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The unsaturated hydrocarbon tails help to stabilize membrane fluidity by preventing the membrane from becoming too rigid. The unsaturated hydrocarbon tails are made of fatty acid chains with double bonds, which are less saturated with hydrogen atoms than saturated fatty acids. This results in a more flexible membrane that is able to bend and twist in response to changes in the environment. The flexibility of the membrane helps to maintain an optimal balance between fluidity and stability.

Membrane fluidity

Viscosidade da bicamada lipídica de uma membrana celular

Em biologia, fluidez da membrana refere-se a viscosidade do bicamada lipídica de um membrana celular ou um membrana lipídica sintética. O empacotamento lipídico pode influenciar a fluidez da membrana. A viscosidade da membrana pode afetar a rotação e difusão de proteínas e outras biomoléculas dentro da membrana, afetando assim as funções dessas coisas.

A fluidez da membrana é afetada pelos ácidos graxos. Mais especificamente, se os ácidos graxos são saturados ou insaturados, tem um efeito na fluidez da membrana. Os ácidos graxos saturados não têm ligações duplas na cadeia de hidrocarbonetos e a quantidade máxima de hidrogênio. A ausência de ligações duplas diminui a fluidez, tornando a membrana muito forte e bem empilhada. Os ácidos graxos insaturados têm pelo menos uma ligação dupla, criando uma “torção” na cadeia. A ligação dupla aumenta a fluidez. A fluidez da membrana também é afetada pelo colesterol. O colesterol pode tornar a membrana celular fluida e rígida.

Fatores que determinam a fluidez da membrana

A fluidez da membrana pode ser afetada por vários fatores. Uma maneira de aumentar a fluidez da membrana é aquecer a membrana. Os lipídios adquirem energia térmica quando são aquecidos; os lipídios energéticos se movem mais, organizando-se e reorganizando-se aleatoriamente, tornando a membrana mais fluida. Em baixas temperaturas, os lipídios são ordenados lateralmente e organizados na membrana, e as cadeias lipídicas estão principalmente na configuração totalmente trans e se agrupam bem.

o temperatura de fusão





T

m




\displaystyle T_m

de uma membrana é definida como a temperatura através da qual a membrana transita de uma organização semelhante a um cristal para uma organização semelhante a um fluido, ou vice-versa. Essa transição de fase não é uma transição de estado real, mas os dois níveis de organizações são muito semelhantes a um estado sólido e líquido.





  • T
    <

    T

    m




    \displaystyle T

    : A membrana está na fase cristalina, o nível de ordem na bicamada é alto e a fluidez é baixa.





  • T
    >

    T

    m




    \displaystyle T>T_m

    colesterolporém, permite a estabilização da membrana e uma organização mais compacta.

A composição de uma membrana também pode afetar sua fluidez. a membrana fosfolipídios incorporar ácidos graxos de comprimento variável e saturação. Os lipídios com cadeias mais curtas são menos rígidos e menos viscosos porque são mais suscetíveis a mudanças na energia cinética devido ao seu tamanho molecular menor e têm menos área de superfície para sofrer estabilização forças de Londres com cadeias hidrofóbicas vizinhas. Cadeias lipídicas com ligações duplas carbono-carbono (insaturado) são mais rígidos do que os lipídios que são saturado com hidrogênios, pois as ligações duplas não podem girar livremente. Devido a essa rigidez, as ligações duplas insaturadas tornam mais difícil para os lipídios se agruparem, colocando dobras na cadeia de hidrocarbonetos, de outra forma endireitada. Enquanto os lipídios individuais podem ser mais rígidos, as membranas feitas com tais lipídios são mais fluidas e têm menor Pontos de fusão: menos energia térmica é necessária para atingir o mesmo nível de fluidez que as membranas feitas com lipídios com cadeias de hidrocarbonetos saturados. Incorporação de lipídios específicos, como esfingomielina, em membranas lipídicas sintéticas é conhecido por endurecer uma membrana. Tais membranas podem ser descritas como “um estado vítreo, ou seja, rígido, mas sem ordem cristalina”.

Colesterol atua como um regulador bidirecional da fluidez da membrana porque em altas temperaturas, estabiliza a membrana e aumenta seu ponto de fusão, enquanto em baixas temperaturas se intercala entre os fosfolipídios e impede que eles se agrupem e endureçam. Algumas drogas, por exemplo Losartana, também são conhecidos por alterar a viscosidade da membrana. Outra maneira de alterar a fluidez da membrana é alterar a pressão. Em laboratório, bicamadas e monocamadas lipídicas suportadas podem ser feitas artificialmente. Nesses casos, ainda se pode falar em fluidez de membrana. Estas membranas são suportadas por uma superfície plana, por exemplo, o fundo de uma caixa. A fluidez dessas membranas pode ser controlada pela pressão lateral aplicada, por exemplo, pelas paredes laterais de uma caixa.

Heterogeneidade na propriedade física da membrana

Discreto domínios lipídicos com composição diferente e, portanto, fluidez de membrana, podem coexistir em membranas lipídicas modelo; isso pode ser observado usando Microscópio Fluorescente. O análogo biológico, ‘Jangada lipídica‘, é a hipótese de existir nas membranas celulares e realizar funções biológicas. Também um estreito invólucro lipídico anular de lipídios de membrana em contato com proteínas integrais de membrana têm baixa fluidez em comparação com os lipídios a granel em membranas biológicaspois essas moléculas lipídicas ficam presas à superfície da proteína macro moléculas.

Métodos de medição

A fluidez da membrana pode ser medida com ressonância de spin do elétron, fluorescência, força atômica microscópica-Sediada espectroscopia de forçaou deutério espectroscopia de ressonância magnética nuclear. As medições de ressonância de spin do elétron envolvem a observação sonda giratória comportamento na membrana. Os experimentos de fluorescência envolvem a observação de sondas fluorescentes incorporadas à membrana. Experimentos de microscopia de força atômica podem medir a fluidez em manchas sintéticas ou isoladas de membranas nativas. Estado sólido a espectroscopia de ressonância magnética nuclear de deutério envolve a observação de lipídios deuterados. As técnicas são complementares na medida em que operam em diferentes escalas de tempo.

A fluidez da membrana pode ser descrita por dois tipos diferentes de movimento: rotacional e lateral. Na ressonância de spin do elétron, tempo de correlação rotacional de spin probes é usado para caracterizar quanta restrição é imposta à sonda pela membrana. Em fluorescência, estado estacionário anisotropia da sonda pode ser usado, além do tempo de correlação de rotação da sonda fluorescente. Sondas fluorescentes mostram vários graus de preferência por estarem em um ambiente de movimento restrito. Em membranas heterogêneas, algumas sondas serão encontradas apenas em regiões de maior fluidez de membrana, enquanto outras serão encontradas apenas em regiões de menor fluidez de membrana. A preferência de partição das sondas também pode ser um indicador da fluidez da membrana. Na espectroscopia de ressonância magnética nuclear de deutério, a orientação média da ligação carbono-deutério do lipídio deuterado dá origem a características espectroscópicas específicas. Todas as três técnicas podem fornecer alguma medida da orientação média de tempo da molécula (sonda) relevante, que é indicativa da dinâmica rotacional da molécula.

O movimento lateral das moléculas dentro da membrana pode ser medido por várias técnicas de fluorescência: recuperação de fluorescência após fotobranqueamento envolve a fotodegradação de uma membrana marcada uniformemente com um intenso feixe de laser e a medição de quanto tempo leva para as sondas fluorescentes se difundirem de volta ao local fotodegradado. Espectroscopia de correlação de fluorescência monitora as flutuações na intensidade de fluorescência medida a partir de um pequeno número de sondas em um pequeno espaço. Essas flutuações são afetadas pelo modo de difusão lateral da sonda. Rastreamento de partícula única envolve seguir a trajetória de moléculas fluorescentes ou partículas de ouro ligadas a uma biomolécula e aplicar análise estatística para extrair informações sobre a difusão lateral da partícula rastreada.

Biomembranas deficientes em fosfolipídeos

Um estudo das larguras de linha centrais de ressonância de spin do elétron espectros de tilacoide membranas e dispersões aquosas de seu total extraído lipídiosmarcada com ácido esteárico rótulo de rotação (tendo spin ou porção doxil em 5,7,9,12,13,14 e 16º carbonos, com referência ao grupo carbonil), revela um gradiente de fluidez. A diminuição da largura de linha do 5º ao 16º carbono representa o aumento do grau de liberdade de movimento (gradiente de fluidez) do lado do grupo de cabeça para o terminal metil em ambas as membranas nativas e seu extrato lipídico aquoso (uma estrutura lipossômica multilamelar, típica de bicamada lipídica organização). Este padrão aponta para a similaridade da organização da bicamada lipídica em ambas as membranas nativas e lipossomas. Esta observação é crítica, pois as membranas tilacoides compreendem em grande parte galactolipídioscontém apenas 10% fosfolipídioao contrário de outras membranas biológicas que consistem principalmente em fosfolipídios. Proteínas no cloroplasto as membranas tilacóides, aparentemente, restringem a mobilidade segmentar da cadeia acil graxa lipídica do 9º ao 16º carbono vis a vis suas contrapartes lipossômicas. Surpreendentemente, as cadeias de ácidos graxos lipossomais são mais restritas nas posições 5 e 7 do carbono em comparação com essas posições nas membranas tilacóides. Isso é explicável devido ao efeito de restrição de movimento nessas posições, devido ao estérico impedimento por grande clorofila headgroups, especialmente, em lipossomas. No entanto, nas membranas tilacóides nativas, as clorofilas são principalmente complexadas com proteínas como complexos coletores de luz e pode não estar amplamente livre para restringir a fluidez lipídica, como tal.

Coeficientes de difusão

Os coeficientes de difusão de análogos lipídicos fluorescentes são cerca de 10−8cm2/s em membranas lipídicas fluidas. Em membranas lipídicas de gel e biomembranas naturais, os coeficientes de difusão são cerca de 10−11cm2/s a 10−9cm2/s.

Membranas lipídicas carregadas

A fusão de membranas lipídicas carregadas, como 1,2-dimiristoil-sn-glicero-3-fosfoglicerol, pode ocorrer em uma ampla faixa de temperatura. Dentro desta gama de temperaturas, estas membranas tornam-se muito viscosas.

Relevância biológica

Sabe-se que microrganismos submetidos a estresse térmico alteram a composição lipídica de suas membranas celulares (ver adaptação homeoviscosa). Esta é uma maneira de ajustar a fluidez de sua membrana em resposta ao ambiente. A fluidez da membrana é conhecida por afetar a função das biomoléculas que residem dentro ou associadas à estrutura da membrana. Por exemplo, a ligação de algumas proteínas periféricas depende da fluidez da membrana. A difusão lateral (dentro da matriz da membrana) de enzimas relacionadas à membrana pode afetar as taxas de reação. Consequentemente, funções dependentes de membrana, como fagocitose e sinalização celularpode ser regulado pela fluidez da membrana celular.

Veja também

Referências


Source: Membrane fluidity
Wikipedia

Video about How Do The Unsaturated Hydrocarbon Tails Help Stabilize Membrane Fluidity

Length and Saturation of Lipids' Hydrophobic Tails Affect the Fluidity of a Cell Membrane (BIOS 041)

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