Membrana plasmatica

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Estrutura da membrana(cap 10)  
A membrana plasmática, define seus limites e mantém as diferenças essenciais entre o 
citosol e o ambiente extracelular. É constituída por uma fina película de moléculas de 
lipídeos e proteínas unidas principalmente por interações não covalentes. As membranas 
celulares são estruturas dinâmicas, fluidas e a maioria de suas moléculas move-se no 
plano da membrana. A bicamada lipídica proporciona a estrutura fluida básica da 
membrana e atua como uma barreira relativamente impermeável à passagem da maioria 
das moléculas solúveis em água. A maioria das proteínas de membrana atravessam a 
bicamada lipídica e são responsáveis por quase todas as funções da membrana, incluindo 
o transporte de moléculas específicas através dessa bicamada e a catálise de reações 
associadas à membrana, como a síntese de ATP. Na membrana plasmática, algumas 
proteínas transmembrana atuam como ligações estruturais que conectam o citoesqueleto 
através da bicamada lipídica à matriz extracelular, enquanto outras atuam como 
receptores para detectar e transduzir sinais químicos do ambiente celular. 
F�sfogliceríde��, esfingolipíde�� � esteroi� sã� �� principai� lipíde�� da� 
membranas celulares 
Todas as moléculas lipídicas da membrana plasmática são anfifílicas, isto é, possuem 
uma extremidade polar, e uma extremidade apolar. 
Os mais abundantes lipídeos da membrana são os fosfolipídeos. Eles possuem um 
grupamento da cabeça polar contendo um grupo fosfato e duas caudas hidrocarbonadas 
hidrofóbicas. As diferenças no comprimento e na saturação das caudas e dos ácidos 
graxos influenciam como as moléculas fosfolipídicas encaixam-se umas nas outras, 
afetando a fluidez da membrana. Quanto mais longa, menos fluida e quando há 
insaturação, maior fluidez.  
Os principais fosfolipídeos da maioria das membranas das células animais são 
fosfoglicerídeos. Outra importante classe de fosfolipídeos são os esfingolipídeos, que são 
constituídos por esfingosina no lugar do glicerol. 
 
 
 
 
Além dos fosfolipídeos, a 
bicamada lipídica de muitas membranas celulares contém glicolipídeos e colesterol. Os 
glicolipídeos assemelham-se aos esfingolipídeos, mas no lugar do grupo fosfato ligado à 
cabeça, possui um açúcar. A membrana plasmática eucariótica contém, especialmente, 
grandes quantidades de colesterol. O colesterol é um esterol. Ele contém uma estrutura 
em anel rígida a qual se liga a um único grupo hidroxila polar e a uma pequena cadeia de 
hidrocarbono apolar. 
 
O� f�sfolipíde�� forma� bicamada� espontaneament� 
Quando as moléculas anfifílicas são expostas a um ambiente aquoso, elas se agregam de 
modo espontâneo, escondendo suas caudas hidrofóbicas no interior onde ficam protegidas 
da água, expondo suas cabeças hidrofílicas para a água. Dependendo de sua forma, elas 
podem fazer isso de duas maneiras: podem formar micelas esféricas com as caudas para 
dentro ou formar bicamadas. 
 
 
 
Foi demonstrado que o componente lipídico de uma membrana biológica é um líquido 
bidimensional no qual as moléculas constituintes estão livres para se mover lateralmente. 
 
A fluide� d� um� bicamad� lipídic� depend� d� su� comp�siçã� 
A fluidez das membranas celulares tem que ser precisamente regulada. Por exemplo, 
certos processos de transporte através das membranas e atividades enzimáticas cessam 
quando a viscosidade é aumentada experimentalmente acima de um nível limítrofe.  
O colesterol modula as propriedades da bicamada lipídica. O colesterol se insere na 
bicamada com o grupo hidroxila próximo às cabeças polares dos fosfolipídeos, de modo 
que seus rígidos anéis esteroides interajam e parcialmente imobilizem aquelas regiões de 
hidrocarbonos próximas aos grupamentos de cabeças polares. Reduzindo a mobilidade dos 
primeiros grupos CH2 das cadeias das moléculas de fosfolipídeos, o colesterol torna a 
bicamada lipídica menos deformável nesta região, reduzindo a permeabilidade da 
bicamada a pequenas moléculas solúveis em água. Embora o colesterol aumente o 
empacotamento dos lipídeos na bicamada, isto não torna as membranas menos fluidas. Às 
altas concentrações encontradas na maioria das membranas plasmáticas dos eucariotos, 
o colesterol também impede que as cadeias de hidrocarbonos agrupem-se e cristalizem.  
A análise das membranas lipídicas revelou que a composição de lipídeos de uma 
membrana celular eucariótica típica contêm uma variedade de talvez 500 a 2.000 
diferentes espécies de lipídeos, mesmo na mais simples membrana plasmática, como a de 
uma hemácia, há mais de 150. 
 
 
 
 
Apesa� d� su� fluide�, a� bicamada� lipídica� pode� forma� domíni�� d� 
comp�siçõe� distinta� 
 
 
As moléculas lipídicas da membrana plasmática das células vivas segregam em domínios 
especializados, denominados balsas lipídicas. Lipídeos e proteínas específicos de 
membrana estão concentrados de maneira dinâmica e temporária por interações 
proteína-proteína, permitindo a formação provisória de regiões especializadas da 
membrana. A tendência das misturas dos lipídeos que sofrem segregação, pode auxiliar 
na formação de balsas nas membranas das células vivas, organizando e concentrando as 
proteínas de membrana para o transporte nas vesículas ou para trabalharem juntas na 
reunião das proteínas, quando convertem sinais extracelulares em intracelulares. 
 
 
A assimetri� d� bicamad� lipídic� � funcionalment� impo�tant� 
 
 
As composições de lipídeos das duas monocamadas da bicamada lipídica de muitas 
membranas são surpreendentemente distintas. Na membrana dos glóbulos vermelhos 
humanos (eritrócitos), por exemplo, quase todas as moléculas de fosfolipídeos que 
possuem colina em seu grupamentos de cabeças (fosfatidilcolina e esfingomielina) estão 
na monocamada externa, enquanto quase todas que contêm um grupo amino primário 
terminal (fosfatidiletanolamina e fosfatidilserina) estão na monocamada interna. Há 
uma significativa diferença nas cargas entre as duas metades da bicamada, porque a 
fosfatidilserina, negativamente carregada, está localizada na monocamada interna. A 
assimetria lipídica é funcionalmente importante, em especial na conversão de sinais 
extracelulares em sinais intracelulares. Muitas proteínas citosólicas se ligam a 
grupamentos de cabeças lipídicas específicos encontrados na monocamada do citosol da 
 
 
bicamada lipídica. Várias cinases lipídicas podem adicionar grupos fosfato em posições 
distintas no anel inositol, criando sítios de ligação que recrutam proteínas específicas do 
citosol para a membrana. 
 
O� glicolipíde�� sã� encontrad�� n� superfíci� d� toda� a� membrana� 
plasmática� eucariótica�
 
As moléculas lipídicas que contêm açúcar, denominadas glicolipídeos. Essas moléculas, 
seja na membrana plasmática ou nas membranas intracelulares, são encontradas 
exclusivamente na monocamada mais distante do citosol. Nas células animais, elas são 
constituídas de esfingosina, exatamente como a esfingomielina. Essas intrigantes 
moléculas tendem a se associar parcialmente através de ligações H entre seus açúcares e 
parcialmente através de forças de vander Waals entre suas longas e retas cadeias de 
hidrocarbonos, as quais fazem se dividirem em fases de balsas lipídicas. A distribuição 
assimétrica dos glicolipídeos na bicamada resulta da adição de grupos de açúcares às 
moléculas lipídicas no lúmen do Golgi. Assim que são liberados na memb plasmática, os 
grupos de açúcares são expostos na superfície celular (Figura 10-15), onde desempenham 
importantes papéis nas interações da célula com suas vizinhas As sugestões com relação 
à função dos glicolipídeos provêm de sua localização. Na memb plasmática das céls 
epiteliais, por exemplo, os glicolipídeos estão confinados na superfície apical exposta, 
onde podem auxiliar a proteger a memb contra as graves condições ali encontradas (como 
baixo pH e altas concentrações de enzimas degradantes). Os glicolipídeos carregados, 
como os gangliosídeos, podem ser importantes devido aos seus efeitos elétricos. Suapresença altera o campo elétrico através da membrana e a concentração de íons, 
principalmente Ca2+, na superfície da membrana.  
Alguns glicolipídeos são a porta de entrada para determinadas toxinas bacterianas e 
vírus. O gangliosídeo GM1 ), por exemplo, atua como um receptor de superfície celular 
para a toxina bacteriana que causa a diarreia debilitante da cólera. As toxinas da cólera 
se ligam e entram somente naquelas células que possuem GM1 em sua superfície, 
incluindo as céls epiteliais intestinais. O poliomavírus também entra na célula após 
inicialmente se ligar aos gangliosídeos. 
 
 
Resumo 
As memb biológicas consistem em uma bicamada contínua de moléculas lipídicas onde as 
ptns de memb ficam embebidas. Essa bicamada lipídica é fluida, com moléculas lipídicas 
individuais capazes de difundirem-se rapidamente dentro de sua própria monocamada. 
As moléculas lipídicas de memb são anfifílicas. Quando colocadas em água, elas se 
reúnem espontaneamente em bicamadas, formando um compartimento fechado. A memb 
plasmática das células animais contém três classes principais: os fosfolipídeos, o 
colesterol e os glicolipídeos. Os fosfolipídeos são classificados em duas categorias de 
acordo com sua cadeia principal: os fosfoglicerídeos e os esfingolipídeos. A composição de 
lipídeos das monocamadas interna e externa são diferentes, refletindo as distintas 
funções das duas faces da memb celular. Diferentes misturas de lipídeos são encontradas 
na memb das células de diferentes tipos, bem como nas várias memb de uma única célula 
eucariótica. Os fosfolipídeos inositol são uma classe secundária de fosfolipídeos, os quais, 
no folheto citosólico da bicamada lipídica da memb plasmática, desempenham uma 
importante função na sinalização intracelular: em resposta a sinais extracelulares, 
cinases lipídicas específicas fosforilam os grupamentos de cabeças desses lipídeos para 
formar sítios de ancoragem para proteínas sinalizadoras citosólicas, enquanto 
fosfolipases específicas clivam determinados fosfolipídeos inositol para gerar pequenas 
moléculas de sinalização intracelular. 
Proteínas de membrana  
Embora a bicamada lipídica forneça a estrutura básica das memb biológicas, as ptns de 
memb desempenham a maioria das funções específicas da membrana e, portanto, 
fornecem a cada tipo de memb celular suas características e propriedades funcionais. As 
quantidades e os tipos de ptns das memb são altamente variáveis. Na membrana de 
mielina, que atua principalmente como isolante elétrico do axônio da célula nervosa, 
menos de 25% da massa da membrana são constituídos por ptn. Nas memb envolvidas 
com a produção de ATP (memb interna das mitocôndrias), aproximadamente 75% são 
ptns. Uma memb plasmática típica, 50% de sua massa é ptn. Contudo, sempre há mais 
moléculas lipídicas do que moléculas de ptn nas memb celulares, pois as moléculas 
lipídicas são pequenas em relação as de ptn. As ptns de membrana variam em estrutura e 
no modo como se associam com a bicamada lipídica, refletindo suas funções distintas. 
 
A� ptn� d� mem� pode� s� associa� � bicamad� li� d� vária� maneira�
 
 
 
A Figura 10-17 mostra as diferentes formas pelas quais as proteínas podem se associar à 
membrana. Como seus vizinhos lipídicos, essas proteínas de membrana são anfifílica. 
Muitas proteínas de membrana atravessam a bicamada lipídica e, portanto, são 
denominadas ​proteínas transmembrana , com uma porção em cada um dos lados (Figura 
10-17, exemplos 1, 2 e 3). Suas regiões hidrofóbicas interagem com as caudas hidrofóbicas 
das moléculas lipídicas, onde são mantidas fora da água. Suas regiões hidrofílicas estão 
expostas à água nos dois lados da membrana. A ligação covalente da cadeia de ácidos 
graxos que se inserem na monocamada citosólica da bicamada lipídica aumenta a 
hidrofobicidade de algumas dessas proteínas transmembrana (ver Figura 10-17, exemplo 
1). Outras proteínas de membrana estão localizadas inteiramente no citosol e estão 
anexadas à monocamada citosólica da bicamada lipídica, tanto por uma a-hélice 
anfifílica exposta na superfície da proteína (Figura 10-17, exemplo 4) quanto por uma ou 
mais cadeias lipídicas covalentemente ligadas (Figura 10-17, exemplo 5). Ainda, outras 
proteínas de membrana estão totalmente expostas na superfície externa da célula, ligada 
à bicamada lipídica somente por uma ligação covalente (por meio de um oligossacarídeo 
específico) à um lipídeo de ancoragem na monocamada externa da membrana plasmática 
(Figura 10-17, exemplo 6). 
As proteínas associadas à membrana não se estendem para o interior hidrofóbico da 
bicamada lipídica, elas ficam ligadas a uma das faces da membrana por meio de 
interações não covalentes com outras proteínas da membrana (Figura 10-17, exemplos 7 e 
8). Muitas das proteínas deste tipo podem ser liberadas da membrana por procedimentos 
de extração suaves, como a exposição a forças iônicas muito altas ou muito baixas ou a 
pH extremo, que interferem nas interações proteína- -proteína, mas deixam a bicamada 
lipídica intacta. Essas proteínas normalmente são referidas como proteínas periféricas de 
membrana​. As proteínas transmembrana e muitas proteínas mantidas na bicamada 
lipídica por grupos lipídicos ou regiões de polipeptídeos hidrofóbicos que se inserem no 
centro hidrofóbico da bicamada lipídica não podem ser liberadas dessa forma. 
 
A� âncora� lipídica� controla� � localizaçã� d� alguma� proteína� d� 
sinalizaçã� n� membran� 
 
O modo como as proteínas de membrana estão associadas à bicamada lipídica reflete a 
função da proteína. Somente as proteínas transmembrana podem atuar nos dois lados da 
 
 
bicamada ou transportar moléculas através dela. Os receptores de superfície celular, por 
exemplo, são geralmente proteínas transmembrana que ligam moléculas sinalizadoras do 
espaço extracelular e geram sinais intracelulares diferentes do lado oposto da membrana 
plasmática. Para transferir uma pequena molécula hidrofílica através da membrana, uma 
proteína de transporte de membrana deve proporcionar uma via para a molécula 
atravessar a barreira permeável hidrofóbica da bicamada lipídica, enquanto proteínas 
que atuam em um único lado da bicamada lipídica geralmente estão associadas 
exclusivamente a um dos lados da monocamada lipídica ou a um domínio da proteína 
daquele lado. Algumas proteínas de sinalização intracelular que auxiliam na transmissão 
dos sinais extracelulares para o interior das células são ligadas à porção citosólica da 
membrana plasmática por um ou mais grupos lipídicos ligados covalentemente, os quais 
podem ser cadeias de ácidos graxos ou grupos prenila (Figura 10-18). Em alguns casos, o 
ácido mirístico(ac graxo) é adicionado no grupo amino da proteína durante sua síntese 
em um ribossomo. Todos os membros da família Src de tirosinas-cinase citoplasmáticas 
são miristoilados dessa forma. A ligação à membrana, através de uma única âncora de 
lipídeo, não é muito forte, então um segundo grupo lipídico é adicionado, ancorando a 
proteína mais firmemente à membrana. Para a maioria das cinases Src, uma segunda 
modificação lipídica é a ligação de um ácido palmítico(ac graxo) a uma cadeia da 
proteína. Essa modificação ocorre em resposta a um sinal extracelular que auxilia a 
recrutar a cinase para a membrana plasmática. Quando a via de sinalização é desligada, 
o ácido palmítico é removido, permitindo que a cinase volte ao citosol. Muitas proteínas 
se ligam temporariamente à membrana. Algumas são as proteínas periféricas de 
membrana(interações proteína-proteína). Outras passam por uma transição de proteína 
solúvel para proteína de membrana por meio de uma alteração conformacional que expõe 
um peptídeo hidrofóbico ou lipídeo de ancoragem covalentemente ligado. Em um 
momento, elas são proteínas de membrana e, no outro, são proteínas solúveis. Essas 
interações dinâmicas expandem muito o repertório das funções da membrana. 
 
A cadei� polipeptídic� cruz� � bicamad� lipídic� e� um� conformaçã� d� 
�-hélic�n� maiori� da� proteína� transmembran� 
Uma ptn transmembrana sempre possui uma orientação única na membrana. Isso reflete 
a maneira assimétrica como ela se insere na bicamada lipídica no RE durante sua 
biossíntese e as diferentes funções de seus domínios citosólicos e não citosólicos. Esses 
domínios são separados por segmentos de cadeias polipeptídicas que atravessam a 
membrana, os quais contatam o ambiente hidrofóbico da bicamada lipídica e são 
compostos principalmente por aas com cadeias laterais apolares. ​Todas as ligações 
peptídicas da bicamada são dirigidas para a formação de ligações de hidrogênio, pois as 
ligações peptídicas são polares e há ausência de água. As ligações de H entre as ligações 
peptídicas são maximizadas se a cadeia polipeptídica formar uma a-hélice irregular na 
região que cruza a bicamada(Figura 10-19). Nas ptns transmembrana de passagem única, 
a cadeia polipeptídica cruza apenas uma vez (ver Figura 10-17, exemplo 1), enquanto, nas 
proteínas transmembrana de passagem múltipla, a cadeia polipeptídica cruza a 
membrana várias vezes (ver Figura 10-17, exemplo 2). Uma alternativa para que as 
ligações peptídicas da bicamada lipídica supram suas necessidades de ligações de H é o 
 
 
arranjo das cadeias polipeptídicas em múltiplas fitas transmembrana ordenadas como 
folhas b em forma de cilindro (​barris b; ver Figura 10–17, ex 3). Essa arquitetura proteica é 
observada nas ptns porinas. A cristalografia por raios X de ptns de membrana permitiu 
determinar a estrutura tridimensional dessas pnts e confirmaram que, a partir da 
sequência de aas da ptn, qual parte da cadeia polipeptídica se estende através da 
bicamada lipídica. 
As ptns transmembrana de passagem múltipla também podem conter regiões que se 
enovelam na membrana, de qualquer lado, encaixando-se nos espaços entre as a-hélices 
da membrana sem fazer contato com o centro hidrofóbico da bicamada lipídica. ​Devido ao 
fato de tais regiões interagirem somente com outras regiões polipeptídicas, elas não 
precisam maximizar as ligações de H e, portanto, podem formar várias estruturas 
secundárias, incluindo hélices que se estendem somente parcialmente através da 
bicamada lipídica (Figura 10-21). Tais regiões são importantes para a função de algumas 
ptns transmembrana, incluindo as ptns que formam os canais de água e canais iônicos. 
Essas regiões não podem ser identificadas nos gráficos de hidropatia e são somente 
observadas por cristalografia de raios X ou cristalografia eletrônica. 
 
 
A� �-hélice� transmembran� frequentement� interage� uma� co� a� outra� 
Uma a-hélice transmembrana, mesmo de proteínas de passagem única, faz mais do que 
apenas ancorar a proteína à bicamada lipídica. Muitas delas formam homo ou 
heterodímeros, que são unidos por fortes interações não covalentes e altamente 
específicas entre as duas a-hélices transmembrana. A sequência de aminoácidos 
hidrofóbicos dessas hélices contém a informação que coordena a interação 
proteína-proteína. 
Igualmente, as a-hélices transmembrana nas proteínas transmembrana de passagem 
múltipla ocupam posições específicas na estrutura enovelada da proteína que são 
determinadas pelas interações entre as hélices vizinhas. Essas interações são cruciais 
para a estrutura e a função de muitos canais e transportadores que movem as moléculas 
através de membranas celulares. 
 
 
 
Alguns barris b formam grandes canais 
 
As proteínas de passagem múltipla pela membrana que possuem seus segmentos 
transmembrana arranjados na forma de barris b e não na forma de a-hélice são 
comparativamente rígidas e, portanto tendem a formar cristais facilmente quando 
isoladas. O número de fitas nos barris b variam amplamente, entre 8 e 22 fitas (Figura 
10-23). 
As proteínas na forma de barris b são abundantes na membrana externa das bactérias, 
mitocôndrias e cloroplastos. Algumas são proteínas formadoras de poros, os quais criam 
canais cheios de água permitindo que pequenas moléculas hidrofílicas selecionadas 
atravessem a membrana. As porinas são exemplos (exemplo 3 da Figura 10-23C). As 
cadeias laterais de aminoácidos polares revestem o canal aquoso na região interna, 
enquanto as cadeias laterais apolares projetam-se para o exterior do barril para 
interagirem com o centro hidrofóbico da bicamada lipídica. As alças da cadeia 
polipeptídica frequentemente projetam-se para o lúmen do canal, estreitando-o de modo 
que somente determinados solutos podem passar. 
Nem todas as proteínas de barril b são proteínas de transporte. Algumas formam 
pequenos barris completamente preenchidos por cadeias laterais de aminoácidos que se 
projetam para o centro. Essas proteínas atuam como receptores ou enzimas (Figura 
10-23A e B), e o barril atua como uma âncora rígida, a qual mantém a proteína na 
membrana e orienta as alças citosólicas que formam os sítios de ligação para moléculas 
intracelulares específicas. 
As hélices transmembrana podem deslizar umas contra as outras, permitindo mudanças 
conformacinais na proteína que podem abrir e fechar os canais iônicos, transportar 
solutos ou transduzir sinais extracelulares em intracelulares. 
 
 
 
 
Muita� proteína� d� membran� sã� glic�silada� 
A maioria das proteínas transmembrana das células animais é glicosilada. As cadeias de 
oligossacarídeos estão sempre presentes na porção não citosólica da membrana. Uma 
outra diferença importante entre as proteínas (ou partes das proteínas) dos dois lados da 
membrana resulta do ambiente redutor do citosol. Esse ambiente diminui a chance de que 
ligações dissulfeto (S-S) inter e intracadeias se formem entre cisteínas da porção 
citosólica da membrana. Essas ligações formam-se na porção não citosólica, onde podem 
auxiliar na estabilização da estrutura enovelada da cadeia polipeptídica ou na sua 
associação com outras cadeias polipeptídicas (Figura 10-24). 
 
Os carboidratos revestem a superfície de todas as células eucarióticas, pois a parte 
extracelular da maioria das proteínas da membrana plasmática é glicosilada. Esses car- 
boidratos ocorrem como cadeias de oligossacarídeos covalentemente ligadas às proteí- 
nas da membrana (glicoproteínas) e aos lipídeos (glicolipídeos); também ocorrem como 
cadeias de polissacarídeos das moléculas de proteoglicanos integrais de membrana. Os 
termos glicocálice ou revestimento celular algumas vezes são usados para descrever uma 
zona da superfície celular rica em carboidratos. Apesar de a maioria dos grupos açúcares 
estar ligada a moléculas intrínsecas de membrana plasmática, a camada de carboidratos 
também contém glicoproteínas e proteoglicanos que são secretados para o espaço 
extracelular e então adsorvidos na superfície celular. Uma das muitas funções da camada 
de carboidrato é proteger a célula contra danos químicos ou mecânicos e manter outras 
celulas a distância, prevenindo interações indesejáveis célula-célula. A diversidade e a 
posição dos oligossacarídeos expostos na superfície celular os tornam adequados para 
atuar no processo de reconhecimento celular. Como discutimos no Capítulo 19, as lectinas 
ligadas à membrana plasmática que reconhecem oligossacarídeos específicos nas 
glicoproteínas e glicolipídeos da superfície celular medeiam diversos processos 
temporários de adesão célula-célula, incluindo aqueles que ocorrem nas respostas 
inflamatórias e recirculação dos linfócitos. 
 
 
 
A� proteína� d� membran� pode� se� solubilizada� � purificada� e� 
detergentes 
Em geral, somente os agentes que rompem as associações hidrofóbicas e destroem a 
bicamada lipídica podem solubilizar proteínas de membrana. Os agentes mais úteis entre 
eles são os detergentes, que são pequenas moléculas anfifílicas de estrutura variável. Os 
detergentes são mais solúveis em água do que os lipídeos. Suas extremidades polares 
podem ser carregadas (iônicas), como no dodecilsulfato de sódio (SDS), ou não carregadas 
(não iônicas), como no octilglicosídeo e no Triton (Figura 10-26A). Em baixas 
concentrações, os detergentes sãomonoméricos em solução, mas quando suas 
concentrações são aumentadas acima do limiar, o que é denominado concentração 
micelar crítica (CMC), eles se agregam formando micelas (Figura 10-26B-D). 
 
Muitas ptns de membrana podem ser solubilizadas e então purificadas em uma forma 
ativa pelo uso de detergentes brandos. Esses detergentes cobrem as regiões hidrofóbicas 
nos segmentos que atravessam a memb que se tornam expostos após a remoção dos 
lipídeos, mas não desenovelam as ptns. Se a concentração de detergente de uma solução 
de ptns de memb solubilizadas é reduzida (p. ex., por diluição), as ptns não permanecem 
solúveis. Na presença de um excesso de moléculas de fosfolipídeos em tal solução, essas 
ptns incorporam-se em pequenos lipossomos, que se formam espontaneamente. Dessa 
forma, sistemas de ptns de memb funcionalmente ativas podem ser reconstituídos de 
componentes purificados, proporcionando um poderoso meio para a análise da atividade 
dos transportadores de membrana, canais iônicos, receptores de sinalização, e assim por 
diante (Figura 10-28). Tal reconstituição funcional, fornece provas da hipótese de que as 
enzimas que produzem ATP (ATP sintase) usam os gradientes de H+ nas mitocôndrias, 
cloroplastos e membranas bactérias para produzir ATP. 
 
 
 
As ptns de membrana também podem ser reconstituídas a partir de detergente em 
solução em nanodiscos, que são pequenos segmentos de membrana de tamanho uniforme 
circundados por um cinturão de ptns, que cobre as bordas expostas da bicamada para 
manter o segmento em solução (Figura 10-29). O cinturão é derivado de lipoproteínas de 
alta densidade (HDLs), que mantêm os lipídeos solúveis para o transporte no sangue. 
 
 
 
Nos nanodiscos, as pts de memb de interesse podem ser estudadas em seu ambiente 
lipídico natural e fica acessível nos 2 lados da bicamada. As ptns dos nanodiscos podem 
ser analisadas por microscopia eletrônica para determinar sua estrutura. Por meio dessa 
técnica, a estrutura de uma ptn de memb pode ser determinada em alta resolução, sem 
cristaliza-la, em um padrão regular, o que é difícil de se obter para ptns de memb. 
A bacteriorrodo�sin� � um� bomb� d� próton� (H+) dirigid� po� lu� 
qu� atravess� � bicamad� lipídic� com� set� �-hélice� 
No Capítulo 11, consideraremos como as proteínas de membrana de passagem múltipla 
medeiam o transporte seletivo de pequenas moléculas hidrofílicas através da membrana 
celular. No entanto, o entendimento detalhado de como a proteína de transporte de 
membrana atua requer uma informação precisa sobre sua estrutura tridimensional na 
bicamada. A proteína atua como uma bomba de H+ ativada pela luz que transfere H+ para 
fora da célula da arqueia. 
Cada molécula de bacteriorrodopsina é enovelada em sete a-hélices transmembra- na 
bastante próximas e contém um único grupo de absorção de luz, ou cromóforo (neste caso, 
o retinal), que confere a cor púrpura à proteína. O retinal é a vitamina A na forma de 
aldeído, idêntico ao cromóforo encontrado na rodopsina das células fotorreceptoras dos 
olhos dos vertebrados (discutido no Capítulo 15). O retinal está covalentemente ligado à 
cadeia lateral de uma lisina da proteína bacteriorrodopsina. Quando ativado por um 
único fóton de luz, o cromóforo excitado muda sua forma e causa uma série de mudanças 
conformacionais na proteína, resultando na transferência de um H+ do interior para o 
exterior da célula (Figura 10-31A). 
 
 
 
A bacteriorrodopsina é um membro de uma grande superfamília de ptns de memb com 
estruturas semelhantes, mas funções e orientações distintas. Por ex, a rodopsina nos 
bastonetes da retina de vertebrados e de muitas ptns receptoras de superfície celular que 
ligam moléculas sinalizadoras extracelulares também são compostas por sete a-hélices 
transmembrana. Essas ptns atuam como transdutoras de sinais: cada uma responde a um 
sinal extracelular pela ativação de uma ptn de ligação ao GTP (ptn G) no interior da 
célula e, portanto, são chamadas receptores acoplados à ptn G (GPCRs,G-protein-coupled 
receptors), como será discutido no Capítulo 15. 
 
 
Muita� proteína� d� membran� difunde�-s� n� plan� d� membran� 
Como a maioria dos lipídeos de membrana, as ptns de memb não saltam (flip- -flop) 
através da bicamada lipídica, mas giram sobre um eixo perpendicular ao plano da 
bicamada (difusão rotacional). Além disso, muitas delas são capazes de se mover 
lateralmente dentro da memb (difusão lateral). As ptns de memb plasmática diferem 
amplamente com relação a suas características de difusão. 
 
 
 
A� célula� pode� confina� proteína� � lipíde�� e� domíni�� específic�� e� 
uma membrana  
A descrição da membrana como um grande mar de lipídeos, onde todas as proteínas 
flutuam livremente, é extremamente simplificada. A maioria das células confinam as 
proteínas de membrana em regiões específicas na bicamada lipídica contínua. Em células 
epiteliais, como aquelas que revestem o intestino ou os túbulos renais, determinadas 
enzimas e proteínas de transporte da membrana plasmática estão confinadas na 
superfície apical da célula, enquanto outras estão confinadas na superfície lateral e basal 
(Figura 10-34). Essa distribuição assimétrica das proteínas de membrana frequentemente 
é essencial para as funções do epitélio, como será discutido no Capítulo 11. A composição 
de lipídeos desses dois domínios de membrana também é diferente, demonstrando que as 
células epiteliais podem impedir a difusão dos lipídeos e de moléculas de proteína entre os 
domínios. A regulação das interações proteína-proteína na membrana cria domínios de 
balsas em nanoescala que atuam na sinalização e tráfego de membrana. Um exemplo 
extremo é observado no espermatozoide de mamíferos, uma célula única formada por 
várias partes distintas estrutural e funcionalmente, coberta por uma membrana 
plasmática contínua. Quando um espermatozoide é examinado, observa-se que a 
membrana consiste em pelo menos três domínios distintos (Figura 10-35). Algumas das 
moléculas da membrana são capazes de se difundir livremente dentro dos limites do seu 
próprio domínio. A Figura 10-36 apresenta quatro maneiras comuns de imobilização de 
proteínas de membrana específicas por meio de interações proteína-proteína. 
 
 
 
 
O citoesquelet� co�tica� proporcion� forç� mecânic� � restring� � difusã� 
da� proteína� d� membran� 
 
Como ilustrado na Figura 10-36B e C, uma maneira comum pela qual a célula restringe a 
mobilidade lateral de proteínas específicas de membrana é prendêlas a grupos de 
moléculas dos dois lados da membrana. Por exemplo, a forma bicôncava característica dos 
glóbulos vermelhos (eritrócitos) (Figura 10-37) é resultante das interações entre as 
proteínas da membrana plasmática com o citoesqueleto adjacente, o qual consiste, 
principalmente, em uma rede de proteína filamentosa, a espectrina. A espectrina é uma 
longa proteína fina em forma de bastão flexível com cerca de 100 nm de comprimento. Por 
ser o principal componente do citoesqueleto dos eritrócitos, ela mantém a integridade 
estrutural e a forma da membrana plasmática, a qual é a única membrana dessas células, 
pois não possuem núcleo ou organelas. O citoesqueleto de espectrina é fixado na 
membrana através de várias proteínas de membrana. O resultado é uma malha flexível 
em forma de rede que cobre toda a superfície citosólica da membrana do eritrócito (Figura 
10-38). Esse citoesqueleto composto basicamente por espectrina permite que os eritrócitos 
suportem a pressão sobre a sua membrana quando passam através de capilares muito 
finos. Os seres humanos com anormalidades genéticas na espectrina são anêmicos e 
possuem eritrócitos esféricos (em vez de côncavos) e frágeis. A gravidade da anemia 
aumenta com o grau de deficiência de espectrina.  
 
 
 
 
Uma rede de citoesqueleto análoga, porém mais elaborada e altamente dinâmica, é 
encontrada abaixo da membrana plasmática da maioria das outras células do nosso 
organismo. Essa rede, que forma o córtex dacélula, é rica em filamentos de actina, os 
quais estão ligados à membrana plasmática de várias maneiras. A remodelagem dinâmica 
da rede de actina cortical permite que a célula desempenhe muitas funções essenciais, o 
movimento celular, a endocitose e a formação temporária de estruturas móveis da 
membrana plasmática, como os filopódios e lamelopódios, vistos no Capítulo 16. O córtex 
das células nucleadas também contém proteínas que são estruturalmente análogas à 
espectrina e aos outros componentes do citoesqueleto dos eritrócitos. A rede cortical do 
citoesqueleto restringe a difusão, não somente das proteínas da membrana plasmática 
que estão diretamente ancoradas a ele. Como os filamentos do citoesqueleto estão 
frequentemente localizados próximos à porção citoplasmática da membrana plasmática, 
eles podem formar barreiras mecânicas que obstruem a livre difusão das proteínas na 
membrana. Essas barreiras dividem a membrana em pequenos domínios ou currais 
(Figura 10-39A), os quais podem ser permanentes, como nos espermatozoides (ver Figura 
10-35), ou transitórios. Entretanto, ocasionalmente, alterações térmicas fazem alguns 
filamentos corticais se desligarem transitoriamente da membrana, permitindo que a 
proteína escape para um curral adjacente. 
O grau de restrição da proteína transmembrana a um curral depende de sua associação 
com outras proteínas e do tamanho de seu domínio citoplasmático. As proteínas com 
grandes domínios citosólicos terão maior dificuldade de passar por essas barreiras do 
citoesqueleto. Por exemplo, quando o receptor de superfície celular se liga à sua molécula 
sinalizadora extracelular, ocorre a formação de grandes complexos de proteínas no 
domínio citosólico do receptor, tornando mais difícil que o receptor escape de seu curral.  
 
 
 
A� proteína� d� curvatur� d� membran� deforma� a� bicamada� 
As memb celulares assumem muitas formas diferentes, como ilustrado pelas estruturas 
variadas e elaboradas das protrusões da superfície celular e das organelas circundadas 
por membrana das células eucarióticas. Com frequência, várias formas estarão presentes 
em diferentes regiões da uma mesma bicamada contínua. A forma da memb é controlada 
de modo dinâmico, pois muitos processos celulares essenciais, como o brotamento de 
vesículas, movimentos celulares e divisão celular, requerem deformações transitórias da 
memb muito elaboradas. Muitas vezes, a forma da memb é influenciada por movimentos 
de puxar e empurrar exercidos pelo citoesqueleto ou estruturas extracelulares, como 
apresentado no Capítulo 13 e 16. As ptns de curvatura da memb são cruciais na produção 
dessas deformações que controlam a curvatura local da memb. Muitas vezes, a dinâmica 
do citoesqueleto e as forças das ptns de curvatura da memb atuam em conjunto. As ptns 
de curvatura da memb se ligam a regiões específicas da membrana quando necessário e 
atuam por um ou mais destes três principais mecanismos: 
 
1. Algumas inserem domínios proteicos hidrofóbicos ou ligam âncoras lipídicas em um dos 
folhetos da bicamada lipídica. O aumento da área de somente um dos folhetos da 
bicamada causa uma curvatura na memb (Figura 10-40B). Ex ptns que moldam a sinuosa 
rede dos estreitos túbulos do RE atuem dessa maneira. 
 
2. Algumas ptns de curvatura da memb formam rígidos arcabouços que deformam a 
memb ou estabilizam uma memb já curvada (Figura 10-40C). As ptns de revestimento que 
moldam as vesículas que brotam no transporte intracelular pertencem a essa classe. 
 
3. Algumas ptns de curvatura da memb causam agregação dos lipídeos de memb, 
induzindo uma curvatura. A capacidade de um lipídeo em induzir uma curvatura 
positiva ou negativa na memb é determinada por áreas relativamente transversais de 
seus grupamentos de cabeça e suas caudas hidrocarbonadas. Por ex, o grande grupamento 
de cabeça dos fosfoinositídeos torna essas moléculas lipídicas em forma de cunha e seu 
acúmulo em um domínio de um folheto da bicamada e, portanto, induzindo a curvatura 
positiva (Figura 10-40D). Ao contrário, as fosfolipases que removem os grupamentos das 
cabeças lipídicas produzem uma forma inversa induzindo uma curvatura negativa. 
Com frequência, diferentes ptns de curvatura da memb contribuem para atingir uma 
determinada curvatura, como no modelamento das vesículas de transporte em 
brotamento, como veremos no Capítulo 13.