Os lípidos da membrana são amphipáticos, o que significa que têm uma extremidade polar ou hidrofílica e uma extremidade não polar ou hidrofóbica. Em meios aquosos, os lípidos de membrana se organizam espontaneamente em camadas com as extremidades polares orientadas para, e as extremidades não polares orientadas para longe da solução. O bico se fecha sobre si mesmo para evitar bordas livres com água. Estas propriedades estruturais básicas das membranas de plasma permitem-lhes desempenhar as suas funções fundamentais. Por exemplo, a propensão dos lípidos das membranas para formar uma estrutura de bocal lipídico fechada e termodinamicamente estável, torna-as estáveis e favorece a formação de compartimentos subcelulares fechados. Também permite a reparação espontânea de pequenos rasgos na membrana, o que evita a fuga de material para fora da célula ou organelas. Além disso, o interior hidrofóbico das membranas serve de barreira às moléculas solúveis em água, mas permite a difusão passiva de certas moléculas solúveis em lipídios. Portanto, as membranas são estruturas seletivamente permeáveis; uma propriedade que ajuda a prevenir vazamentos e proteger a célula da entrada passiva de muitas toxinas.
Os fosfoglicéridos têm uma cabeça polar hidrofílica e uma cauda de ácido graxo hidrofóbico. A composição e comprimento da cauda do hidrocarboneto é um pouco diversa e é relatada como variando de 14 carbonos a 24 carbonos. A modificação química do anel inositol ocorre na conversão do fosfatidilinositol em outros fosfoinositidos.
Lipídios de membrana são altamente diversos, com uma membrana típica contendo mais de 100 espécies de lipídios. Estes lípidos variam na sua estrutura e extensão de saturação das cadeias de acilo gorduroso.
Existem três classes principais de lípidos de membrana – os fosfoglicéridos, esfingolipídios e esteróis.
O que são fosfolipídios?
Os fosfoglicéridos e os esfingolípidos podem ser combinados como uma classe, os fosfolípidos. Estes são os clássicos lipídios de membrana, formados por um grupo de cabeça polar e duas caudas de ácido graxo hidrofóbico. As caudas de ácidos graxos normalmente contêm entre 14-24 átomos de carbono. Uma das duas caudas é insaturada e, portanto, contém uma ou mais ligações cis-double, o que cria uma pequena dobra na cauda. A outra cauda é saturada, sem qualquer ligação cis-double e permanece reta. Variações no comprimento e saturação da cauda de ácido graxo afetam o quão apertados os fosfolípidos são capazes de se empacotar um contra o outro, levando a uma fluidez de membrana alterada. A ligação do grupo da cabeça polar à cauda de ácido gordo é uma espinha dorsal constituída por glicerol ou esfingosina. A diferente molécula da espinha dorsal diferencia entre as classes de fosfolípidos.
Como os fosfoglicéridos são estrutural e bioquimicamente diferentes dos esfingolípidos?
Os fosfoglicéridos têm um grupo de cabeça polar esterificado para um dos três grupos de glicerol hidroxila, e duas caudas de ácido graxo hidrofóbico esterificadas para os dois grupos de hidroxila restantes da espinha dorsal de glicerol. O grupo da cabeça polar é composto por um grupo fosfato ligado à colina, etanolamina, serina ou inositol. Estes formam fosfatidilcolina (PC), fosfatidil etanolamina (PE), fosfatidil serina (PS) e fosfatidilinositol (PI) respectivamente.
Sphingolipids, por outro lado, têm uma espinha dorsal formada a partir da esfingosina, um aminoálcool com uma longa cadeia de hidrocarbonetos; uma classe menos abundante de lípidos de membrana. A ceramida é um esfingolipídeo simples que tem uma cauda de ácido graxo hidrofóbico ligada ao aminogrupo da esfingosina. A esterificação de grupos adicionais ao grupo hidroxil terminal da espinha dorsal da esfingosina dá origem a outros tipos de esfingolipídios. Por exemplo, a esfingomielina tem um grupo cabeça fosforil-colina polar e os glicolípidos têm um grupo carboidrato. O grupo dos carboidratos glicolípidos pode ser um açúcar simples ou um oligossacarídeo formando cerebrosides e gangliosides respectivamente.
Os esteróis são menores que os fosfolípidos. Eles têm um único grupo de cabeça polar hidroxila ligado a uma estrutura de anel esteróide rígido e uma cauda curta de hidrocarboneto não polar. O colesterol é o principal componente do esterol das membranas das células animais. Diferentes esteróis são encontrados em outras membranas celulares eucarióticas. Leveduras e fungos usam ergosterol, enquanto as plantas usam sitosterol e estigmasterol. No entanto, as membranas celulares procarióticas essencialmente não contêm esteróis. Os esteróis são inseridos no bocal lipídico com seus grupos de cabeça hidroxila orientados com os grupos polares fosfolipídicos. Isto alinha a estrutura do anel rígido do esterol com a cauda de hidrocarbonetos fosfolipídicos, o que diminui a mobilidade dos fosfolípidos. Este efeito de endurecimento também reduz a permeabilidade hidrossolúvel do bocal mas não afecta a fluidez da membrana.