Bicamada lipídica: características, estrutura, funções

A bicamada lipídica é uma membrana laminar fina e bimolecular de lipídios anfipáticos, ou seja, eles contêm uma porção hidrofóbica e outra porção hidrofílica. Tem uma permeabilidade muito baixa para íons, bem como para a maioria das moléculas solúveis em água, porém é muito permeável à água.

Em soluções aquosas, lipídios polares, como fosfoglicerídeos, são associados formando diferentes tipos de agregados, chamados micelas, monocamadas e bicamadas lipídicas. Nessas estruturas, as cabeças dos lipídios polares, que são hidrofílicas, são direcionadas externamente para permanecerem em contato com a água, enquanto as caudas (hidrofóbicas) estão todas dispostas na extremidade oposta.

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Diagrama de possíveis arranjos lipídicos na borda de um poro através de uma bicamada lipídica. Tirada e editada em: MDougM [Domínio público].

Os seres vivos têm membranas celulares constituídas principalmente por fosfolipídios e glicolípidos, formando uma bicamada lipídica. Essa bicamada constitui uma barreira de permeabilidade que permite regular o conteúdo interno de sais e eletrólitos da célula. Para conseguir isso, eles têm estruturas chamadas bombas de íons.

Os primeiros cientistas a propor o modelo de bicamada lipídica para membranas celulares foram os médicos Evert Gorter e F. Grendel (1925), da Universidade de Leiden, na Holanda, um modelo que foi confirmado em 1950 por estudos de microscopia eletrônica.

Existem vários usos atuais e potenciais de bicamadas lipídicas, mas até o momento, o mais bem sucedido comercialmente foi o uso de vesículas artificiais (lipossomas) em medicina, para a administração de medicamentos a pacientes com câncer.

Caracteristicas

As bicamadas lipídicas são estruturas laminares muito finas e frágeis, com algumas características biologicamente importantes, como:

Permeabilidade

Uma das principais características da bicamada lipídica é a sua permeabilidade seletiva. De fato, essas membranas são muito impermeáveis ​​aos íons e à maioria das moléculas polares, sendo a água uma exceção importante, pois pode atravessar facilmente a membrana.

Um exemplo dessa permeabilidade seletiva é o sódio e o potássio, cujos íons atravessam a membrana mais de um milhão de vezes mais lentamente que a água. Por outro lado, o indol, um composto orgânico heterocíclico, atravessa a membrana a uma velocidade mil vezes maior que o triptofano, outra molécula similar a essa estruturalmente.

Mesmo antes de conhecer a dupla natureza da membrana, o cientista Charles Overton apontou (1901) que os coeficientes de permeabilidade de pequenas moléculas estão diretamente relacionados à relativa solubilidade que apresentam em solventes orgânicos e na água.

Assimetria

Cada uma das camadas que constituem a membrana é estrutural e funcionalmente distinta da outra. Um exemplo funcional dessa assimetria é a bomba de sódio-potássio. Esta bomba está presente na membrana plasmática da grande maioria das células dos organismos superiores.

A bomba Na + – K + é orientada de tal maneira que expele Na + do interior da célula, enquanto introduz os íons K + . Além disso, esse meio de transporte precisa de energia na forma de ATP para sua ativação e só pode ser usado se estiver dentro da célula.

Os componentes de cada camada também são diferentes, as proteínas da membrana são sintetizadas e inseridas assimetricamente na bicamada, assim como os lipídios, mas esta última, diferentemente das proteínas, não possui uma assimetria absoluta, com exceção de glicolípidos.

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No caso dos eritrócitos, por exemplo, esfingomielinas e fosfatidilcolinas estão localizadas na camada externa da membrana, enquanto a fosfatidiletanolamina e fosfatidilserinas estão posicionadas internamente. O colesterol é constituinte, no entanto, de ambas as camadas.

Uma das causas da assimetria na distribuição dos fosfolipídios é que a maioria desses constituintes é sintetizada dentro da célula e, portanto, é inicialmente incluída na camada interna, e daí alguns deles migrarão para a camada externa com a ajuda de enzimas chamadas flipasas.

Fluência

As bicamadas lipídicas não são estruturas rígidas, mas, pelo contrário, são estruturas fluidas e dinâmicas, onde lipídios e muitas proteínas estão em constante movimento lateral.

Os lipídios se difundem lateralmente na membrana a uma taxa média de 2 µm por segundo. O deslocamento lateral das proteínas nas bicamadas, por outro lado, pode variar dependendo do tipo de proteína; Enquanto alguns são tão rápidos quanto lipídios, outros praticamente permanecem imóveis.

A difusão transversal, também chamada de flip-flop, por outro lado, é muito mais lenta para lipídios e nunca foi observada em proteínas.

Por outro lado, a fluidez da membrana pode variar dependendo da ordem relativa dos ácidos graxos dos lipídios. Quando todos os ácidos graxos são ordenados, a bicamada está em estado rígido, enquanto no estado fluido eles são relativamente desordenados.

Essas mudanças podem ocorrer devido a variações de temperatura; A transição do estado sólido para o estado fluido ocorre abruptamente quando a temperatura excede um limite conhecido como temperatura de fusão, que depende do comprimento das cadeias de ácidos graxos, bem como do seu grau de insaturação.

Os lipídios constituintes da membrana são de natureza diferente e, portanto, podem ter diferentes temperaturas de fusão. Devido a isso, as fases sólida e fluida podem coexistir em diferentes bicamadas a diferentes temperaturas.

Outras características

As bicamadas lipídicas, graças às interações covalentes e às forças atraentes de van der Waals, tendem a ser extensas e a fechar-se para que não haja extremos expostos. Sua capacidade de auto-reparo também é característica, porque a falta de continuidade não é energeticamente favorável à sua estrutura.

Estrutura

Existem diferentes modelos para explicar a estrutura da bicamada lipídica:

Modelo Davson e Danielli

Foi proposto em 1935 e argumenta que as membranas contêm uma fase contínua de hidrocarboneto, contribuída pelos lipídios constituintes da membrana.

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Modelo de membrana celular de Davson e Danielli. Tirada e editada de: miguelferig [Domínio público].

Modelo de membrana unitária

Erguida por JD Robertson, essa hipótese é uma modificação do modelo de Davson e Danielli. Ele postulou que a membrana unitária era composta de uma dupla camada de lipídios polares mistos.

Esses lipídios foram orientados com as cadeias de hidrocarbonetos para dentro, formando uma camada contínua de hidrocarboneto, enquanto as cabeças hidrofílicas apontavam na direção oposta.

Além disso, esta membrana unitária foi revestida em ambos os lados por uma única camada de moléculas de proteína estendidas.

Modelo globular

Também conhecido como modelo de subunidade. De acordo com este modelo, as membranas seriam constituídas por um mosaico de subunidades lipoproteínas repetitivas entre 4,0 e 9,0 nm.

Modelo de telha fluida

Foi proposto por SJ Singer e GL Nicholson em 1972 e é o modelo mais aceito. Segundo ele, os fosfolipídios da membrana são dispostos em camadas duplas, formando uma matriz de cristais líquidos.

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As moléculas lipídicas individuais, de acordo com este modelo, podem se mover livremente lateralmente, o que explicaria a flexibilidade, fluidez, resistência elétrica e permeabilidade seletiva dessas membranas.

As proteínas que fazem parte da bicamada, de acordo com o modelo, devem ser globulares. Além disso, algumas proteínas seriam parcialmente incorporadas na bicamada, enquanto outras seriam totalmente imersas nela.

O grau de penetração das proteínas globulares na bicamada seria definido pela sequência de aminoácidos destas, bem como pela presença de grupos R não polares na superfície desses aminoácidos.

Composição:

Bicamadas naturais são compostas principalmente por fosfolipídios. Estes são compostos derivados de glicerol que são caracterizados por ter uma cabeça hidrofílica e duas caudas hidrofóbicas.

Quando os fosfolipídios entram em contato com a água, eles podem ser organizados de maneiras diferentes. A forma mais estável é como uma bicamada com as caudas voltadas para dentro e as cabeças fora da bicamada.

Os glicolipídios também fazem parte da bicamada lipídica. Esses compostos, como o nome indica, são lipídios associados a açúcares, derivados no caso de animais de um composto conhecido como esfingocina.

Outro constituinte importante da membrana é o colesterol, um lipídio insaponificável. Está presente nas camadas interna e externa da bicamada. É mais abundante na membrana plasmática do que na membrana das organelas.

As membranas também têm muitos tipos de proteínas associadas, que podem ser de dois tipos, extrínsecas ou intrínsecas. Proteínas extrínsecas ou periféricas são associadas por junções frouxas à membrana e podem ser facilmente separadas delas.

As proteínas intrínsecas ou integrais estão fortemente associadas à bicamada e não perdem facilmente. Eles representam cerca de 70% das proteínas da membrana. Alguns deles têm a função de receptores de sinal fora da célula e sua transmissão dentro.

Outras proteínas estão associadas à fusão de duas bicamadas diferentes. Entre eles estão aqueles que permitem a união do espermatozóide com o óvulo durante a fertilização; também aqueles que permitem que vírus penetrem nas células hospedeiras.

Além disso, as bombas de íons são proteínas integrais que atravessam a bicamada que permitem a troca iônica entre o interior e o exterior da célula, através da bicamada lipídica, contra um gradiente.

Funções

A principal função biológica da bicamada lipídica é a separação de compartimentos aquosos com diferentes composições, como a separação do protoplasma celular do ambiente. Sem essa delimitação física entre compartimentos, a vida como a conhecemos seria impossível.

Essa função é tão importante que praticamente todos os seres vivos possuem uma membrana constituída por uma bicamada lipídica. A exceção é representada por algumas espécies de arquéias, nas quais a membrana é uma monocamada lipídica.

As bicamadas lipídicas participam da transmissão do impulso do nervo interneuronal. Os neurônios não estão fisicamente ligados, mas separados por um breve espaço chamado sinapse. Para economizar esse espaço interneuronal, envolviam vesículas carregadas de neurotransmissores.

Outra função da bicamada é servir como base estrutural ou esqueleto de suporte, ao qual alguns sistemas de transporte e algumas enzimas foram fortemente ligados.

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Organelas com bicamada lipídica

Nos procariontes, a bicamada lipídica está presente apenas na membrana celular, enquanto nos eucariotos existem organelas ou organelas diferentes que podem ter uma ou duas bicamadas lipídicas.

-Organize-os com duas bicamadas lipídicas

Core

Organelos celulares presentes em células eucarióticas e contendo a maior parte do material genético organizado nos cromossomos.

A membrana nuclear é formada por duas bicamadas lipídicas separadas por um espaço chamado perinuclear. Ambas as camadas são chamadas de membrana nuclear externa e interna e diferem em sua composição protéica.

Mitocôndrias

Organela responsável pela respiração celular, o processo pelo qual a energia necessária para a atividade celular é fornecida. Possui uma membrana dupla, a externa lisa e a interna dobrada, formando cretas lamelares ou digitiformes.

A função dessas dobras é aumentar a área da superfície interna, que é o local onde ocorrem reações metabólicas.

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Mitocôndrias Tirada e editada em: LadyofHats [CC0].

Cloroplasto

Organelas presentes em plantas superiores e outros organismos eucarióticos fotoautotróficos. Possui duas bicamadas lipídicas concêntricas separadas por um espaço intermembranar. A camada externa é mais porosa do que a camada interna devido à presença de proteínas chamadas porinas.

-Organize-os com uma bicamada lipídica

Além da membrana plasmática, que foi amplamente discutida neste artigo, outras organelas, como o retículo endoplasmático, o aparelho de Golgi e os lisossomos possuem uma única bicamada lipídica.

Retículo endoplasmático (ER)

Complexo de membranas citoplasmáticas associadas (ER áspero) ou não (ER liso) a ribossomos, e participando da síntese de lipídios e fosfolipídios (ER liso) ou peptídeos e proteínas (ER áspero), graças aos ribossomos ligados ao seu paredes.

Aparelho de Golgi

Complexo de membranas de paredes lisas que participam do armazenamento, modificação e embalagem de substâncias proteicas.

Lisossomos

Organelas vesiculares contendo enzimas envolvidas na degradação de materiais estranhos. Eles também degradam componentes celulares desnecessários e até células danificadas ou mortas.

Aplicações

A principal aplicação das bicamadas lipídicas é no campo da medicina. Lipossomas são estruturas vesiculares delimitadas por bicamadas lipídicas. Eles são formados artificialmente por oscilação sônica de suspensões aquosas de fosfoglicerídeos.

Se íons ou moléculas forem incluídos na suspensão aquosa, alguns desses elementos estarão contidos no interior dos lipossomas. Com base nesses princípios, os fármacos em solução foram encapsulados nos lipossomas.

Lipossomas contendo medicamentos são entregues injetados no paciente. Uma vez dentro, eles viajam pelo sistema sanguíneo, até chegar ao local alvo. No destino, eles quebram e liberam seu conteúdo.

O uso de bicamadas lipídicas como biossensores para o diagnóstico da doença também foi testado; bem como para a possível detecção de armas biológicas. Finalmente, foi testado com sucesso para determinar a permeabilidade dos medicamentos.

Referências

  1. OS Andersen, II Koeppe, E. Roger (2007). Espessura da bicamada e função proteica da membrana: uma perspectiva energética. Revisão Anual de Biofísica e Estrutura Biomolecular.
  2. Bicamada lipídica. Em Ecured Recuperado de ecured.com.
  3. Bicamada lipídica. Na Wikipedia Recuperado de wikipedia.org.
  4. A. Lehninger (1978). Bioquímica Ediciones Omega, SA
  5. L. Stryer (1995). Bioquímica WH Freeman and Company, Nova Iorque.
  6. RB Gennis (1989). Biomembranas Springer-Verlag
  7. MS Bretscher (1972). Estrutura assimétrica de bicamada lipídica para membranas biológicas. Nature New Biology

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