Compartimentalização Células e Tecidos

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13/09
O corpo humano é um compartimento complexo, 
separado do mundo externo por camadas celulares. 
Anatomicamente, o corpo é dividido em três principais 
cavidades: a cavidade craniana (comumente chamada 
de crânio), a cavidade torácica (chamada de tórax) e a 
cavidade abdominopélvica. 
 
As cavidades são separadas umas das outras por ossos 
e tecidos e são revestidas por membranas teciduais. 
A cavidade craniana (crânio) contém o encéfalo, nosso 
controlador central. 
A cavidade torácica é delimitada pela coluna vertebral 
e pelas costelas no topo e dos lados, com o músculo 
diafragma formando sua base. 
O tórax contém o coração, o qual está dentro da 
membrana chamada de saco pericárdico ou pericárdio, 
e os dois pulmões, envoltos separadamente pelos 
sacos pleurais. 
O abdome e a pelve formam uma cavidade contínua, a 
cavidade abdominopélvica. 
Um tecido de revestimento, chamado de peritônio, 
reveste o abdome e envolve os órgãos dentro dele 
(estômago, intestino, fígado, pâncreas, vesícula biliar e 
baço). 
Os rins localizam-se fora da cavidade abdominal, entre 
o peritônio e os músculos e ossos do dorso, logo acima 
do nível da cintura. 
A pelve contém os órgãos reprodutivos, a bexiga 
urinária e a porção terminal do intestino grosso. 
Além das cavidades do corpo, há vários 
compartimentos anatômicos distintos preenchidos 
com líquido. 
 
Os vasos sanguíneos, contendo o sangue, e o coração 
formam um compartimento no sistema circulatório. 
Os nossos olhos são esferas ocas cheias de líquido 
subdivididas em dois compartimentos, preenchidos 
com os humores aquoso e vítreo. 
O encéfalo e a medula espinal são cercados por um 
compartimento de líquido especial, denominado 
líquido cerebrospinal (LCS). 
Os sacos membranosos que circundam os pulmões 
(sacos pleurais) e o coração (pericárdio) também 
contêm pequenos volumes de líquido. 
 
Funcionalmente, o corpo tem três compartimentos 
líquidos. 
A maioria das células do corpo não está em contato 
direto com o mundo exterior. Em vez disso, o seu 
ambiente externo é o líquido extracelular. 
Se pensarmos em todas as células do corpo como uma 
unidade, podemos dividir o corpo em dois 
compartimentos: 
(1) o líquido extracelular (LEC), fora das células, e 
(2) o líquido intracelular (LIC), dentro das células. 
A parede que divide o LEC e o LIC é a membrana celular. 
O LEC subdivide-se ainda em plasma, a porção fluida do 
sangue, e em líquido intersticial (“estar entre”), que 
circunda a maioria das células do corpo. 
A palavra membrana (“uma pele”) possui dois 
significados em biologia. 
Antes da invenção do microscópio, no século XVI, a 
membrana sempre foi descrita como um tecido que 
reveste uma cavidade ou separa dois compartimentos. 
Mesmo hoje, ainda se fala em membrana mucosa, na 
boca e na vagina, membrana peritoneal, que reveste a 
parede interna do abdome, membrana pleural, que 
cobre a superfície dos pulmões, e membrana 
pericárdica, que recobre o coração. 
Essas membranas visíveis são tecidos: finas camadas 
translúcidas de células. 
Quando os cientistas observaram células ao 
microscópio, a natureza da barreira entre o líquido 
intracelular e seu ambiente externo se tornou algo de 
muito interesse. 
Por volta de 1890, os cientistas concluíram que a 
superfície externa das células, a membrana celular, era 
uma fina camada de lipídeos que separa o fluido 
aquoso do interior da célula do seu meio externo. 
Agora, sabemos que a membrana consiste em camadas 
duplas, ou bicamadas, de fosfolipídeos com proteínas 
inseridas neles. 
Resumindo, a palavra membrana pode ser aplicada a 
um tecido ou a uma camada limitante de fosfolipídeos 
e proteínas. 
A MEMBRANA CELULAR SEPARA A CÉLULA DO SEU 
AMBIENTE EXTERNO 
Existem dois sinônimos para o termo membrana 
celular: membrana plasmática e plasmalema. 
As funções gerais da membrana celular incluem: 
1. Isolamento físico. A membrana celular é uma 
barreira física que separa o líquido intracelular, dentro 
da célula, do líquido extracelular que a circunda. 
2. Regulação das trocas com o seu ambiente externo 
(líquido extracelular). A membrana celular controla a 
entrada de íons e nutrientes na célula, a eliminação de 
resíduos celulares e a liberação de produtos da célula. 
3. Comunicação entre a célula e o seu ambiente 
externo. A membrana celular contém proteínas que 
permitem à célula reconhecer e responder a moléculas 
ou a mudanças no seu meio externo. 
Qualquer alteração na membrana celular pode afetar 
as atividades celulares. 
4. Suporte estrutural. Proteínas na membrana celular 
fixam o citoesqueleto, o arcabouço estrutural 
intracelular, para manter a forma da célula. 
Proteínas de membrana também criam junções 
especializadas entre células adjacentes ou entre 
células e a matriz extracelular, que é o material 
extracelular sintetizado e secretado pelas células. 
(Secreção é o processo pelo qual uma célula libera uma 
substância no espaço extracelular.) Junções célula a 
célula e célula-matriz estabilizam a estrutura dos 
tecidos. 
AS MEMBRANAS SÃO CONSTITUÍDAS 
PRINCIPALMENTE DE LIPÍDEOS E PROTEÍNAS 
Nas primeiras décadas do século XX, os pesquisadores 
tentaram decifrar a estrutura da membrana, triturando 
as células e analisando sua composição. 
Eles descobriram que todas as membranas biológicas 
consistem em uma combinação de lipídeos e proteínas 
mais uma pequena quantidade de carboidratos. 
Contudo, uma estrutura simples e uniforme não 
poderia ser responsável pelas propriedades 
extremamente variáveis das membranas encontradas 
em diferentes tipos de células. 
Como a água atravessa a membrana celular para entrar 
em um eritrócito, mas não pode entrar em certas 
células do túbulo renal? 
A explicação encontra-se no arranjo molecular das 
proteínas e dos lipídeos nas várias membranas. 
A proporção de proteínas em relação aos lipídeos varia 
muito, dependendo da origem da membrana. 
Em geral, a membrana mais ativa metabolicamente é a 
que contém mais proteínas. 
Por exemplo, 75% da membrana interna de uma 
mitocôndria, que contém enzimas para a produção de 
ATP, é constituída por proteínas. 
Essa análise química das membranas foi útil, mas não 
explicava os arranjos estruturais de lipídeos e proteínas 
em uma membrana. 
Estudos dos anos 1920 sugeriram que havia 
quantidade o suficiente de lipídeos em uma dada área 
da membrana para criar uma camada dupla. 
O modelo da bicamada foi modificado, em 1930, para 
considerar a presença das proteínas. 
Com a introdução da microscopia eletrônica, os 
cientistas viram a membrana celular pela primeira vez. 
O modelo de 1960, como visto em micrografias 
eletrônicas, era um “sanduíche de lipídeos” – uma 
camada clara de lipídeos entre duas camadas escuras 
de proteínas. 
No início dos anos 1970, micrografias eletrônicas em 
criofraturas revelaram o real arranjo tridimensional de 
lipídeos e proteínas nas membranas celulares. 
Com base no que os cientistas aprenderam a partir da 
observação de membranas submetidas à criofratura, S. 
J. Singer e G. L. Nicolson, em 1972, propuseram o 
modelo de membrana do mosaico fluido. 
Os lipídeos das membranas biológicas são 
principalmente fosfolipídeos arranjados em uma 
bicamada, de forma que as cabeças de fosfato se 
encontram nas superfícies da membrana, e as caudas 
lipídicas ficam ocultas no centro da membrana. 
 
LIPÍDEOS DE MEMBRANA CRIAM UMA BARREIRA 
HIDROFÓBICA 
Os três principais tipos de lipídeos que compõem a 
membrana celular são os fosfolipídeos, os 
esfingolipídeos e o colesterol. 
Os fosfolipídeos são constituídos de um arcabouço de 
glicerol com dois ácidos graxos apontando para um 
lado e um grupo fosfato para o outro. 
A cabeça glicerol-fosfato da molécula é polar e 
hidrofílica. A “cauda” de ácido graxo é apolar e, 
portanto, hidrofóbica. 
Quando colocados em uma solução aquosa, os 
fosfolipídeos se auto-orientam, de modo que o lado 
polar da molécula interage com as moléculas de água, 
ao passo que as caudas apolaresdos ácidos graxos 
ficam “escondidas”, colocando as cabeças polares 
entre elas e a água. 
 
Esse arranjo pode ser visto em três estruturas: a 
micela, o lipossomo e a bicamada fosfolipídica da 
membrana celular. 
Micelas são pequenas gotas com uma única camada de 
fosfolipídeos arranjados de modo que o interior da 
micela é preenchido com as caudas hidrofóbicas dos 
ácidos graxos. 
Elas são importantes na digestão e na absorção das 
gorduras no trato digestório. 
Lipossomos são esferas maiores, com paredes de 
bicamada fosfolipídica. Este arranjo deixa um centro 
oco com um núcleo aquoso, que pode ser preenchido 
com moléculas solúveis em água. 
Os biólogos consideram que uma estrutura semelhante 
ao lipossomo foi a precursora da primeira célula viva. 
Hoje, os lipossomos estão sendo utilizados como um 
meio para o transporte de fármacos e cosméticos 
através da pele. 
Os fosfolipídeos são os principais lipídeos das 
membranas, mas algumas membranas também têm 
uma quantidade significativa de esfingolipídeos. 
Os esfingolipídeos também possuem caudas de ácidos 
graxos, mas suas cabeças podem ser tanto 
fosfolipídeos como glicolipídeos. 
Eles são ligeiramente mais longos do que os 
fosfolipídeos. O colesterol também constitui uma parte 
significativa de muitas membranas celulares. 
As moléculas de colesterol, as quais são principalmente 
hidrofóbicas, introduzem-se entre as cabeças 
hidrofílicas dos fosfolipídeos. 
O colesterol ajuda a tornar as membranas 
impermeáveis a pequenas moléculas solúveis em água 
(hidrofílicas) e a manter a flexibilidade das membranas 
em uma ampla faixa de temperaturas. 
 
As proteínas integrais são fortemente ligadas à 
membrana, e a única forma pela qual podem ser 
removidas é pela quebra da estrutura da membrana 
com detergentes ou outros métodos que destruam a 
integridade da membrana. 
Proteínas integrais incluem proteínas transmembrana 
e proteínas ancoradas em lipídeos. 
As proteínas periféricas ligam-se a outras proteínas de 
membrana por interações não covalentes e podem ser 
separadas da membrana por métodos químicos que 
não destruam a integridade da membrana. 
Elas incluem algumas enzimas, assim como proteínas 
estruturais de ligação que ancoram o citoesqueleto (o 
“esqueleto” interno das células) à membrana. 
 
Quando uma proteína atravessa a membrana mais de 
uma vez, alças da cadeia de aminoácido projetam-se 
para o citoplasma e para o líquido extracelular. 
Os carboidratos podem ligar-se às alças extracelulares, 
e os grupos fosfato podem ligar-se às alças 
intracelulares. 
Fosforilação ou desfosforilação de proteínas é uma 
maneira de a célula alterar a função proteica. 
As proteínas transmembrana são classificadas em 
famílias de acordo com quantos segmentos 
transmembrana elas possuem. 
Muitas proteínas de membrana fisiologicamente 
importantes possuem sete segmentos 
transmembrana. 
Outras atravessam a membrana apenas uma vez ou até 
12 vezes. 
Proteínas transmembrana são proteínas integrais 
ligadas à membrana firmemente, mas não 
covalentemente. 
Os cerca de 20 a 25 aminoácidos dos segmentos da 
cadeia proteica que atravessam a membrana são 
apolares. 
Isso permite que esses aminoácidos criem ligações não 
covalentes fortes com as caudas lipídicas dos 
fosfolipídeos, mantendo-as firmemente no lugar. 
Sabe-se, hoje, que algumas proteínas de membrana 
que antes eram consideradas proteínas periféricas são 
proteínas ancoradas a lipídeos. 
Algumas dessas proteínas são covalentemente ligadas 
às caudas lipídicas que as inserem nas bicamadas. 
Outras, encontradas somente na superfície externa da 
célula, mantêm-se ligadas à membrana por moléculas 
de glicosil-fosfatidil-inositol (GPI), um lipídeo mais uma 
cadeia de açúcar-fosfato. 
Muitas proteínas ancoradas a lipídeos são associadas 
com esfingolipídeos da membrana, levando à 
formação de regiões especializadas na membrana, 
chamadas de balsas lipídicas. 
As caudas mais longas dos esfingolipídeos projetam as 
balsas lipídicas acima dos fosfolipídeos vizinhos. 
A capacidade do citoesqueleto de restringir o 
movimento das proteínas integrais permite que as 
células desenvolvam a polaridade, na qual diferentes 
faces da célula têm proteínas diferentes e, 
consequentemente, propriedades diferentes. 
Isso é particularmente importante nas células dos 
epitélios de transporte, conforme será visto em vários 
tecidos no corpo.