mielina (axónio):** camadas concêntricas de membrana plasmática que possuem uma baixa relação proteína/lípido. Esta isola a célula nervosa do ambiente circundante, o que aumenta a velocidade à qual os impulsos nervosos são propagados ao lomgo do axónio. Lípidos das membranas biológicas **∙** As membranas contêm uma grande diversidade de lípidos, todos eles anfipáticos, ou seja, contêm regiões hidrofóbicas e hidrofílicas. Existem 3 tipos principais de lípidos nas membranas: - Fosfoglicerídeos - Esfingolípidos - Colesterol **∙** A maioria dos lípidos das membranas contém um grupo fosfato, fosfolípidos, e a maioria dos fosfolípidos é constituída a partir do glicerol, sendo designados fosfoglicerídeos. **∙** Normalmente os fosfoglicerídeos presentes nas membranas têm um grupo adicional hidrofóbico ligado ao fosfato, formando a cabeça polar do fosfolípido: - Colina (formamdo fosfatildicolina, PC) - Estanolamina (formando fosfatidiletanolamina, PE) - Serina (formado fosfatidilserina, PS) - Inositol (formando fosfatidilinositol, PI) **∙** Na molécula dos fosfoglicerídeos, dois dos grupos hidroxilo (-OH) do glicerol estão esterificados com duas moléculas de ácidos gordos.  **∙** As membranas das células animais contém 5 fosfolípidos principais (fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina, fosfatidilinositol e esfingomielina), que juntos representam cerca de 50% dos lípidos nas membranas plasmáticas. **∙** As cadeias hidrofóbicas dos ácidos gordos que esterificam a molécula do glicerol são hidrocarbonetos não ramificados com 16-22 átomos de carbono. **∙** Os ácidos gordos podem ser totalmente saturados (sem ligações duplas), monoinsaturados (com ligação dupla), com polinsaturados (com mais que 1 ligação dupla). Os fosfoglicerídeos frequentemente contêm uma cadeia insaturada e uma saturada. **Esfigolípidos** **∙** Classe de lípidos de membrana menos abundante, derivados da esfingosina, um amino-álcool com uma cadeia insaturada de um hidrocarboneto. Os esfingolípidos que consistem na esfingosina ligada a um ácido gordo através de uma ligação amida são designados ceramidas. **Podem ter grupos adicionais esterificados com o grupo hidroxilo terminal da estrutura da esfingosina:** - Se a substituição for com fosfocolina a molécula designa-se esfingomielina (único fosfolípido da membrana que não é sintetizado a partir do glicerol). **∙** Os derivados da esfingosina com um ácido gordo ligado ao grupo amina e uma ou várias moléculas de hidrato de carbono ligadas ao grupo hidroxilo terminal da esfingosina são designados glicolípidos. **∙** Se o hidrato de carbono for um açúcar simples, o glicolípido é designado cerebrósido; se for um grupo de açúcares que inclui o ácido siálico, o glicolípido é designado gangliósido. **∙** Os glicolípidos são componentes da membrana que parecem ser cruciais para o funcionamento da célula. São particularmente abundantes no sistema nervoso (ex: bainha de mielina). **Colesterol** **∙** Pode constitui até 50% dos lípidos da membrana plasmática. **∙** As moléculas de colesterol na membrana estão orientadas com o grupo hidroxilo (hidrofílico) próximo dos grupos polares dos fosfolípidos e a restante molécula incorporada na bicamada lipídica. **Nota:** Os anéis hidrofóbicos de uma molécula de colesterol são planos e rígidos, e interferem com os movimentos das cadeias de ácidos gordos dos fosfolípidos. **Organização dos lípidos da membrana plasmática** **∙** Os fosfolípidos encontram-se distribuídos assimetricamente entre os dois folhetos da bicamada lipídica da membrana plasmática. **Folheto externo:** - Fosfatidilcolina - Esfigomielina - Glicolípidos **Folheto interno:** - Fosfatidiletanolamina - Folfatidilserina - Fosfatidilinositol **Fosfatidiletanolamina:** tende a promover a curvatura da membrana, o que é importante na formação de vesículas e na fusão da membrana. **Fosfatidilserina:** carga líquida negativa a pH fisiológico, o que a torna uma candidata para a interação com lisina e arginina (aminoácidos carregados positivamente) presentes em proteínas membranares. Caso esta apareça na superfície externa dos linfócitos envelhecidos, marca as células para destruição por macrófagos, enquanto o seu aparecimento nas plaquetas leva à coagulação do sangue. Particularmente abundante no folheto interno. **Fosfatidilinositol:** carga líquida negativa a pH fisiológico, pode ser fosforilado em diferentes locais no anel inositol. Os fosfoinositois são importantes no recrutamento de proteínas para a face citosólica da membrana plasmática, participando em vias de sinalização celular. Particularmente abundante no folheto interno. **Características e importância da bicamada lipídica** **∙** Cada tipo de membrana celular te, a sua própria composição lipídica característica, diferindo nos tipos de lípidos na cabeça polar e nas cadeias dos ácidos gordos. **Lípidos:** podem ter efeitos importantes nas propriedades biológicas das membranas, a composição lipídica pode determinar o estado físico da membrana e influenciar a atividade de certas proteínas membranares. Providenciam precursores para mensageiros químicos intracelulares que regulam a função da célula. - Devido à flexibilidade da bicamada lipídica facilita as membranas são deformáveis e a sua forma pode alterar-se (ex: durante locomoção, divisão celular). - Pensa-se que a bicamada lipídica facilita a fusão regulada de membranas/formação de vesículas (ex: secreção-vesículas citoplasmáticas fundem com a membrana plasmática). **∙** A bicamada lipídica é capaz de se "auto-montar/organizar", e para selar fosfolípidos em solução aquosa formam espontaneamente a parede de vesículas esféricas (lipossomas). Essa parede trata-se de uma camada lipídica contínua que se organiza da mesma forma que a de uma membrana biológica. **Lipossomas:** modelo de estudo das membranas, veículo para administração de fármacos **Hidratos de carbono das membranas biológicas** **∙** O conteúdo em glícidos da membrana plasmática varia entre 2-10% do peso da membrana depende da espécie/ tipo de célula). **∙** Os hidratos de carbono estão ligados covalentemente a proteínas, formando glicoproteínas (+ de 90%) e o resto encontra-se ligado aos lípidos, formando glicolípidos. **Nota:** Os glícidos da membrana estão voltados para o meio extracelular. **∙** Os oligossacarídeos ligados a proteínas e lípidos da membrana podem apresentar grande variabilidade na composição e estrutura, uma proteína pode estar ligada a oligossacarídeos distintos em células e tecidos diferentes. **∙** A glicosilação (adição de glícidos) é a modificação mais complexa que as proteínas podem sofrer. Nas glicoproteínas, os glícidos estão presentes como oligossacarídeos curtos e ramificados, com menos de 15 açúcares por cadeia.  **Hidratos de carbono de proteínas/glicoproteínas:** - Mediação de interações da célula com o seu meio ambiente, funcionam como recetores para ligandos extracelulares. - Direcionamento de proteínas membranares para compartimentos celulares distintos - Reconhecimento célula-célula (através de ligações a moléculas de superfície- hidratos de carbono da membrana plasmática) - Distinção de células (como antigénios reconhecidos pelo sistema imonulógico) **Nota:** Os glícidos dos glicolípidos (nos gangliósidos) dos glóbulos vermelhos, determinam o tipo de sangue de um indivíduo. **Glicocálice:** camada de hidratos de carbono (oligossacarídeos dos glicolípidos e das glicoproteínas) que protege a superfície da célula do stress iónico e mecânico e forma uma barreira para microrganismos invasores. - As regiões extracelulares das proteínas da membrana plasmática podem ser muito glicosiladas - As regiões de hidratos de carbono dos glicolípidos são expostas na face externa da membrana plasmática **Proteínas da membrana plasmática** **∙** As proteínas são responsáveis por realizar funções específicas da membrana, sendo que uma membrana pode conter centenas de proteínas diferentes (normalmente 1 proteína para 50-100 lípidos). **∙** No modelo do mosaico fluido, as membranas são vistas como fluidos bidimensionais com proteínas inseridas em bicamadas lipídicas. **Classes de proteínas membranares** **Integrais:** inseridas na bicamada lipídica, normalmente são transmembranares com regiões expostas em ambos os lados da bicamada. - A maioria funciona como recetores (ligam-se a substâncias específicas na superfície da membrana), canais/transportadores (envolvidos no movimento de iões e solutos através da membrana) e moléculas que transferem eletrões durante a fotossíntese e respiração celular. - Constituem 25-30% das proteínas codificadas no genoma e representam 60% de todos os alvos terapêuticos - As proteínas integrais são anfipáticas (regiões hidrofóbicas, como os domínios transmembranares- regiões de uma proteína integral que residem dentro da camada lipídica- e hidrofílicas) - Os aminoácidos dos domínios transmembranares formam ligações de Van der Waals com as cadeias dos ácidos gordos da bicamada, selando a proteína na parede de lípidos da membrana. **Periféricas:** fora da bicamada, do lado citoplasmático ou extracelular e estão associadas à superfície da membrana através de ligações não-covalentes, electroestáticas. Geralmente podem ser solubilizadas por extração com soluções de elevada concentração de sal que interferem com as ligações electroestáticas entre as proteínas periféricas e outros componentes da membrana. - As mais bem estudadas estão localizadas na superfície citosólica da membrana plasmática, onde formam uma rede fibrilar que atua como um esqueleto de membrana: suporte mecânico para a membrana e âncora para proteínas integrais da membrana - Outras proteínas periféricas na superfície da membrana plasmática interna funcionam como enzimas, revestimentos especializados ou transmitem sinais membranares - Normalmente têm uma relação dinâmica com a membrana, sendo recrutadas para a membrana ou libertadas da membrana dependendo das condições **Ancoradas por lípidos:** fora da bicamada, na superfície extracelular/citoplasmática, mas estão covalentemente ligadas a uma molécula lipídica que se situa dentro da bicamada. 1. **Proteínas inseridas no folheto externo por âncoras de glicosilfosfatidilinositol (GPI, um glicolípido)** - Vários recetores, enzimas e proteínas de adesão celular encontram-se associados à membrana através de âncoras de GPI - **Adição de âncoras GPI:** são adicionadas a algumas proteínas sintetizadas para o retículo endoplasmático (ligação covalente), as proteínas permanecem ligadas á membrana apenas pelo glicolípido 2. **Proteínas que estão ancoradas no folheto interno da membrana plasmática covalente a longas cadeias de hidrocarbonetos presentes nos lípidos do folheto interno da bicamada lipídica** - Essas proteínas são sintetizadas em ribossomas citosólicos livres e, de seguida, modificadas pela adição de lípidos **Fluidez da membrana** **∙** O estado físico da bicamada lipídica depende da temperatura - **Temperatura mantida a 37ºC:** lípidos num estado relativamente fluido, cristal líquido. As moléculas retêm uma orientação específica (eixos longos da moléculas têm um arranjo paralelo), mas os fosfolípidos individuais podem girar em torno do seu eixo ou mover-se lateralmente dentro do plano da bicamada - **Temperatura diminui:** atinge-se um ponto de transição em que ocorrem alterações no estado físico e os lípidos passam de um líquido cristalino para um gel cristalino, no qual o movimento dos ácidos gordos dos fosfolípidos está muito restringido. Os fosfolípidos têm menor energia cinética e agrupam-se de forma mais próxima, aumentando as interações intermoleculares. **∙** A composição lipídica da membrana afeta a sua fluidez - Os ácidos gordos da maioria dos fosfolípidos contêm uma ou mais ligações duplas (ácidos gordos insaturados) que dificultam a sua compactação. Consequentemente, quanto maior o grau de insaturação, maior a fluidez. - O comprimento da cadeia dos ácidos gordos também influencia a fluidez, quanto menor a cadeia, maior a fluidez. - O estado físico da membrana também é influenciado pelo conteúdo em colesterol, que perturba a compactação das cadeias dos ácidos gordos e interfere com os seus movimentos. **Importância do estado de fluidez da membrana para as suas propriedades biológicas** - Influencia a organização estrutural e o suporte mecânico da membrana - Influencia alterações dentro da membrana, por exemplo a formação de aglomerados de proteínas membranares em determinados locais gerando estruturas especializadas como as junções intercelulares ou as sinapses - Influencia a organização e o crescimento da membrana por inserção de lípidos e proteínas na matriz fluida dos folhetos membranares - O movimento celular, o crescimento da célula, a divisão celular, a secreção e a endocitose dependem do movimento dos componentes da membrana e provavelmente não ocorreriam se as membranas fossem estruturas rígidas