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Por que as cabeças das bicamadas de fosfolipídios não repelem as moléculas hidrofóbicas?

Por que as cabeças das bicamadas de fosfolipídios não repelem as moléculas hidrofóbicas?


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O que eu acho que sei: Coisas hidrofílicas e hidrofóbicas se repelem. Uma vez que a membrana celular contém caudas hidrofóbicas, é difícil para as moléculas hidrofílicas passarem através da membrana celular.

Pergunta: Por que as cabeças das bicamadas de fosfolipídios não repelem as moléculas hidrofóbicas? Em outras palavras, se a membrana fosfolipídica tem porções hidrofílicas e hidrofóbicas, por que apenas as porções hidrofóbicas atuam como repelentes?

Estipulação: preciso de uma citação de um livro, universidade ou outra fonte confiável.

Evidência de pesquisa anterior:

Por que as moléculas lipofílicas podem passar pela bicamada fosfolipídica, apesar das 2 camadas hidrofílicas ?: Esta pergunta tem um comentário que vincula um gráfico de um livro didático. Não consigo entender o gráfico por si só. Não há outras referências.

Entendendo o que passa e o que não passa pela membrana plasmática: Todas as referências abordam o assunto, mas nenhuma responde à pergunta.

Eu entendo que este tópico é abordado com bastante frequência, mas a pergunta que estou fazendo nunca é respondida. Os textos tendem a dizer algo como "Os íons não podem passar pelo núcleo por causa de sua carga" e ignoram completamente o conceito de lipídios que passam pelas cabeças. Por favor, não descarte isso como uma questão de dever de casa que eu não reservei tempo para pesquisar. Esta é a minha segunda tentativa de fazer esta pergunta (neste site); Passei horas tentando encontrar uma resposta.


Sua pergunta está enraizada em um equívoco sobre o efeito hidrofóbico. Moléculas hidrofílicas e hidrofóbicas não se repelem, mas sim se atraem por meio de interações de van der Waals. A tendência das moléculas hidrofóbicas de se agregar em solução aquosa (ou seja, o efeito hidrofóbico) é, em vez de alguma força repulsiva, na verdade impulsionada entropicamente. Não acho que irei entrar em detalhes, uma vez que foi bem explicado em muitos lugares. Dito isso, também é muito mal explicado em muitos lugares (que eu suspeito que você tenha encontrado). Recomendo este site para aprender sobre ele e outras interações intermoleculares.

Uma vez que você tenha uma firme compreensão disso, considere que para que uma molécula hidrofóbica alcance a membrana plasmática, ela já deve estar solvatada pela água. A transferência de um hidrofóbico de um ambiente hidrofílico (água) para outro (grupos principais dos fosfolipídios na membrana plasmática) deve ser energeticamente insignificante. A etapa limitante para a difusão passiva através de uma membrana é a transferência do ambiente hidrofílico dos grupos de cabeça de fosfolipídeo para o ambiente hidrofóbico de suas caudas. Na verdade, a taxa de difusão através da membrana plasmática aumenta com a hidrofobicidade.


Membrana Celular Vs Fosfolipídio Bicamada Marcada

Membrana Celular Vs Bicamada Fosfolipídica. Introduz a membrana celular onde as moléculas de fosfolipídios se orientam para fornecer as qualidades necessárias para manter uma célula em um ambiente à base de água. % Progresso. A membrana celular da célula é uma bicamada fosfolipídica contendo muitos componentes moleculares diferentes, incluindo proteínas e colesterol, alguns com grupos de carboidratos ligados.

UMA diagrama de bactérias Basicamente, nos permite obter benefícios adicionais sobre esses organismos celulares solteiros que não têm nucléolo delimitado por membrana ou organelas como mitocôndrias e cloroplastos. Eles são definitivamente uma causa de doenças para indivíduos e animais, mas seus elementos úteis não podem ser ignorados. Por exemplo, certas bactérias como os actinomicetos produzem antibióticos como a estreptomicina e a nocardicina. Geralmente, o diagrama da bactéria indica organelas que são determinadas por membrana, conforme segue Nucleóide que é a região relevante da célula, organismos granulares conhecidos como ribossomos que são minúsculos. Enodspore que são esporos que resistem à seca, temperatura excessiva ou diferentes perigos ambientais e localizados em bactérias & # 8217s como o Clostridium botulinium. Além disso, descrito no diagrama são pílulas feitas de camadas de polissacarídeos e protegem a célula. Uma membrana externa que é uma bicamada lipídica que produz lipopolissacarídeo, uma substância venenosa, também é mostrada.

Outros incorporam o seguinte uma parede celular de peptidoglicano que continua a forma geral da célula e é feito de polissacarídeos e proteínas. No entanto, essas células têm três formas especiais, ou seja, esférica, em forma de bastonete e em espiral. A única exceção são as bactérias Mycoplasma, que não possuem parede celular e, por isso, nenhuma forma específica.
O diagrama de bactérias também mostra o espaço periplasmático, que é um compartimento celular descoberto em termos simples em bactérias que têm uma membrana externa e um membrana de plasma.

PPT & # 8211 Membrane and Transport Notes PowerPoint Presentation & # 8230 (Lewis Hudson)

A membrana é seletivamente permeável, devido à presença de lipídios que são hidrofóbicos (repelem a água). Já o Fosfolipídio é composto por duas moléculas de ácidos graxos, Grupo Fosfato e uma Molécula de Glicerol. Descubra mais sobre essas moléculas e a própria bicamada rolando a tela para baixo.


Ácidos graxos

Os ácidos graxos são moléculas semelhantes a cadeias que são componentes importantes de vários tipos de lipídios. As ilustrações abaixo mostram duas moléculas de ácido graxo diferentes. Cada um tem um grupo carboxila característico (o -COOH) ligado a uma cadeia de carbonos com átomos de hidrogênio ligados à cadeia de carbono. Duas coisas são dignas de nota. Primeiro, a cadeia de hidrocarbonetos é muito apolar e, portanto, não se dissolve muito bem na água. No entanto, as cadeias de hidrocarbonetos associam-se facilmente. Em segundo lugar, observe que o ácido graxo insaturado tem dois hidrogênios removidos e isso permite a formação de uma ligação dupla, ou seja, uma ligação mais forte entre dois dos átomos de carbono. Observe também que a ligação dupla tende a produzir uma dobra ou dobra no ácido graxo. A ilustração à direita mostra dois outros ácidos graxos comuns: ácido esteárico, que é uma cadeia linear de 18 carbonos sem ligações duplas, e ácido oleico, que é uma cadeia de 18 carbonos com uma única ligação dupla, que causa uma curvatura no carbono cadeia.


Bicamada Fosfolipídica

Baixe o vídeo do iTunes U ou do Internet Archive.

OK. Então, hoje vamos gastar um pouco de tempo em alguma química elementar apenas para desenvolver nossa linguagem que usamos uns com os outros. E então, quando eu digo ligação de hidrogênio, você não olha fixamente para mim e coça a cabeça. Muitos de vocês já tiveram isso.

Para muitos de vocês, esta é uma revisão, mas é uma revisão útil.

Acreditamos aqui no MIT em ensinar coisas duas ou três vezes com frequência, o mesmo assunto, mas em níveis crescentes de sofisticação.

Então, eu faço isso sem desculpas. Nossa primeira questão aqui é como os átomos e as moléculas se mantêm juntos? E a maneira mais familiar pela qual átomos e moléculas são mantidos juntos são, obviamente, as ligações covalentes. E as ligações covalentes têm uma energia de aproximadamente 80 quilocalorias por mol. E essa é uma energia bastante forte para manter juntos dois átomos porque a energia, a energia térmica, que é a energia, digamos, da temperatura corporal é de cerca de 0,6 quilocalorias por mol. E, portanto, se você tivesse um vínculo, se houvesse algo segurando as coisas juntas que estivesse nesta faixa ou duas, três ou quatro vezes mais alta do que a simples energia térmica em temperatura ambiente ou corporal seria suficiente para quebrar tal ligação. Mas, na verdade, essa energia, a energia de uma ligação covalente, é tão maior que é altamente improvável que a energia térmica quebre uma ligação covalente preexistente. E eu estava lendo ontem sobre como as pessoas estavam analisando o DNA mitocondrial de alguns ossos de Neandertal que foram desenterrados. O último Neandertal viveu há cerca de 30.000 anos, nossos primos recentemente falecidos.

E eles estavam analisando as sequências de DNA. E eles tiraram dessas análises trechos de DNA que tinham 200, 300 nucleotídeos de comprimento.

E isso é realmente um testemunho impressionante do fato de que, em condições muito difíceis, no entanto, moléculas biológicas complexas são capazes de sobreviver por períodos de tempo surpreendentes, na verdade, aquelas que são mantidas juntas por ligações covalentes como essa.

Claro, você se lembra do filme Jurassic Park, onde eles usaram a reação PCR para ressuscitar o DNA dos dinossauros. Isso é um pouco fantasioso desde que os dinossauros nos deixaram, eu acho, cerca de 150 milhões de anos atrás, algo assim. Há uma grande diferença, obviamente, entre 300.000 e 150 milhões de anos atrás.

Agora, o fato é se você olhar para a maneira como as moléculas estão realmente conectadas, por exemplo, vamos olhar para uma molécula de água aqui.

Idealmente, não deveria haver carga sobre esta molécula.

E, de fato, não há cobrança líquida. Mas a verdade da questão é, se alguém quiser ser franco, que as moléculas de oxigênio, e sempre estamos aqui, que as moléculas de oxigênio têm uma afinidade maior com os elétrons do que os átomos de hidrogênio, ou seja, são eletronegativos.

E, portanto, o que isso significa é que os enxames de elétrons que mantêm tudo isso junto nos orbitais são atraídos mais próximos aos átomos de oxigênio e hidrogênio, ou seja, os prótons estão relativamente dispostos a ceder seus elétrons. E o que isso significa é que há uma distribuição desigual. E, como consequência, há uma fração de carga negativa aqui nesta extremidade da molécula e há frações de cargas positivas aqui porque não é como se eles tivessem desistido totalmente dos elétrons, mas os elétrons são deslocados mais em nesta direção. E esta molécula é, portanto, chamada de molécula polar em virtude do fato de que aqui ela tem um pólo positivo e aqui tem um pólo negativo. Existem outros pares de moléculas que são igualmente eletronegativos.

Por exemplo, aqui, se temos um carbono e um hidrogênio, esses dois átomos são praticamente iguais em termos de sua capacidade de puxar elétrons, um do outro. E, como conseqüência, não há deslocamento de carga.

E tenha em mente que este delta que mostro aqui é apenas uma fração de uma carga eletrônica. Não é toda a carga eletrônica transferida. Mas isso tem consequências importantes para toda a bioquímica que vamos abordar hoje e na segunda-feira. Importante porque as moléculas polares, como a água, são capazes de dissolver certos compostos.

E as moléculas não polares, que possuem grandes arranjos desses tipos de ligações ou ligações carbono-carbono, são relativamente insolúveis em água e isso tem consequências importantes para a organização das membranas biológicas. Podemos ter uma ligação carbonila aqui, que é um C indo para um O por meio de uma ligação dupla. E aqui temos, mais uma vez, uma situação em que o oxigênio é muito mais ávido em termos de sua disposição e interesse em puxar elétrons em sua direção.

E, portanto, o carbono cede um pouco da nuvem de elétrons e fica levemente eletropositivo.

Considerando que, o átomo de oxigênio se torna ligeiramente eletronegativo.

Agora, o fato é que também existem outras ligações que são não covalentes e são muito menos energéticas. Por exemplo, vamos falar um pouco sobre uma ligação de hidrogênio.

E talvez seja mais fácil demonstrar uma ligação de hidrogênio observando a estrutura de duas moléculas de água vizinhas em uma solução de água de todas as coisas. E, o fato da questão é, digamos que desenhemos uma molécula de água aqui e uma molécula de água aqui. O que vai acontecer é que esse átomo de oxigênio aqui, em virtude de sua eletronegatividade, terá uma certa afinidade para puxar esse átomo de hidrogênio em sua direção. E, de fato, o que realmente acontece na vida real, seja lá o que for no nível molecular, é que esse átomo de hidrogênio pode realmente estar saltando para frente e para trás entre esses dois oxigênios. Pode ser rapidamente um intercâmbio entre eles. Esse intercâmbio causa uma forte associação entre duas moléculas de água vizinhas. E, de fato, representa a razão pela qual a água não vaporiza à temperatura ambiente porque as moléculas de água têm uma forte afinidade ou avidez umas pelas outras.

E, portanto, apenas para tirar algumas ilustrações do livro, é assim que está ilustrado no livro.

Provavelmente bom ter uma tela fechada. E aqui você pode ver a maneira como as moléculas de água estão realmente organizadas na água. Esta é a ilustração inferior aqui. Apenas para indicar a você que os átomos de hidrogênio não são realmente a posse, a propriedade de uma molécula de água. Eles estão constantemente sendo trocados de um lado para outro. E essa troca de ida e volta, esse compartilhamento de um átomo de hidrogênio é o que permite que uma ligação de hidrogênio de cerca de 5 quilocalorias de energia por mol para manter as coisas juntas.

5 quilocalorias não é muito. É apenas uma ordem de magnitude acima de 0,6, em vez de duas ordens de magnitude.

E, portanto, se alguém elevar a temperatura ao nível de ebulição, se a temperatura for alta o suficiente, a energia térmica será alta o suficiente para destruir esses tipos de associações.

Agora, se voltássemos aqui para olhar este átomo de carbonila, encontraríamos o seguinte tipo de situação. Aqui temos esse compartilhamento desigual de ligações eletropositivas e eletronegativas.

Vamos colocar um grupo ácido como este. Este é um ácido carboxílico bem aqui. Aqui vemos uma ligação de carbono a uma hidroxila por meio deste átomo de oxigênio. Aqui, mais uma vez, temos um átomo eletronegativo. E, de fato, se falamos de um ácido ionizado, normalmente na ausência de ionização haveria uma carga líquida zero bem aqui. Mas em pH neutro pode muito bem ser o caso que a associação, por várias razões, entre esse oxigênio e esse hidrogênio permitirá que o hidrogênio, ou melhor, o próton, o núcleo do átomo de hidrogênio, simplesmente se distancie.

E, portanto, podemos imaginar que poderia haver uma carga negativa líquida aqui. Um todo, isso tem um elétron completo, carga eletronegativa aqui, carga de um elétron, e esse próton terá ionizado, terá deixado o grupo carboxílico em que se originou, e agora temos um grupo ácido ionizado. Antes ou mesmo depois dessa ionização, há uma forte afinidade do grupo carboxila com a água ao seu redor, pois vamos ver o que acontecia antes de ocorrer a ionização. Este carbono aqui é forte e eletronegativo. E, portanto, participará da ligação de hidrogênio ao solvente de água aqui, i.

., este próton será compartilhado um pouco entre o oxigênio da molécula de água e o oxigênio aqui. Da mesma forma, aqui esse oxigênio será ligeiramente eletronegativo pelos motivos que acabei de descrever.

E aqui, mais uma vez, pode haver alguma ligação de hidrogênio fraca acontecendo.

Embora não seja tão eficaz quanto aqui, onde temos uma ligação dupla, onde temos muita concentração de uma nuvem de elétrons puxada em direção ao átomo de oxigênio. E isso começa a nos dar pistas sobre por que certas moléculas são solúveis em água e outras são insolúveis.

Por exemplo, se olharmos para os compostos alifáticos.

Vejamos um composto estruturado assim.

Eu acho que a maioria das pessoas chamaria isso de pentano. E podemos chamá-lo assim também. E isso não tem eletronegatividade ou positividade em virtude das afinidades iguais desses dois tipos de átomos, que é o hidrogênio e os carbonos para os elétrons. E, como consequência, isso não será capaz de formar nenhuma ligação de hidrogênio com um solvente ao seu redor se o solvente for água.

Portanto, não há uma boa ligação aqui. E isso vai, de fato, também se colocarmos isso em uma solução de água, isso fará com que todas as moléculas de água se alinhem de uma certa forma, quase um quase cristal em torno da molécula alifática. Eles serão ordenados em uma determinada camada ao redor da molécula alifática, sem serem capazes de formar quaisquer ligações de hidrogênio fortes com eles. E essa ordenação representa uma perda de caos, uma perda de entropia. A entropia é o caos. É desordem.

É o que acontece, digamos, às 10:55, quando todos nós saímos da sala, de repente a ordem se torna caótica. E aqui, antes que esse alinhamento ocorresse, as moléculas de água estavam caoticamente dispostas em todo o solvente. Depois que esse alinhamento ocorreu, houve uma perda de entropia, houve uma perda de caos.

E a termodinâmica nos diz que geralmente a ordem das moléculas é desfavorecida. Conseqüentemente, agora temos duas razões pelas quais essa molécula não gosta de estar no meio da água.

Em primeiro lugar, ele é incapaz de formar ligações de hidrogênio com o solvente.

E em segundo lugar, há uma diminuição da entropia, no caos que ocorre quando essa molécula se confronta diretamente com a água.

E por esses dois motivos, essa molécula não gosta de estar na água. A molécula alifática, como se chamaria em química orgânica, não gosta de estar na água. E uma aversão à água costuma ser chamada de hidrofobicidade, ou costumamos chamá-la de hidro, pode muito bem soletrar bem, hidrofóbica, ou seja, realmente odeia estar na água.

Na verdade, classe, há um segundo significado para hidrofobia, ou hidrofóbico tem um segundo significado.

A cada cinco anos, eu pergunto a uma classe para ver quem sabe qual é o segundo significado de hidrofobia. Isso é realmente obscuro. Desculpa?

Raiva, certo. Os TAs não têm permissão para responder a isso.

Se alguém tem raiva, em um estágio da raiva, quase próximo ao estágio terminal, o indivíduo torna-se hidrofóbico porque não gosta de beber água, por razões que pelo menos para mim são obscuras. Agora, ao contrário, as moléculas que têm um grupo carboxila seriam chamadas de hidrofílicas.

E, como veremos nesta aula e na próxima, essas tendências hidrofóbicas e hidrofílicas tendem a ter grandes efeitos no comportamento geral das moléculas. Vamos, por exemplo, imaginar uma situação em que temos uma longa cauda alifática como esta. Na verdade, essas caudas podem continuar em certos compostos alifáticos. Eles podem durar 20 ou até 30 carbonos. E no final disso, vamos colocar arbitrariamente um grupo carboxila. E digamos que o ionizamos.

Então aqui está um grupo ácido que é ionizado. Ele derramou seu próton.

Na verdade, adquiriu uma carga negativa. E agora temos algo, esta molécula é um pouco esquizóide. Porque em uma ponta ela adora estar na água, na outra ponta odeia estar na água.

E isso tem fortes influências. Às vezes é chamado de anfipático, mas não precisamos nos preocupar com essa palavra. E, portanto, essa cabeça de carboxila adora enfiar a cabeça, mergulhar a cabeça na água. E essas coisas, a porção alifática odeia estar na água. Agora, como consequência desses sentimentos um tanto conflitantes que essas moléculas têm sobre a água, podemos nos perguntar o que acontece quando colocamos essas moléculas de fato na água? E o que vemos aqui é o seguinte. Que se formos construir, por exemplo, uma molécula do tipo que tem aqui, neste caso estamos falando de uma molécula que tem duas caudas hidrofóbicas. Entraremos em sua estrutura detalhada em breve, mas imagine por um momento duas longas caudas hidrofóbicas aqui terminadas com uma cabeça hidrofílica.

E em tais situações, se colocarmos milhares ou milhões dessas moléculas em uma solução de água, o que veremos é, nenhum ponteiro? Tudo bem. Pointer?

Tudo bem. O que veremos então é que os grupos de cabeças hidrofílicas, que estão aqui representados em vermelho, vão apontar seu caminho para fora, eles vão querer enfiar suas cabeças na água.

E, inversamente, as caudas hidrofóbicas que fogem da água irão realmente se associar uma à outra. E então você tem uma estrutura que é chamada, neste caso, de a micela onde você forma esta pequena esfera globular onde as caudas de lipídios estão enfiadas dentro.

E, portanto, estão realmente sendo protegidos de qualquer exposição direta à água. Essa estrutura aqui embaixo, a bicamada lipídica, é na verdade, como discutiremos em maiores detalhes em breve, a topologia geral da forma como a maioria das membranas biológicas são organizadas.

Na verdade, praticamente todos eles. Por que é que? Porque as membranas biológicas separam dois espaços hidrofílicos ou dois espaços aquosos.

Obrigado, senhor. Você é um cavalheiro. Portanto, aqui está um espaço aquoso e aqui está um espaço aquoso. E, como podemos ver, as cabeças hidrofílicas estão imersas ou colando suas cabeças no espaço hidrofílico.

Isso é chamado de bicamada lipídica. E, obviamente, é altamente eficaz separadamente para esses dois compartimentos aquosos.

Nas células eucarióticas, como mencionei da última vez, há um enorme prêmio colocado na separação e segregação de diferentes compartimentos aquosos, o que é invariavelmente obtido por meio do dispositivo de construção dessas bicamadas lipídicas. Aqui está uma vesícula. Uma vesícula é mais complicada do que uma micela. Porque se você olhar para a membrana que reveste a vesícula, verá que na verdade é uma bicamada lipídica, mas que no espaço tridimensional é na verdade uma esfera. E no caso dessa vesícula, podemos bem imaginar que no interior da vesícula a água é mantida, pode ser armazenada, e do lado de fora da vesícula a água pode ser armazenada.

E muitas das membranas que vemos dentro dos próprios citoplasmas são, na verdade, construídas com esse tipo de desenho.

Então, quando desenhamos, por exemplo, neste caso o aparelho de Golgi, que mencionei a vocês de passagem da última vez que nos encontramos, cada uma dessas membranas aqui, é obviamente desenhada como uma linha dupla, mas sempre que você vir uma membrana indicada, está implícito nesse desenho o fato de que cada uma dessas membranas é, na verdade, uma bicamada. Nunca existem monocamadas de lipídios nas células vivas. Cada uma dessas vesículas que você vê aqui é na verdade uma bicamada lipídica com um interior aquoso e, mais uma vez, aquoso por fora. Novamente, muito da estabilidade termodinâmica que permite que essas vesículas permaneçam intactas em vez de apenas se difundirem é criada por essas forças hidrofílicas e hidrofóbicas que unem essas moléculas ou as separarão.

Agora, na verdade, existem ainda outros tipos de forças que governam a afinidade das moléculas umas com as outras. Por exemplo, vamos imaginar uma situação em que temos um grupo de ácido ionizado do tipo de que falamos antes. Agora, a propósito, aqui, digamos que eu desenhe a carga negativa em um desses dois oxigênios, se você pode ver isso. Mas a verdade é que os elétrons estão fervilhando para frente e para trás, e assim a carga negativa é compartilhada igualmente, a carga negativa de um elétron é compartilhada igualmente entre esses dois átomos de oxigênio. E esta é obviamente uma área de grande eletronegatividade. Independentemente disso, vamos imaginar aqui em cima que temos um grupo básico, digamos um grupo amina aqui. E, o fato da questão é, grupos amina, grupos NH2, isso é o que uma amina é, aqui está um grupo amina. Este é um grupo carboxílico.

E o grupo amina, muito usado em bioquímica, na verdade tem uma afinidade. Ele tem um conjunto desemparelhado de elétrons no nitrogênio e, por isso, gosta de atrair prótons para ele, o que o torna, faz com que seja chamado de básico.

E essa atração, a eliminação de prótons, talvez da água, obviamente dará a todo esse grupo aqui uma carga líquida positiva, uma carga igual à carga de um próton. Aqui, mais uma vez, podemos imaginar que isso é hidrofílico porque este grupo de carga pode mais uma vez também se associar intimamente com o solvente aquoso.

Agora, independente de quaisquer outras forças que possam existir aqui, de fato, pode-se imaginar situações em que há um compartilhamento de um próton.

E, portanto, uma ligação de hidrogênio se formou entre os dois. Independente disso é a interação eletrostática simples desses dois grupos. Essa é a atração mútua de grupos positivos e negativos, um para o outro. E as interações eletrostáticas, você não pode quantificar exatamente quantas quilocalorias um mol existe porque o valor energético na interação eletrostática é igual a um sobre r ao quadrado, onde r é a distância entre esses dois grupos carregados. E, obviamente, quanto mais distante você fica, mais fraca é a atração um pelo outro. Existem também as chamadas interações de van der Walls. São de grande interesse para uma comunidade muito pequena de bioquímicos.

Você provavelmente nunca ouvirá, talvez nunca mais ouvirá esse termo em sua vida. E as interações de van der Waals vêm do fato de que se tivéssemos, por exemplo, duas moléculas aqui que não são normalmente carregadas de forma alguma, vamos apenas falar sobre duas cadeias alifáticas novamente. E não vou colocar todos os prótons e tudo mais, mas imagine uma situação como essa. O que acontecerá é que por causa das flutuações dos elétrons, porque os elétrons estão nadando por aqui o tempo todo, movendo-se de uma área para outra, eles nunca estão igualmente distribuídos homogeneamente por um longo período de tempo, haverá um breve exemplo em tempo, microssegundos ou mesmo nanossegundos, quando acontece que há mais elétrons aqui do que aqui.

Por acaso. E esta área de distribuição desigual de elétrons irá, por sua vez, induzir o tipo oposto de deslocamento de elétrons em uma molécula vizinha aqui embaixo.

Obviamente, dependendo da distância entre eles.

Mas o negativo aqui vai repelir elétrons aqui.

O positivo aqui atrairá elétrons aqui.

E então você terá esses dois arranjos quase polares aqui e aqui, muito efêmeros, que duram por um período transitório muito curto. Mas, no entanto, o suficiente para dar uma interação muito fraca entre essas duas moléculas que pode persistir apenas por um microssegundo e então ser dissipada porque as cargas então redistribuídas mais uma vez.

E, como consequência disso, temos interações muito fracas que, no grande esquema das coisas, desempenham apenas um papel muito menor na energia geral que mantém as moléculas unidas. Agora, com esse pano de fundo em mente, vamos começar a elaborá-lo, sobre como podemos fazer moléculas que tenham propriedades interessantes que as habilitem, entre outras coisas, a participar da construção de bicamadas lipídicas, que serão o primeiro objeto de nosso atenções hoje em termos de bioquímica real.

Então aqui está um ácido graxo. Nós vemos isso aqui. Eu, na verdade, já desenhei para vocês a estrutura de um ácido graxo aqui uma vez antes. E o que podemos ver é através de uma ligação conhecida como esterificação, podemos criar essa molécula. Então, o que quero dizer com esterificação? Bem, neste caso, estamos falando sobre uma situação aqui onde temos um átomo de carbono aqui com um grupo hidroxila. Você vê isso aqui. E o que estamos fazendo é desidratando isso, retirando uma molécula líquida de água. E cada vez que fazemos isso, em três ocasiões distintas, o que acabamos fazendo é criar, em vez disso é criar uma ligação covalente entre os dois.

E o produto final da desidratação disso, retirando uma molécula líquida de água, é que acabamos com uma estrutura parecida com esta.

E você vê isso acontecendo em pelo menos três ocasiões diferentes, aqui, aqui e aqui. Bem, na verdade, eu deveria colocar um carbono aqui.

Portanto, aqui temos três esterificações.

O grupo hidroxila em cada caso está reagindo com um grupo carboxila aqui puxando uma água, e cada caso criando o que é chamado de triacilglicerídeo ou triglicerídeo. Triglicerídeo se refere ao fato de que começamos aqui com um glicerol e agora o esterificamos.

Agora, de fato, existem duas direções aqui neste tipo de reação. Esterificação é o tipo de ligação que acabamos de mostrar aqui. E a verdade é que um grande número de ligações bioquímicas são feitas por reações de esterificação e revertidas por reações que são chamadas simplesmente de hidrólise.

E, neste caso, estamos nos referindo ao fato de que, se alguém reintroduzisse uma molécula de água em cada uma dessas três ligações, uma, duas e três, quebraríamos a ligação e fazeríamos com que toda a estrutura revertesse para os dois precursores que existiam ou pré-existiam antes dessas três reações de esterificação.

E você verá repetidamente, nas próximas semanas, que as reações de esterificação são importantes para a construção de diferentes tipos de moléculas. Agora, o fato da questão é que podemos fazer outros tipos de modificações de um glicerol como este.

Aqui o que fizemos, em vez de adicionar um terceiro ácido graxo, observe o que foi feito aqui. Aqui, por meio de uma esterificação, vamos examinar este aqui, em vez de adicionar um terceiro ácido graxo, salvamos, reservamos um dos três grupos do glicerol.

Aqui está o que vimos antes. Nós salvamos um dos três grupos de glicerol e colocamos em vez deste grupo fosfato altamente hidrofílico, mais uma vez por meio de uma reação de desidratação, uma reação de esterificação. E agora o que fizemos foi agravar a situação porque, na ausência desse fosfato, haveria uma hidroxila que é levemente hidrofílica. Mas agora veja como isso é fortemente carregado. Aqui estão duas cargas negativas, um elétron cada. E isso já é um pouco eletronegativo.

Portanto, aqui temos uma entidade hidrofílica extremamente potente.

E aqui o grau de esquizofrenia entre uma extremidade da molécula e a outra é muito exagerado. Aqui, na verdade, isso é extremamente hidrofílico.

E, por isso, gosta mesmo de enfiar a cabeça dentro d'água. E quando falamos sobre isso, desenhamos as imagens de diferentes tipos de membranas, como esta que mostrei antes das duas caudas. Aqui você viu as duas caudas que desenhei antes naquele diagrama.

Aqui está o que podemos imaginar que eles realmente se parecem em termos moleculares mais reais. E as cabeças hidrofílicas grudando na água, isso é apenas uma repetição do que vimos antes, tornam-se ainda mais hidrofílicas se olharmos para uma molécula como esta.

Vamos dar uma olhada nisso aqui. Aqui está uma cauda hidrofóbica muito longa.

Aqui estão os dois gliceróis mais uma vez. Aqui está o fosfato.

E tenha em mente que o fosfato obviamente tem esses oxigênios extras.

O fosfato pode reagir com mais de um parceiro, o glicerol aqui embaixo. Neste caso, adicionamos este grupo aqui. E esse grupo aqui em cima é, mais uma vez, isso passa a ser uma serina que é um aminoácido, isso também passa a ser bastante hidrofílico. Aqui está nosso velho amigo, o grupo amino básico. Aqui está o grupo carboxila. Isso é um pouco hidrofóbico, CH2. E então temos mais uma vez a cabeça hidrofílica aqui.

E, portanto, imaginamos, se olharmos para o que é chamado de modelo de preenchimento de espaço, e um modelo de preenchimento de espaço realmente pretende nos mostrar o que se imagina se tivéssemos essa visão, que não temos, quanto espaço cada um desses átomos realmente ocuparia se alguém fosse capaz de vê-los.

E aqui vemos este modelo de preenchimento de espaço. Esta molécula de lipídio aqui está ligeiramente dobrada com sua cabeça hidrofílica enfiada no espaço da água. E então aqui está a aparência de muitas membranas biológicas em termos de como são construídas.

Agora, o fato é que isso também dá à célula a capacidade de segregar conteúdos em um ou outro lado de qualquer bicamada lipídica que ela tenha construído. E aqui podemos ver sobre a semipermeabilidade, como essas membranas são permeáveis ​​a diferentes tipos de moléculas. A permeabilidade refere-se obviamente à capacidade desta membrana de obstruir ou permitir a migração de moléculas de um lado para o outro.

Ions, and these ions we see right here are obviously highly hydrophilic by virtue of their charge. That's explains, in fact, why, for example, table salt goes so readily into solution, because it readily ionizes into sodium, NA and CL, which then are avidly taken up by the water molecules.

So these are highly hydrophilic ions. And the questions is, can they go from one side of the membrane to the other?

And the answer is absolutely not or highly improbably. Porque?

Because these are so highly hydrophilic, the water molecules love to gather around them and form hydrogen bonds and electrostatic bonds with them. And if one of these ions ventures over here, it's going from an area where it's warmly embraced by the solvent molecules to an area where these molecules intensely dislike these ions. And, therefore, thermodynamically the entrance of any one of these ions into the membrane, into the hydrophobic portion of the membrane is highly disfavored, which makes the membrane essentially, for all practical purposes, impermeable. The same can be said of glucose which happens to be a carbohydrate. We'll talk about it shortly. But it's also nicely hydrophilic. It also can go in water. In fact, it can go through. And it's actually the case, to my knowledge, that one doesn't really understand to this day why lipid bilayers are reasonably permeable to water.

You would say, well, water shouldn't be able to go through. It clearly doesn't have to have a net positive or negative charge, but the physical chemist, if you asked them why does water, why is water able to go through lipid bilayers? They'll say, well, we've been working on that and we'll get you an answer in the next five or ten years. And they said that 40 years ago and 30 years ago, and they're still saying it. And we don't really understand why water goes through, which is an embarrassment because here's one of the fundamental biochemical properties of living matter that is poorly understood. Gases can go right through.

And amino acids, ATP, glucose 6 phosphate, highly hydrophilic, can also not go through. Now, the advantage of this is that a cell can accumulate large concentrations of these molecules either on the inside or it can pump them to the outside. In other words, it can create great gradients in the concentrations of different kinds of ions. For example, in many cells, the concentration of calcium, CA++ is a thousand times higher on the outside of the cell than on the inside of the cell which is a testimonial to how impermeable these lipid bilayer membranes are.

The fact of the matter is I'm fudging a little bit here because in the lipid bilayers of the plasma membrane of the cell, the outer membrane of the cell that we talked about in passing last time, there are ion pumps which are constantly working away pumping ions from one side to the other overcomes the little bit of leakage which may have occurred if a calcium ion happens to have snuck through in one direction or the other. And we end up expending a lot of energy to keep these ion gradients in appropriate concentrations on the outside and the inside. In fact, virtually all the energy that is expended in our brain, almost all of it is expended to power the ion pumps which are constantly insuring that the concentrations of certain ions on the outside and the inside of neurons are kept at their proper respective levels.

It could therefore be that actually more than half of our metabolic burden every day is expended just keeping the ions segregated on the outside and inside of cells. For example, potassium is at high levels inside cells, sodium is at high levels outside cells, just to site some arbitrary examples. There are also, by the way, as I mentioned last time, channels.

And channels are actually just little doughnut shaped objects which are placed, inserted into lipid bilayers in the plasma membranes and just allow for the passive diffusion of an ion through them, through the doughnut hole enabling an ion, so if here's the lipid bilayer, not showing its two things, these kinds of doughnut shaped protein aggregates will allow the passage of ions in one direction or another. And here energy is not being expended to enable this passage. It may just be through diffusion.

If there's a higher concentration of ion on side of the lipid bilayer and a lower one on this side, this diffusion will allow the ion to migrate through the bore of the ion channel from one side to the other.

In fact, even though this does not involve the expenditure of energy on the part of the cell, the cell may actually use a gating mechanism to open or close these channels.

When the channels are closed then the ions cannot move through.

When the channels are gated open then diffusion can take over and insure the transfer, the transportation of ions from one side to the other. Now, having said that, we can begin to look at yet other higher level structures.

Here, by the way, is a better drawing than the one I provided you.

This comes from your book of what a vesicle looks like.

Here's what it looks like under the electron microscope and here's what it looks like when a talented rather than hapless and hopeless artist like myself tries to draw it. So let's just say that's our intro into lipids and membranes. And let's move onto the next layer of complexity. And the next layer of complexity in terms of molecules represents carbohydrates.

And when we talk about a carbohydrate amongst ourselves we're talking about a molecule which, roughly speaking, has one carbon atom for every water molecule. And we'll shortly indulge ourselves in talking about all kinds of different carbohydrate molecules.

Here is really one of the most important carbohydrate molecules, glucose. And what should we note about glucose?

Well, the first thing you should see is that glucose has six carbon atoms. And, therefore, as a consequence it's called a hexose. We're going to talk about pentoses very shortly. They only have five, to state the obvious. Glycerol, which we talked about before, is also considered in one sense a carbohydrate, but it's been called by some people a triose.

It only has three carbon atoms. And you can imagine, therefore, in principal that there are certain biochemical mechanisms which indeed exist which enable one to join two glycerol molecules, one to the other, to create something like a hexose, glucose.

In fact, what we see from this drawing, expertly drawn by yours truly, is that the hexose molecule isn't really a linear molecule in solution. What happens is that because of various steric and thermodynamic forces it likes to cyclize. So let me just mention, I've just used two words that are useful to know about.

Steric or stereochemistry refers to the 3-dimensional structure of a molecule. And, obviously, the stereochemistry of a molecule is dictated by the flexibility with which participating atoms can form bonds, whether we have a trivalent atom like nitrogen or a tetravalent atom like carbon or a monovalent like hydrogen. And these structures, the stereochemistry is dictated both by what atoms are present here and by thermodynamic considerations which cause this particular hexose, indeed virtually all hexoses, to cyclize. When I say cyclize, obviously I mean to form a circular structure. Here we note one thing.

You can see how the hydroxyl here actually attacks the positively charged carbon here in order to form this cyclic structure.

You see one of the six points on this hexagonal structure here is oxygen. It's not carbon at all. So there is one oxygen and five carbons. And one of the carbons is relegated, is exiled to outside of the circle. It's sometimes called an extracyclic because it's sticking out from the actual circle. And this is the structure in which glucose actually exists inside cells. And, in fact, there is, in truth, two alternative ways by which glucose can cyclize, whether the oxygen attacks the carbon on the carbonyl group underneath or on top.

And you see that gives us two alternative structures.

What's different about them? Well, if we think about this hexose as existing in a plane, or the hexagon is in a plane In this case the oxygen is above the plane and the hydrogen is below the plane. With equal probability you can have these two atoms reversed where hydrogen is now above the plane and hydroxyl is below the plane. And both of these structures, these alternative structures can fairly be considered to be glucose. Now, let's get a little bit more complicated. Here we have fructose and we have galactose.

And what we see here is, by the way, that we have exactly the same number of carbon atoms and hydrogen atoms and oxygen atoms but they're hooked up slightly differently. And here now we begin to get very picky about the disposition, the orientation of these different kinds of hydroxyls and hydrogens.

And note, by the way, here that in many cases one doesn't even put in the H for the hydrogen. It's just implied by the end of this line. And here, if you were to look at this, you'll see here now we have two extra cyclic carbons.

Here's galactose which is yet another hexose.

These are all hexoses, but their stereochemistry creates quite different kinds of structures. And it turns out that this stereochemistry is extremely important. These molecules function very differently, one from the other.

And, for example, to the extent that glucose is used in different kinds of energy metabolism and to the extent that galactose is not, there must be certain biochemical mechanisms in which one has catalysts, the catalysts that we call enzymes that ensure that one can convert one of these hexoses through an enzyme into, let's say a less useful one into a more useful one, glucose, which can readily be burnt up by the energy-generating machinery. Here we've gone yet another order of magnitude more complex because we've gone from a monosaccharide, i.e., one or another hexose, to a disaccharide. And here's common table sugar.

And here you see that it's formed once again through an esterification reaction, i.e. there is a dehydration reaction between this hydroxyl here and this hydroxyl here.

And biochemists take the orientation of these hydroxyl and hydrogen groups very seriously. Now, you can say they're a bit obsessive. Indeed they probably are.

But, nonetheless, we can admit that the specific orientations of all these things dictate very importantly the difference between here, in this case sucrose, and in this case lactose. Why is this important? Well, this is the sugar in milk sugar. This is the dominant sugar in milk sugar, lactose. And half the world, as adults, cannot absorb this.

All kinds of unpleasant things happen when they actually drink milk. How many people here are lactose intolerant? It's nothing to be ashamed of. I'm married to a very lactose intolerant person. She's otherwise very nice.

The fact is that the enzyme to break down lactose, it's an enzyme which is called lactase. And here we have yet another nomenclature item. So lactase is the enzyme which breaks down lactose. And, by the way, this is just the harbinger of many other enzymes we're going to talk about in the future that end in A-S-E. Whereas, carbohydrates, many of them end in O-S-E, as you've already sensed.

So it turns out that the enzyme lactase is made in large amounts by most mammals very early in life. Porque? To be able to breakdown the milk sugar that comes in their mother's milk.

But once mammals are weaned there's no reason on earth for them to continue to make lactase, in their stomach for example.

And, as a consequence, in most mammals the production of lactase is shut down later in life. And for some weird quirk of human history, a significant proportion of humanity has learned how to retain the ability to make lactose through adulthood. And, as a consequence, people can go and have ice cream until the age of 70, 80 or 90 without becoming very bloated. And we don't need to get into all the details, but you can begin to imagine. And what happens is, therefore, the lactase enzyme is shut down in their stomach.

It depends. Sometimes they lose it at the age of 10 or 15 or 20.

And then, for the rest of their lives, whenever they have a milk containing product, in fact, my son is also lactose intolerant. I'm surrounded by these people. Again, he is otherwise a tolerant person but he's lactose intolerant.

So this lactose molecule will go into the stomach, it will remain undigested, it will remain a disaccharide instead of being cleaved into two monosaccharides.

The two monosaccharides are no problem because they can readily be interconverted. The galactose can be readily converted into glucose, and glucose is the universal currency of carbohydrate energy. And so this disaccharide passes through the stomach unaltered and it gets into the intestines, in the small intestine and the large intestine.

And it turns out we have more bacterial cells in our gut than we have our own cells in the rest of the body. Imagine isso.

And there are a lot of bacteria that are waiting around in the gut for just a little gulp of lactose. And they never get it because most people break down their lactose long before it gets into the intestine.

But here we have these lactose intolerant people.

The disaccharide gets into the gut and the bacteria go to town.

They've been waiting around for years, decades for a little bit of lactose. And now it finally arrives and they go to town, ad they start metabolizing it and they ferment and they produce lots of gas and other kinds of byproducts. And, as a consequence, this makes people very uncomfortable. Just to show you, now, the fact is that lactose intolerance people can perfectly well break down sucrose, obviously. This is one of the great energy sources from plants. But they cannot break this down.

And I emphasize that point to indicate that the stereochemical differences between different kinds of carbohydrates makes a very important difference. An enzyme like sucrase will break down the sucrose but it will not touch lactose.

So there's a high degree of stereospecificity as it's called in the trade. Here we now go to another step forward that we're going to pursue in much greater detail next time.

Because here, for the first time, we talk about polymerization. We're making polymers. Where the large number of hydroxyl groups on these monosaccharides affords one many opportunities to make very long linear aggregates end-to-end like this or even side branches. If you imagine that each one of these hydroxyls, in principle, represents a site for possible esterification, i.e., the formation of a bond to a neighboring side chain.

Here we see these two linear chains and here we see the branch which is afforded, which is made possible by the availability of these unutilized hydroxyl side chains which are just waiting around to participate, if the opportunity allows them, in some kind of esterification reaction to form a covalent bond. Here is, by the way, glycogen, which is the way we store a lot of sugar in our liver.

Here's a starch, which is what we get from many plants. And here's another very interesting polysaccharide.

It's called cellulose. And we cannot digest cellulose, but termites can. And why they can is something we'll have to wait until next time to learn about. Have a great weekend. See you on Monday.


Why don't the heads of phospholipid bilayers repel hydrophobic molecules? - Biologia

A lipid is a group of compounds that have one thing in common, at least part of the molecule they have little to no affinity to water, due to the presence of a fatty acid chain. They have a varied chemical composition among the different lipids, but this they do have in common. They are hydrophobic. This hydrophobia is due to the nonpolar nature of the carbon to hydrogen bonds that exist on the ends of fatty acids chains.

There are three groups of lipids: fats, phospholipids, and steroids.

Fats function as energy storage. A fat is defined as a glycerol molecule attached to a fatty acid chain. The fatty acid is a non-polar chain of carbons attached by single bonds to several hydrogens. Those bonds can be broken up in order to go through ATP synthesis. ATP is how all organisms on Earth use chemical energy to do physical work inside the cell. Of the fats, the fatty acid tail is the part that is hydrophobic. If it comes into contact with water, the fatty acid tails turn away from it.

As gorduras saturadas são sólidas à temperatura ambiente. Butter is a great example of a saturated fat. And the reason it is called a saturated fat is because there are no double bonds within the fatty acid tail. Unsaturated fats are liquid at room temperature. Oils are very typically saturated fats. They differ from saturated fats in that they have at least one double bonds. The reason that saturated fats are solid at room temperature is that the molecules are able to pack much closer together. Think of a package of dry spaghetti noodles. The reason that saturated fats are liquids at room temperature is that they can’t fill nearly as much space with the same number of molecules. Think of a bag of dry macaroni noodles. There is a lot of space in there, compared to the spaghetti bag.

Saturated fats have a glycerol with a fatty chain completely absent of double bonds. Monounsaturated fats have one double bond in its fatty acid chain. Polyunsaturated fats have more than one double bond in the fatty acid chain. Saturated fats are considered bad fats whereas monounsaturated fats and polyunsaturated fats are considered good fats. And you might be wondering why. As it turns out, even though bond strength is higher at double bonds, they are also sites for chemical reactions to take place. Your body has to work a whole lot harder to break apart the saturated fatty acid chains than it does to break apart the unsaturated ones. Once those bonds are broken, they can be used by the body to produce ATP, in order to do the work of the cell. Another reason that Saturated fats are “bad” is that they can break off from the glycerol and reform to produce cholesterol. And cholesterol is another lipid, which are even harder to break down.

You have probably heard that trans-fats are bad. But what are they. Chemicals can have the same molecular formula but two different orientations. The two fats pictured to the right have 10 Carbons, 2 Oxygen, and 18 Hydrogens. However, you can see that they look different. This is due to orientation. The one that is bent is said to have a “cis” orientation. It is where the 2 Hydrogen on are on the same side of the double bond. And since like charges repel, the hydrogens repel each other and produce a kink. Trans fats have fatty acids chains that have a hydrogen on opposite sides of the double bond, evening out the charge, leading to a much straighter fatty acid chain. So why does it matter. The kink in the cis fatty acid allows a protein to attach to it causing the fatty acid to get broken down with a lot less energy. The trans fatty acid gets broken down similar to a saturated fat, but once the enzyme reaches the double bond, it requires a lot of energy to break that specific bond.

Phospholipids are a group of lipids which are composed of two fatty acids tails combined with a phosphate group. One of those fatty acid tails has a double bond, causing a kink in it. These fatty acids are hydrophobic, they are repelled by water. In contrast, the other part of a phospholipid is hydrophilic. It loves water. It turns toward it. The reason it is attracted to water is that due to its phosphate group. That is the phosphorous atom attached to all the oxygens.

Phospholipids have one side that is attracted to water, and the other is repelled by water. So what happens when you put it in water. Existem duas possibilidades. The simplest structure is where all of the hydrophilic heads face the water and all the tails face away from it, touching tail to tail. This is called a micelle. It reminds of a group of elephants circling up to protect their young ones from predators. But if water gets into the center of that structure, the fatty acid tails turn away from it, while the polar regions turn toward it, creating a lipid bilayer and a structure known as a liposome.

Steroids are also hydrophobic. They are defined by a carbon skeleton made up of 4 Carbon rings combined together. On the end of one of those rings is a fatty acid chain, which makes it hydrophobic. Cholesterol is one of the most basic steroids that humans have. It is the precursor for most other steroids that the body produces and uses. Some examples of other steroids are estrogen and testosterone. Steroids are important chemical messages that communicate instructions to the internal cellular machinery.

A cell membrane is a lipid bilayer embedded with proteins. Just like there were reporters embedded when the troops surged into Iraq. There are proteins embedded in a field of phospholipids. Cell membranes are selectively permeable. They let some things in with no problem. They let other things in with permission, and other things can’t ever get in. It is kind of like a prison gate in that respect. Air can come and go prison guards and visitors can come and go under specific conditions. But those prisoners are stuck. Therefore, a prison is selectively permeable.

Remember phospholipids have hydrophilic heads and hydrophobic tails. When they are in water, the hydrophilic heads turn toward the water and the hydrophobic tails turn away from it. This causes a bilayer (two layers) with water on both sides. This is the basic structure of the cell membrane

Cellular permeability is how easily it is to get across the cell membrane. There two basic types. First, there is passive diffusion. This happens when a chemical requires no energy to move across the membrane. Those molecules move from high concentration to low concentration. Active diffusion is the opposite. It requires energy to cross the cell membrane. Specifically, it requires ATP and molecule move from high concentration to low concentration.

To the right, we have an example of a high concentration of molecules on the outer part of the cell membrane. Inside is a low concentration. The molecules in this example move across the membrane freely until the concentrations on both sides equalize. Water does this in cells. And we have a special term for simple diffusion of water. And that term is osmosis. Here we have three different types of osmotic conditions. A regular healthy cell is said to be isotonic. If you eat too much salt, you create a condition in which there are more salt molecules in the space between your cells that in your cells, and water will leave the cells creating a hypertonic condition. On the flip side, it is actually possible to die from drinking water. That’s right, it is possible to die from drinking too much water. Marathon runners have to be acutely aware of their water intake because the tendency is to drink water to cool down. There have been incidences where marathon runners have consumed too much water to the point where their cell become so hypotonic that they burst. But you shouldn’t worry too much it is pretty hard to do. Facilitated diffusion is another type of passive transport. Certain chemicals are too big to fit through the pores of the cell membrane. However, they are allowed to move from high concentration to low concentration through proteins. Here we have two different examples of how bigger materials move through the cell membrane with the help of proteins. On the left, we have a protein channel, Anything that can fit in that channel can move freely into and out of the cell. On the right, we have carrier proteins. These proteins have a specific shape that is the complement of certain molecules. Just like a lock and key. Once that key fits in that lock, the protein changes shape and releases the molecule to the other side of the membrane. Think of it like a revolving door.

Active transport requires energy to move substances from one side of the membrane to the other. Primary active transport uses ATP diretamente to transport molecules from one side of the membrane to the other. The classic example of this is the sodium-potassium pump. There are these cup shaped proteins that bind specifically with sodium ions. ATP comes by release energy which causes the shape of the cup to invert, forcing the sodium ions to get spit out the other side of the membrane. This is important because sodium is not very useful to a cell and it needs to get rid of it. On the flip side, Potassium is needed by the cell and has to be pumped in. But the interesting thing is that it pumped in by the same proteins. However, to get in doesn’t require any more energy. The protein is like two sea-saws working in sync. Right after the sodium gets spit out, the potassium binds to the protein and gets forced into the cell. This produces a cell with the insides of a high potassium concentration and a low sodium concentration.

Exocytosis. Within the cell, certain molecules that have no use to the cell are imprisoned by a liposome (made up of a phospholipid bilayer) or a secretory vesicle. Secretory vesicles move towards the cell membrane. The phospholipids of the secretory vesicle fuse with the cell membrane, eventually releasing the molecules to the extracellular space, a process known as exocytosis.

Endocytosis is the reverse of exocytosis, in which vesicles merge with a cell membrane depositing molecules. The simplest form of endocytosis is pinocytosis. Cell membranes can form cavities, which fill with particles outside the cell. The cell membrane pinches off the cavity into a vesicle and the phospholipid bilayer of the membranes attaches to itself producing a package of solutes that can float around the cell. Another type of endocytosis is receptor-mediated endocytosis. We said that the cell membrane is embedded with proteins. Some of these proteins from receptors. These receptors are like outfielders are to baseballs. They snatch them up. When those receptors fill, they cause a chemical reaction which causes the cell membrane to pinch in and eventually form a vesicle that floats around inside the cell. The advantage of this over pinocytosis is that specific chemicals are selected (hand-picked, if you will) to go into the cell. Where, in the case of pinocytosis, any solute that is there will make it into the cell.

It is thought the first cell developed 4.0-4.3 billion years ago. That is nearly, right after the Earth came to be. There are several theories about how it came to be. The first cells could have blasted onto earth by meteorites, or spontaneously generated from deep-sea vents or by lightning. It is assumed that RNA was the first self-replicating molecule, and that the first cells were heterotrophs. In other words, they could not make their own energy. They were reliant on other energy sources. Plants, in contrast, make their own energy and are consider to be autotrophs. Humans are heterotrophs. We can produce our own food. We are reliant on plants. The cell theory of biology states that cells are the basic units of life. And there can not be cells with out cell membranes. The first cells probably included two elements a cell membrane enclosing RNA. Those two components are fundamental. In water, phospholipids espontaneamente form bilayered vesicles. This could have preceded the genesis of RNA (or not). They very well could have arisen independently, and merged into a beautiful marriage, which evolved into what we now know as life.


Phospholipid bilayer

Phospholipid bilayers form the plasma membrane that surrounds all cells. The molecules that make up the cell membrane are called phospholipids.

Phosholipid Structure

Phospholipids are amphipathic molecules. This means that they have a hydrophilic, polar phosphate head and two hydrophobic fatty acid tails. These components of the phospholipids cause them to orientate themselves, so the phosphate head can interact with water and the fatty acid tails can't, hence forming a bilayer. This arrangement can also be called a bio-molecular sheet, as the hydrophobic tails from each individual lipid sheet interact with one another forming a hydrophobic interior that acts as a permeability barrier [1] . The hydrophilic head is made up of Gycerol and a phosphate group - it is the phosphate group which makes the head hydrophilic. The hydrophobic tail is made up of 2 fatty acid chains, one of which usually contains a Cis double bond (C=C). This double bind causes the tail to 'kink' which affects the packing structure and fluidity of the bilayer. In mammalian plasma membranes 4 main structures of phospholipids can be found [2] :

As well as these, the membrane also contains various other types of lipid such as cholesterol and proteins. These molecules contribute significantly to the mass of the membrane. Some of the fatty acids in the phospholipid molecules are unsaturated, with one or more carbon-carbon double bonds in its hydrocarbon chain. These double bonds create a kink in the hydrophobic tails. These kinks prevent adjacent phospholipid molecules from packing too close together, which causes an increase in the fluidity of the bilayer. The length of the fatty acid tails also has an effect on the fluidity of the bilayer. If the bilayer has shorter fatty acid chains they are less likely to 'stick' together and they'll be less tightly packed together increasing the fluidity of the membrane. The bilayer is arranged so that the phospholipid heads face outwards and the fatty acid chains face inwards, with cholesterol and proteins scattered throughout the membrane. This structure is described as fluid because the phospholipids can diffuse along the membrane [3] [4] . The bilayer can form spontaneously when in an aqueous environment which means it is also self-sealing. This is due to how the hydrophobic tail and hydrophilic head react when they come in contact with water. The hydrophilic head is soluble in water due to it being charged or polar. This allows it to form electrostatic forces or hydrogen bonds with the water molecules. However, the hydrophobic tail is insoluble in water due to it being uncharged and non-polar meaning it cannot form any interactions with water molecules. Therefore as the bilayer forms, the phospholipids are arranged so that the tails are in the middle of the bilayer and the heads are on the outside [5] [6] .


What is Triglyceride

Triglyceride is a type of lipid that is composed of a glycerol backbone attached to three fatty acid chains. The name triglyceride is given due to the presence of these three fatty acid chains. When considering the chemical structure of a triglyceride, it can be recognized as an ester compound. This is due to the presence of –COOC- bond. Here, a glycerol molecule reacts with three alcohol molecules in order to form a triglyceride. A glycerol molecule has three carboxylic groups. These carboxylic groups are attached to the three alcohol groups, releasing a water molecule per each bond. Therefore, three water molecules are released when a triglyceride is formed.

Triglycerides are the major component of animal fat and vegetable fat. Therefore, it is called storage fat. Triglycerides can be found in saturated form or unsaturated form. This unsaturation is due to the presence of double bonds in the fatty acid molecules. The three fatty acid groups can be either identical or different. Therefore, according to the type of fatty acid present in the triglyceride, the properties are different from one triglyceride to another. Moreover, these triglycerides can be monounsaturated or polyunsaturated according to the number of double bonds present in the triglyceride.

Figure 2: An Unsaturated Triglyceride Molecule

Since triglycerides are storage fat in our body, they can provide us with the energy we require when there isn’t enough calories in our body. Furthermore, triglycerides are helpful in absorption of certain nutrients that are fat-soluble.


Can water pass through phospholipid bilayer?

Click to read more on it. Just so, what can pass through the phospholipid bilayer?

The structure of the lipid bilayer allows small, uncharged substances such as oxygen and carbon dioxide, and hydrophobic molecules such as lipids, to pass through the cell membrane, down their concentration gradient, by simple diffusion.

Likewise, why can't ions pass through phospholipid bilayer? The interior of the lipid bilayer is composed of carbon and hydrogen and is very non-polar. Íons cannot form favorable interactions with these hydrocarbon-like molecules and thus they won't leave the aqueous phase to enter and pass through a membrana.

Additionally, can water pass directly through the cell membrane?

Small molecules such as agua and carbon dioxide can pass directly through a membrana because of they are neutral and so small. The movement of water through a membrana is referred to as osmosis. Lata de água tb pass through a membrane through channel proteins called aquaporins (AQP).

How is the phospholipid bilayer selectively permeable?

The hydrophobic center to a cell membrane (also known as a phospholipid bilayer) gives the membrane selective permeability. The result of the hydrophobic center of the membrane is that molecules that dissolve in water are not capable of passing through the membrane.


What are the major roles of the phospholipid bilayer?

Phospholipid Bilayer. o phospholipid bilayer consists of two layers of phospholipids, with a hydrophobic, or water-hating, interior and a hydrophilic, or water-loving, exterior. The hydrophilic (polar) head group and hydrophobic tails (fatty acid chains) are depicted in the single phospholipid molécula.

Furthermore, what is the importance of phospholipids? Importance of phospholipid: Forms bilayer which provides barrier around the cell and only let in certain molecules like carbondioxide and oxygen necessary for cellular respiration. During digestive process phospholipid form clusters to help move vitamins, nutrients and fat containing molecules through the body.

In respect to this, how is a phospholipid bilayer formed?

Being cylindrical, phospholipid molecules spontaneously form bilayers in aqueous environments. In this energetically most-favorable arrangement, the hydrophilic heads face the water at each surface of the bilayer, and the hydrophobic tails are shielded from the water in the interior.

What can enter the phospholipid bilayer?

Because of the chemical and structural nature of the phospholipid bilayer (hydrophobic core), only lípido-soluble molecules and some small molecules are capaz de freely pass through the lipid bilayer. Ions and large polar molecules cannot pass through the lipid bilayer.


Why don't the heads of phospholipid bilayers repel hydrophobic molecules? - Biologia

As we just learned, the main fabric of the membrane is composed of two layers of phospholipid molecules. The hydrophilic or “water-loving” areas of these molecules (which looks like a collection of balls in an artist’s rendition of the model) (Figure 1) are in contact with the aqueous fluid both inside and outside the cell. Thus, both surfaces of the plasma membrane are hydrophilic. In contrast, the interior of the membrane, between its two surfaces, is a hydrophobic or nonpolar region because of the fatty acid tails. This region has no attraction for water or other polar molecules (we will discuss this further in the next page).

Figure 1. The fluid mosaic model of the plasma membrane structure describes the plasma membrane as a fluid combination of phospholipids, cholesterol, proteins, and carbohydrates.

Hydrophobic , or water-hating molecules, tend to be non-polar. They interact with other non-polar molecules in chemical reactions, but generally do not interact with polar molecules. When placed in water, hydrophobic molecules tend to form a ball or cluster. The hydrophilic regions of the phospholipids tend to form hydrogen bonds with water and other polar molecules on both the exterior and interior of the cell. Thus, the membrane surfaces that face the interior and exterior of the cell are hydrophilic. In contrast, the interior of the cell membrane is hydrophobic and will not interact with water. Therefore, phospholipids form an excellent two-layer cell membrane that separates fluid within the cell from the fluid outside of the cell.

A phospholipid molecule (Figure 2) consists of a three-carbon glycerol backbone with two fatty acid molecules attached to carbons 1 and 2, and a phosphate-containing group attached to the third carbon.

This arrangement gives the overall molecule an area described as its head (the phosphate-containing group), which has a polar character or negative charge, and an area called the tail (the fatty acids), which has no charge. The head can form hydrogen bonds, but the tail cannot. A molecule with this arrangement of a positively or negatively charged area and an uncharged, or non-polar, area is referred to as amphiphilic or “dual-loving.”

Figure 2. A hydrophilic head and two hydrophobic tails comprise this phospholipid molecule. The hydrophilic head group consists of a phosphate-containing group attached to a glycerol molecule. The hydrophobic tails, each containing either a saturated or an unsaturated fatty acid, are long hydrocarbon chains.

This characteristic is vital to the structure of a plasma membrane because, in water, phospholipids tend to become arranged with their hydrophobic tails facing each other and their hydrophilic heads facing out. In this way, they form a lipid bilayer—a barrier composed of a double layer of phospholipids that separates the water and other materials on one side of the barrier from the water and other materials on the other side. In fact, phospholipids heated in an aqueous solution tend to spontaneously form small spheres or droplets (called micelles or liposomes), with their hydrophilic heads forming the exterior and their hydrophobic tails on the inside (Figure 3).

Figure 3. In an aqueous solution, phospholipids tend to arrange themselves with their polar heads facing outward and their hydrophobic tails facing inward. (crédito: modificação da obra de Mariana Ruiz Villareal)


Assista o vídeo: Eco impregnaty hydrofobowe - eco nano powłoki hydrofobowe najnowszej generacji (Junho 2022).


Comentários:

  1. Tremain

    Não está claro, eu não argumento

  2. Costel

    E eu me deparei com isso. Podemos nos comunicar sobre este tema.

  3. Wilfrid

    A excelente ideia, concorda com você.

  4. Fiallan

    O que esse caso deve ser feito?

  5. Daijora

    Foda -se um estudante sóbrio ... Othello perdeu! É ouvido um farfalhão alto de dinheiro - essa brincadeira foi para Spawn! O destino, como mulher, deve se surpreender com um bom final e repentino. Não importa o quanto você mente para o estado, você ainda não pode recuperar o seu.

  6. Nantres

    Entre nós, encontrei a resposta para sua pergunta no google.com



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