As membranas celulares são funcionais para a vida da célula. Por medir apenas 750 nanômetros não é possível vê-la pelo microscópio óptico, a membrana plasmática engloba a célula, define limites e mantém as diferenças essenciais entre o citosol e o ambiente extracelular.
É composta por moléculas lipídicas e protéicas que são mantidas unidas por interações não covalentes. As moléculas lipídicas arranjam-se como uma camada dupla, que é responsável pela estrutura fluida básica da membrana servindo de mediadores para o transporte de moléculas especifica e síntese de ATP.
A membrana plasmática contém proteínas que atuam como sensores de sinais externos, outras proteínas servem de ligantes estruturais que conectam o citoesqueleto por meio da bicamada tanto à matriz mitocondrial quanto às células adjacentes. Como as proteínas estão em constantes deslocamentos laterais, dando um caráter dinâmico à membrana é chamado de mosaico fluido ou modelo de Singer e Nicholson.
Bicamada lipídica
A estrutura de bicamada pode ser atribuída às propriedades especiais das moléculas lipídicas, que fazem com que elas se agrupem espontaneamente em dupla camada.As moléculas lipídicas da membrana são anfipáticas, ou seja, tem uma extremidade hidrofílica (polar) voltada para o meio extracelular ou citoplasma e uma extremidade hidrofóbica (não polar) voltada para o interior da membrana.
Os lipídeos mais abundantes são os fosfolipídeos. Eles têm um grupamento polar (hidrofílico) voltado para a extremidade e dois apolares(hidrofóbicas) para o interior.
A forma e a natureza anfipática das moléculas de lipídeos são responsáveis pela formação da bicamada lipídica num ambiente aquoso. As mesmas forças que fazem com que os fosfolipídeos formem duplas camadas também proporcionam uma propriedade de autoselamento. As moléculas de lipídeos são capazes de se difundir livremente através de duplas camadas lipídicas.
A membrana plasmática não é constituída exclusivamente pela bicamada lipídica, contém também colesterol, glicolipídeose uma variedade de fosfolipídeos como fosfatidilcilina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina e esfingomielina.
Muitas proteínas citosolicas ligam a grupos específicos das cabeças polares de lipídeos que ficam voltadas para o meio extracelular.
A assimetria lipídica é funcionalmente importante, pois muitas proteínas citosolicas ligam a grupos específicos das cabeças polares de lipídeos encontrados na monocamada citosolica da bicamada lipídica.
Os glicolipideos são moléculas lipídicas contendo açucares encontrados na camada externa da membrana plasmática. Os grupos de açucares se encontram expostos na superfície celular, tendo como funções reconhecimento celular e propiciarem pontos de entrada de algumas toxinas bacterianas.
Proteínas de membrana
As proteínas de membranas desempenham a maioria das funções específicas que dão a cada tipo de membrana na célula as propriedades funcionais características.
Muitas proteínas atravessam a bicamada lipídica, são chamadas proteínas transmembrana que são anfipáticas com regiões hidrofóbicas e hidrofílicas. As regiões hidrofóbicas atravessam a membrana e interagem com as caudas da bicamada lipídica enquanto que a região hidrofílica fica exposta à água.
Outras proteínas de membranas localizam-se inteiramente no citosol associadas à bicamada lipídica. Outras ainda encontram-se inteiramente expostas na superfície externa da célula, a estas da- se o nome de proteínas periféricas.
As proteínas transmembranas podem atuar nos dois lados da bicamada ou transportar através dela. Os receptores celulares de superfície são proteínas transmembranas que ligam moléculas sinalizadoras extracelulares e gera sinais intracelulares.A maioria das proteínas transmembrana é glicolisada e estão presentes no lado não citosolica da membrana, onde podem ter um papel importante na estabilização ou associação com outras cadeias polipeptídicas.
As proteínas de membrana são freqüentemente organizadas em grandes complexos não somente para capturar varias formas de energia, mas também para converter sinais extracelulares em sinais intracelulares.
Como as moléculas de lipídeos na bicamada, muitas proteínas de membrana são capazes de difundir-se no plano da membrana.As proteínas da membrana plasmática não se projetam como tal para o exterior da célula,elas estão associadas a carboidratos.
Glicocálice
O termo revestimento celular ou glicocálice é utilizado para descrever a zona rica em carboidratos em superfície da célula ligados a lipídeos e proteínas. É uma extensão da própria membrana que contém glicoproteínas que fazem saliência na superfície e proteoglicanos que foram secretados para o espaço extracelular e então absorvidos na superfície da célula.
Tem como função proteger as células contra danos químicose mecânicos e manter objetos estranhos e outras células distantes. Pode variar de acordo com o tipo e funcionalidade da célula.
Para a apresentação do trabalho utilizaremos uma maquete da membrana plasmática, onde estará identificada sua bicamada lipoproteica, o glicocálice, as proteínas transmembranas e intrínsecas e extrínsecas.
Funções das proteínas na membrana plasmática
As proteínas da membrana plasmática exercem grandes variedades de funções: atuam preferencialmente nos mecanismos de transporte, organizando verdadeiros túneis que permitem a passagem de substâncias para dentro e para fora da célula, funcionam como receptores de membrana, encarregadas de receber sinais de substâncias que levam alguma mensagem para a célula, favorecem a adesão de células adjacentes em um tecido, servem como ponto de ancoragem para o citoesqueleto.
- Proteínas de adesão: em células adjacentes, as proteínas da membrana podem aderir umas às outras.
- Proteínas que facilitam o transporte de substâncias entre células.
- Proteínas de reconhecimento: determinadas glicoproteínas atuam na membrana como um verdadeiro “selo marcador”, sendo identificadas especificamente por outras células.
- Proteínas receptoras de membrana.
- Proteínas de transporte: podem desempenhar papel na difusão facilitada, formando um canal por onde passam algumas substâncias, ou no transporte ativo, em que há gasto de energia fornecida pela substância ATP. O ATP (adenosina trifosfato) é uma molécula derivada de nucleotídeo que armazena a energia liberada nos processos bioenergéticos que ocorrem nas células (respiração aeróbia, por exemplo). Toda vez que é necessária energia para a realização de uma atividade celular (transporte ativo, por exemplo) ela é fornecida por moléculas de ATP.
- Proteínas de ação enzimática: uma ou mais proteínas podem atuar isoladamente como enzima na membrana ou em conjunto, como se fossem parte de uma “linha de montagem” de uma determinada via metabólica.
- Proteínas com função de ancoragem para o citoesqueleto.
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A osmose não é influenciada pela natureza do soluto, mas pelo número de partículas. Quando duas soluções contêm a mesma quantidade de partículas por unidade de volume, mesmo que não sejam do mesmo tipo, exercem a mesma pressão osmótica e são isotônicas. Caso sejam separadas por uma membrana, haverá fluxo de água nos dois sentidos de modo proporcional.
Quando se comparam soluções de concentrações diferentes, a que possui mais soluto e, portanto, maior pressão osmótica é chamada hipertônica, e a de menor concentração de soluto e menor pressão osmótica é hipotônica. Separadas por uma membrana, há maior fluxo de água da solução hipotônica para a hipertônica, até que as duas soluções se tornem isotônicas.
A osmose pode provocar alterações de volume celular. Uma hemácia humana é isotônica em relação a uma solução de cloreto de sódio a 0,9% (“solução fisiológica”). Caso seja colocada em um meio com maior concentração, perde água e murcha. Se estiver em um meio mais diluído (hipotônico), absorve água por osmose e aumenta de volume, podendo romper (hemólise).
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| Certas substâncias entram na célula a favor do gradiente de concentração e sem gasto energético, mas com uma velocidade maior do que a permitida pela difusão simples. Isto ocorre, por exemplo, com a glicose, com alguns aminoácidos e certas vitaminas. A velocidade da difusão facilitada não é proporcional à concentração da substância. Aumentando-se a concentração, atinge-se um ponto de saturação, a partir do qual a entrada obedece à difusão simples. Isto sugere a existência de uma molécula transportadora chamada permease na membrana. Quando todas as permeases estão sendo utilizadas, a velocidade não pode aumentar. Como alguns solutos diferentes podem competir pela mesma permease, a presença de um dificulta a passagem do outro. |
Enquanto que na endocitose as substâncias entram nas células, existe um processo inverso: a exocitose.
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Transporte pela Membrana Plasmática
A capacidade de uma membrana de ser atravessada por algumas substâncias e não por outras define suapermeabilidade. Em uma solução, encontram-se o solvente (meio líquido dispersante) e o soluto(partícula dissolvida). Classificam-se as membranas, de acordo com a permeabilidade, em 4 tipos:
a) Permeável: permite a passagem do solvente e do soluto;
b) Impermeável: não permite a passagem do solvente nem do soluto;
c) Semipermeável: permite a passagem do solvente, mas não do soluto;
d) Seletivamente permeável: permite a passagem do solvente e de alguns tipos de soluto.
Nessa última classificação se enquadra a membrana plasmática.
A passagem aleatória de partículas sempre ocorre de um local de maior concentração para outro de concentração menor (a favor do gradiente de concentração). Isso se dá até que a distribuição das partículas seja uniforme. A partir do momento em que o equilíbrio for atingido, as trocas de substâncias entre dois meios tornam-se proporcionais.
A passagem de substâncias através das membranas celulares envolve vários mecanismos, entre os quais podemos citar:
Transporte passivo
Osmose
Difusão simples
Difusão facilitada
Transporte ativo
Bomba de sódio e potássio
Endocitose e exocitose
Fagocitose
Pinocitose
Transporte Passivo
Ocorre sempre a favor do gradiente, no sentido de igualar as concentrações nas duas faces da membrana. Não envolve gasto de energia.
Osmose
A água se movimenta livremente através da membrana, sempre do local de menor concentração de soluto para o de maior concentração. A pressão com a qual a água é forçada a atravessar a membrana é conhecida por pressão osmótica.
Se um paramécio é colocado em um meio hipotônico, absorve água por osmose. O excesso de água é eliminado pelo aumento de freqüência dos batimentos do vacúolo pulsátil (ou contrátil).
Protozoários marinhos não possuem vacúolo pulsátil, já que o meio externo é hipertônico.
A pressão osmótica de uma solução pode ser medida em um osmômetro. A solução avaliada é colocada em um tubo de vidro fechado com uma membrana semipermeável, introduzido em um recipiente contendo água destilada, como mostra a figura.
Por osmose, a água entra na solução fazendo subir o nível líquido no tubo de vidro. Como no recipiente há água destilada, a concentração de partículas na solução será sempre maior que fora do tubo de vidro. Todavia, quando o peso da coluna líquida dentro do tubo de vidro for igual à força osmótica, o fluxo de água cessa. Conclui-se, então, que a pressão osmótica da solução é igual à pressão hidrostática exercida pela coluna líquida.
Transporte Passivo
Difusão
Consiste na passagem das moléculas do soluto, do local de maior para o local de menor concentração, até estabelecer um equilíbrio. É um processo lento, exceto quando o gradiente de concentração for muito elevado ou as distâncias percorridas forem curtas. A passagem de substâncias, através da membrana, se dá em resposta ao gradiente de concentração.
Difusão Facilitada
Transporte Ativo
Neste processo, as substâncias são transportadas com gasto de energia, podendo ocorrer do local de menor para o de maior concentração (contra o gradiente de concentração). Esse gradiente pode ser químico ou elétrico, como no transporte de íons. O transporte ativo age como uma “porta giratória”. A molécula a ser transportada liga-se à molécula transportadora (proteína da membrana) como uma enzima se liga ao substrato. A molécula transportadora gira e libera a molécula carregada no outro lado da membrana. Gira, novamente, voltando à posição inicial. A bomba de sódio e potássio liga-se em um íon Na+ na face interna da membrana e o libera na face externa. Ali, se liga a um íon K+ e o libera na face externa. A energia para o transporte ativo vem da hidrólise do ATP.
Transporte acoplado
Muitas membranas pegam carona com outras substâncias ou íons, para entrar ou sair das células, utilizando o mesmo “veículo de transporte". É o que ocorre por exemplo, com moléculas de açúcar que ingressam nas células contra o seu gradiente de concentração. Como vimos no item anterior, a bomba de sódio/potássio expulsa íons de sódio da célula, ao mesmo tempo que faz os íons potássio ingressarem, utilizando a mesma proteína transportadora (o mesmo canal iônico), com gasto de energia. Assim, a concentração de íons de sódio dentro da célula fica baixa, o que induz esses íons a retornarem para o interior celular.
Ao mesmo tempo, moléculas de açúcar, cuja concentração dentro da célula é alta, aproveitam o ingresso de sódio e o “acompanham” para o meio intracelular.
 Esse transporte simultâneo, ocorre com a participação de uma proteína de membrana “cotransportadora” que, ao mesmo tempo em que favorece o retorno de íons de sódio para a célula, também deixa entrar moléculas de açúcar cuja concentração na célula é elevada.
Note que a energia utilizada nesse tipo de transporte é indiretamente proveniente da que é gerada no transporte ativo de íons de sódio/potássio.
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Endocitose e exocitose
Enquanto que a difusão simples e facilitada e o transporte ativo são mecanismos de entrada ou saída para moléculas e ions de pequenas dimensões, as grandes moléculas ou até partículas constituídas por agregados moleculares são transportadas através de outros processos.
Endocitose
Este processo permite o transporte de substâncias do meio extra- para o intracelular, através de vesículas limitadas por membranas, a que se dá o nome de vesículas de endocitose ou endocíticas. Estas são formadas por invaginação da membrana plasmática, seguida de fusão e separação de um segmento da mesma.
Há três tipos de endocitose: pinocitose, fagocitose e endocitose mediada.
Pinocitose
Neste caso, as vesículas são de pequenas dimensões e a célula ingere moléculas solúveis que, de outro modo, teriam dificuldades em penetrar a membrana.
O mecanismo pinocítico envolve gasto de energia e é muito seletivo para certas substâncias, como os sais, aminoácidos e certas proteínas, todas elas solúveis em água.
Este processo, que ocorre em diversas células, tem uma considerável importância para a Medicina: o seu estudo mais aprofundado pode permitir o tratamento de grupos de células com substâncias que geralmente não penetram a membrana citoplasmática (diluindo-as numa solução que contenha um indutor de pinocitose como, por exemplo, a albumina, fazendo com que a substância siga a albumina até ao interior da célula e aí desempenhe a sua função).
Endocitose mediada
Se a invaginação da membrana for desencadeada pela ligação de uma determinada substância a um constituinte específico da membrana trata-se de um processo de endocitose mediada e chama-se a esse constituinte receptor.
Para entrar na célula deste modo é necessário que a membrana possua receptores específicos para a substância em questão.
Este mecanismo é utilizado por muitos vírus (como o HIV, por exemplo) e toxinas para penetrar na célula dado que ao longo do tempo foram desenvolvendo uma complementaridade com os receptores.
Este processo é também importante para a Medicina, pois foram introduzidos em medicamentos usados para destruir células tumorais fragmentos que se ligam aos receptores membranares específicos das células que se pretende destruir.
Fagocitose
Este processo é muito semelhante à pinocitose, sendo a única diferença o fato de o material envolvido pela membrana não estar diluído.
Enquanto que a pinocitose é um processo comum a quase todas as células eucarióticas, muitas das células pertencentes a organismos multicelulares não efetuam fagocitose, sendo esta efetuada por células específicas. Nos protistas a fagocitose é freqüentemente uma das formas de ingestão de alimentos.
Os glóbulos brancos utilizam este processo para envolver materiais estranhos como bactérias ou até células danificadas. Dentro da célula fagocítica, enzimas citoplasmáticas são secretadas para a vesícula e degradam o material até este ficar com uma forma inofensiva.
Exocitose
Citosol, Citoplasma ou hialoplasma
Os primeiros citologistas acreditavam que o interior da célula viva era preenchido por um fluído homogêneo e viscoso, no qual estava mergulhado o núcleo. Esse fluido recebeu o nome de citoplasma (do grego kytos, célula, e plasma, aquilo que dá forma, que modela).
Hoje se sabe que o espaço situado entre a membrana plasmática e o núcleo é bem diferente do que imaginaram aqueles citologistas pioneiros. Além da parte fluida, o citoplasma contém bolsas e canais membranosos e organelas ou orgânulos citoplasmáticos, que desempenham funções específicas no metabolismo da célula eucarionte.
O fluido citoplasmático é constituído principalmente por água, proteínas, sais minerais e açucares. No citosol ocorre a maioria das reações químicas vitais, entre elas a fabricação das moléculas que irão constituir as estruturas celulares. É também no citosol que muitas substâncias de reserva das células animais, como as gorduras e o glicogênio, ficam armazenadas.
Na periferia do citoplasma, o citosol é mais viscoso, tendo consistência de gelatina mole. Essa região é chamada de ectoplasma (do grego, ectos, fora). Na parte mais central da célula situa-se o endoplasma (do grego, endos, dentro), de consistência mais fluida.
Célula Vegetal
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