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LÍPIDOS – ESTRUTURA E TRANSPORTE NAS MEMBRANAS

LÍPIDOS • Os lípidos são biomoléculas insolúveis em água e solúveis em solventes orgânicos, como o álcool, a benzina, o éter e o clorofórmio. • A esta família pertencem as gorduras hidrolisadas. • Possuem uma importância biológica a diversos níveis, funcionando como reserva energética e tendo funções estruturais, protectoras, vitamínicas e hormonais. • Entram na formação das membranas celulares, podendo ser encontrados também dentro das células, como substâncias de reserva nutritiva e fonte de energia. • Os lípidos podem formar algumas hormonas, vitaminas e pigmentos.

FUNÇÕES DOS LÍPIDOS • Reserva energética • Gordura armazenada no tecido adiposo • Estrutural Componentes da membrana celular Cria uma barreira para as células Controla o fluxo de materiais • Protectora Protegem os órgãos e ajudam manter a temperatura Envolvem e isolam órgãos vitais • Vitamínica e hormonal Constituição de vitaminas K e E Ajudam na regulação de processos biológicos (vitaminas) Comunicação entre células (hormonas)

Os lípidos constituem um grupo heterogéneo. Caracterizam por possuírem, na sua estrutura molecular, ácidos gordos com, pelo menos, 8 átomos de carbono. Na maioria dos casos, o ácido esterifica um álcool, o qual é, frequentemente, o glicerol. Noutros casos, os ácidos ligam-se a uma amina alcoólica.

TIPOS DE LÍPIDOS Ácidos gordos Glicerolípidos Lípidos complexos Saturados Insaturados Acilgliceróis (glicéridos) Fosfoglicéridos Lipoproteínas Glicolípidos Esfingolípidos Não glicéridos Esteróides Céridos

CLASSIFICAÇÃO DOS LÍPIDOS • A grande heterogeneidade dos lípidos justifica a existência de diversas classificações. Uma delas, agrupa os lípidos, à partida, em duas classes: • Lípidos simples • Lípidos complexos

• Lípidos Simples: Ésteres de ácidos gordos com vários grupos OH. Gorduras: Ésteres de ácidos gordos com glicerol. Óleos são gorduras no estado líquido. Ceras: Ésteres de ácidos gordos com álcoois com elevado peso molecular. • Lípidos complexos: Ésteres de ácidos gordos contendo outros grupos juntamente com álcoois e ácidos gordos. Fosfolípidos: Lípidos contendo, juntamente com ácidos gordos e álcoois um resíduo fosfórico ácido. Frequentemente contêm bases contendo azoto e outros. Glicerofosfolípidos: o álcool é o glicerol e nos esfingolípidos o álcool é a esfingosina (álcool azotado com uma longa cadeia insaturada (C 18)). Glicolípidos (glicoesfingolípidos): Lípidos contendo ácido gordo, esfingosina e hidratos de carbono.

LÍPIDOS SIMPLES • Os lípidos simples compreendem os glicéridos e as ceras. Os glícéridos são ésteres do glicerol e de ácidos gordos; são habitualmente designados por óleos ou gorduras, consoante se encontrem em estado líquido ou sólido, à temperatura ambiente. As ceras são igualmente ésteres, mas de mono-álcoois de elevado peso molecular.

ÁCIDOS GORDOS • Estes, podem ser saturados ou possuírem uma ou mais duplas ligações (insaturados). • Os ácidos gordos saturados obedecem à fórmula CH 3 – (CH 2)n – COOH, e possuem um número par de átomos de carbono. • Os ácidos gordos são insolúveis na água em razão da maior parte da molécula, formada por CH 2 -, ser hidrofóbica, e somente o radical carboxílico ser hidrofílico.

NOMENCLATURA DOS ÁCIDOS GORDOS • Designações triviais Formam-se a partir do organismo de onde são extraídos. Ex: ácido palmítico (palmeira); oleico (oliveira) e láurico (loureiro). • Designações sistemáticas Referem o nº de átomos de carbono e o nº de ligações duplas e a sua localização na molécula. • Códigos numéricos 1. Sistema de COOH (∆) – numeração a partir do grupo carboxílico. (Cx: y)∆9 ▫ x - nº de átomos de carbono ▫ y - nº de ligações duplas ▫ ∆ - posição das ligações Ex: ácido palmitoleico (C 16: 1)∆9

• 2. Sistema de n – numeração a partir do grupo metílico. x: y nz x – nº de átomos de carbono y – nº de ligações duplas z – posição das ligações Ex: ácido palmitoleico 16: 1 n 9

Ácidos gordos naturais: Estrutura, propriedades e nomenclatura

REACÇÕES DOS ÁCIDOS GORDOS • Esterificação RCOOH + ROH RCOOR + H 2 O • Hidrólise RCOOH + H 2 O RCOOR + ROH • Ácido-Base RCOOH + Na. OH RCOO-Na+ + H 2 O

ÁCIDOS GORDOS CÍCLICOS • Controlam processos metabólicos e fisiológicos no organismo. • As prostagladinas derivam do ácido araquidónico. • Foram sintetizadas pela 1ª vez do fluido seminal.

Prostaglandinas • Estes lipídos não desempenham funções estruturais, mas são componentes importantes em vários processos metabólicos e de comunicação intercelular. • Um dos processos mais importantes controlados pelas prostaglandinas é a inflamação. • Todas estas substâncias têm uma estrutura química semelhante a do ácido prostanóico, um anel de 5 membros com duas longas cadeias ligadas em trans nos carbonos 1 e 2. • As prostaglandinas diferem do ácido prostanóico pela presença de insaturação ou substituição no anel ou da alteração das cadeias ligadas a ele.

• Efeitos biológicos ▫ Estimulação dos músculos lisos Contrações uterinas Dismenorreia Dores menstruais ▫ ▫ ▫ ▫ Regulação da produção de esteróides Inibição da secreção gástrica Inibição de lipases hormona-sensíveis Inibição/estimulação da agregação de plaquetas Regula a transmissão nervosa Sensibilidade à dor Medição da resposta intermediária

• Aspirina ▫ Actua como anticoagulante ▫ Devido ao seu poder anti-agregação das plaquetas ▫ Resposta inflamatória Mecanismo de protecção quando o organismo é danificado. O suor, o vermelhão, a febre e a dor são o resultado deste processo. As prostaglandinas desencadeiam esta resposta. ▫ Resposta anti-inflamatória Bloqueiam a síntese de prostaglandina. Causam a redução da resposta inflamatória.

GLICEROL • Ao ser esterificado por ácidos gordos, o glicerol dá origem aos glicéridos. Os monoglicéridos podem ser formados a partir de um álcool primário (isómero α) ou de um álcool secundário (isómero ß). Glicerol e um triacilglicerol

GLICÉRIDOS • São ésteres de ácidos gordos e glicerol • Constituição: • Glicerol (álcool) + Ácidos gordos • Classificação: ▫ Podem ter entre 1 a 3 ácidos gordos Mono – di – triglicéridos • Papel biológico: ▫ Existem em quase todos os tecidos (adiposo) ▫ Reserva de energia

LÍPIDOS COMPLEXOS • Contém um éster de ácido gordo com glicerol e outros grupos nas outras ligações ao glicerol. • Fosfolípidos: ácidos gordos, ácidos fosfóricos e grupos contendo azoto como a fosfatidil colina, fosfatidil serina, fosfatidil etanolamina. • Cerebrosídeos: ácidos gordos, hidratos de carbono e um grupo contendo azoto como o galactocerebrosídeo ou o glucocerebrosídeo. Os fosfolípidos são os elementos constituintes da dupla camada lipídica das membranas celulares. R 1 e R 2 representam as duas cadeias alifáticas (hidrofóbicas), enquanto que o ácido fosfórico constitui o pólo hidrofílico.

Glicerofosfolípidos Os Glicerofosfolípidos são diacilgliceróis ligados aos álcoois primários numa ligação fosfodiéster.

ESFINGOLÍPIDOS Esfingolípidos: ácidos gordos, substituintes com azoto e substituintes com o grupo fosforil como sejam as esfingomielinas. Tecido nervoso Nas pessoas 25% de todos os lípidos são esfingolípidos.

Esfingolípidos

LÍPIDOS DERIVADOS • Nesta classe encontram-se substâncias muito variadas, que possuem características dos lípidos, nomeadamente a insolubilidade na água e a solubilidade nos solventes orgânicos. Englobam-se aqui os ácidos gordos, os álcoois de elevado peso molecular, os hidrocarbonetos, as vitaminas D, E e K, os compostos isoprénicos e as prostaglandinas. • Os compostos isoprénicos constituem um importante grupo de compostos orgânicos presentes tanto em animais como nas plantas. • O grupo dos esteroídes, do qual fazem parte diversas hormonas (androgénios, estrogénios, etc) e o colesterol.

ESTERÓIDES No reino animal, os esteróides mais abundantes são os derivados do colesterol C 27 H 46 O, que é um álcool. O colesterol é componente estrutural das membranas celulares e precursor de outros esteróides como, por exemplo, as vitaminas D e as hormonas sexuais testosterona (masculino) e estrogénio (feminino). No nosso organismo, o colesterol é muito importante. É produzido principalmente no fígado, mesmo que nossa alimentação seja pobre em colesterol (um adulto, de peso médio, tem cerca de 250 g de colesterol no seu organismo).

Cortisona • • • Associada com muitos processos biológicos Metabolismo dos glúcidos Tratamento da artrite reumatóide Tratamento da asma Tratamento de comichões

VITAMINAS A E D SÃO PERCURSORES DE HORMONAS • Compostos essenciais à saúde dos humanos e outros vertebrados mas não sintetizados por estes e que têm que ser obtidos na dieta.

MEMBRANAS BIOLÓGICAS

• As membranas definem os limites externos das células e regulam o tráfico molecular ao longo desses limites (Fig). Nas células eucariótas dividem o espaço interno em compartimentos discretos para segregarem processos e componentes. Organizam as sequências das reacções complexas e são centrais na conservação da energia biológica e a comunicação entre células. • As actividades biológicas das membranas derivam das suas propriedades físicas. São flexíveis, autolimitantes e selectivas na permeabilidade aos solutos polares. A sua flexibilidade permite a alteração da sua forma tanto nos movimentos tanto no crescimento/divisão celular.

COMPOSIÇÃO DAS MEMBRANAS

• Distribuição assimétrica de fosfolípidos entre as monocamadas interiores e exteriores das membranas nos eritrócitos

ESTRUTURA DAS MEMBRANAS EM MOSAICO

Agregados de lípidos que se formam na água. (a) Em micelas, as cadeias hidrofóbicas dos ácidos gordos encontram-se no interior da micela, não existe água no interior da esfera. (b) Bicamada aberta, as cadeias hidrofóbicas estão protegidas da interação com a água. (c) Quando a bicamada fecha-se, forma-se uma bicamada fechada, forma-se uma cavidade vazia, tridimensional (liposoma) aquosa.

Os lípidos e proteínas das membranas são inseridos na bicamada; as membranas são assimétricas tanto na estrutura como na função. Muitas proteínas das membranas contêm oligossacarídos covalentemente ligados. As glicoproteínas do plasma membranar são sempre orientadas com o domínio hidrato de carbono na superfície extracelular. Interior Exterior

TRANSPORTE

Fusão Membranar é central a muitos Processos Biológicos envolvendo organelos e a membrana plasmar.

TRANSPORTE ATRAVÉS DA MEMBRANA • A membrana celular controla a passagem de materiais para dentro e para fora da célula. • A maior parte do transporte é controlado pelas proteínas integrais. • Moléculas pequenas como a água passam directamente através da membrana – transporte passivo. • Moléculas maiores e iões podem necessitar energia para passar através da membrana – transporte activo.

Tipos de transporte

TRANSPORTE PASSIVO Difusão • As micromoléculas (CO 2, H 2 O) passam directamente através da membrana celular. • A entropia é a força condutora – precisa de iguais concentrações de ambos os lados da membrana. • A membrana apresenta uma permeabilidade selectiva a estas moléculas.

• Mudanças de energia na passagem de solutos hidrofílicos pela bicamada lipídica de uma membrana biológica. • (a) Na difusão simples, a remoção da “concha” hidratada é muito endergónica, a energia de activação da difusão através da bicamada é muito alta. • (b) Uma proteína de transporte (permease) reduz a energia de activação da difusão transmembranar do soluto. Isto é realizado pela formação de interações não covalentes com o soluto desidratado para trocar as ligações de hidrogénio com a água provencionando uma passagem transmembranar hidrofílica.

PRESSÃO OSMÓTICA • Três condições podem existir nas células: ▫ Concentração é a mesma em ambos os lados – isotónica. ▫ Concentração é maior no interior da célula – hipertónica. ▫ Concentração é maior no exterior da célula – hipotónica.

TRANSPORTE ACTIVO • Quando uma célula tem que fornecer energia para transportar materiais através da sua membrana.

Transporte Activo Primário e Secundário • O transporte activo é termodinamicamente desfavorável (endergónico) e acontece somente quando em conjunto com um processo exergónico. ▫ O transporte activo primário, a acumulação de soluto é conjunta com uma reacção química exergónica, conversão de ATP em ADP + Pi. ▫ O transporte activo secundário ocorre quando o transporte endergónico (para cima) de um soluto é conjunto com uma corrente exergónica (para baixo) de um soluto diferente que foi inicialmente transportado pelo transporte activo primário.

• Transporte de glucose nas células epiteliais do intestino. A glucose é cotransportada com o Na ao longo do plasma da membrana apical para a célula epitelial. Move-se através da célula para a superfície basal, onde passará para a corrente sanguínea com a ajuda do GLUT 2, um transportador passivo de glucose. O Na. K ATPase continua a bombear Na com o objectivo de manter o gradiente de Na que leva ao consumo de glucose.