Membrana Plasmática: Composição, Funções e Transportes

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A1 NEUROBIOLOGIA Gabriela Bon
MEMBRANA PLASMÁTICA
Composição
● Bicamada fosfolipídica (cabeça hidrofílica e cauda hidrofóbica) → a diferença entre a polaridade torna a
membrana semipermeável, ou seja, ela favorece a entrada de algumas substâncias enquanto impede a de
outras → PERMEABILIDADE SELETIVA
● Colesterol → preserva/estabiliza a integridade da membrana (preenche o espaço entre os fosfolipídeos)
● Proteínas
- Integrais: atravessam a membrana → transportadoras, receptoras, enzimáticas ou ligantes
- Periféricas: associadas a apenas um lado da membrana (externo ou interno)
● Glicocálix (formado por glicoproteínas ou glicolipídeos) → associado ao reconhecimento celular
Funções
● Circundar e definir os limites da célula e das suas organelas
● Manter diferenças essenciais entre os meios intra e extracelular
● Captação e transmissão de estímulos
Fluidez
MODELO MOSAICO FLUIDO
A membrana é formada por diferentes componentes (fosfolipídeos, proteínas, colesterol) que se movimentam
livremente no plano da bicamada
IMPORTÂNCIA
● possibilita a movimentação de proteínas e a maior interação entre elas
● facilita a fusão de membranas
● favorece a sinalização química
FATORES MODULADORES
● composição lipídica:
lipídios saturados: + rigidez - fluidez / lipídios insaturados: - rigidez + fluidez
● temperatura
● colesterol
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OBS → Rafts de Membrana (balsas lipídicas): são regiões onde se iniciam as sinalizações da célula e que apresentam
fluidez diferente ( + colesterol + lipídios saturados)
Transportes
TRANSPORTE PASSIVO → sem gasto de energia / a favor do gradiente de concentração
Difusão Simples: diretamente através da membrana
● moléculas pequenas e apolares
Difusão Facilitada: com o auxílio de proteínas (carreadoras ou de canal)
● moléculas pequenas e polares
Osmose: movimentação de solvente (água) do meio menos para o mais concentrado em soluto
TRANSPORTE ATIVO → com gasto de energia / contra o gradiente de concentração
Primário: por meio de bombas
Ex: Na+/K+ ATPase
1. 3 Na+ se ligam à proteína receptora na face intracelular
2. ATP é clivado e o P se liga à proteína
3. a fosforilação da proteína faz com que ela mude de conformação
4. os íons Na+ são liberados no meio extracelular
5. na nova conformação, a proteína apresenta na parte extracelular 2 sítios para a ligação de K+
6. íons K+ se ligam
7. proteína desfosforila e retorna à conformação original
8. íons K+ são liberados no meio intracelular
Secundário: utiliza a energia gerada pelo transporte de outra substância (ex: GLUT - glicose e Na+)
TRANSPORTE VESICULAR
Exocitose: liberação para o meio extracelular → vesícula se funde à face interna da membrana
Endocitose: captação de substâncias para o meio intracelular
● Fagocitose: por emissão de pseudópodes / partículas sólidas
● Pinocitose: por invaginações da membrana / partículas líquidas e menores
● Mediada por Receptor: ligantes estimulam invaginações
OBS → O transporte de íons gera uma ddp (diferença de potencial) na membrana - positiva fora e negativa dentro
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Movimentação dos Fosfolipídeos
● Difusão lateral
● Rotação
● Flexão
● Flip-Flop
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SINALIZAÇÃO QUÍMICA
Características Básicas
● Especificidade: o receptor apresenta sítio de ligação complementar ao sinal específico
Obs 1 → agonistas X antagonistas
agonistas: se ligam ao receptor e transmitem o sinal (ex: nicotina)
antagonistas: se ligam ao receptor e causam seu bloqueio (ex: anti-psicóticos)
Obs 2 → tipos celulares diferentes respondem à mesma molécula sinalizadora de forma diferente
ex: acetilcolina: no coração - relaxamento / no músculo esquelético - contração
● Amplificação: uma enzima ativada por um sinal é capaz de ativar outras enzimas e amplificar, assim, o sinal
recebido (cascata)
● Desestabilização: a ativação de um receptor inicia um circuito de feedback que o desliga ou o remove da
superfície celular
● Integração: sinais diferentes estimulam respostas iguais em receptores diferentes que geram um sinal efetor
único (integrado)
Tipos de Sinalização
DEPENDENTE DE CONTATO → requer contato direto entre as membranas por junções GAP
PARÁCRINA → mediadores locais são liberados no espaço extracelular e agem unicamente sobre as células
ambientes à célula sinalizadora
Obs → AUTÓCRINA - mediadores podem agir sobre a própria célula sinalizadora (ex: células cancerosas)
SINÁPTICA → neurônios transmitem sinais elétricos ao longo dos axônios e liberam neurotransmissores
ENDÓCRINA → secreção de hormônios que se distribuem ao longo do corpo pela corrente sanguínea
Tipos de Receptores
DE SUPERFÍCIE CELULAR → associados a moléculas de sinalização hidrofílicas (incapazes de atravessar a
membrana)
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INTRACELULARES → associados a moléculas de sinalização pequenas e hidrofóbicas (capazes de atravessar a
membrana) / podem ser citoplasmáticas ou nucleares
Receptores Ionotrópicos
DEFINIÇÃO
● canais iônicos dependentes de ligante
● têm a conformação alterada após a interação com a molécula sinalizadora
● medeiam respostas rápidas e alteram o potencial da membrana e sua permeabilidade
● podem apresentar mais de um sítio de ligação (respondem a diversos neuromoduladores)
MECANISMO DE AÇÃO
1. neurotransmissor se liga à proteína receptora
2. canais iônicos modificam a conformação
3. a permeabilidade e a ddp da membrana são alteradas
4. o sinal é transmitido para o meio intracelular
RECEPTORES GLUTAMATÉRGICOS
● AMPA: permeável ao íon Na+
● NMDA: permeável aos íons Na+ e Ca2+ / apresenta um íon Mg2+ bloqueando a entrada de íons no estado
inativo
● MECANISMO:
1. íon Na+ entra pelo receptor AMPA
2. os níveis intracelulares de Na+ aumentam, despolarizando a membrana
3. a despolarização provoca liberação do Mg2+ do NMDA
4. a ligação do glutamato ao NMDA é permitida
5. íons Ca2+ e Na+ entram na célula
Receptores Metabotrópicos
DEFINIÇÃO
● sequência de aminoácidos que atravessa a membrana sete vezes
● apresenta sítio de ligação extracelular: é gerada uma cascata de sinalização intracelular
● medeiam respostas mais demoradas
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MECANISMO GERAL DE AÇÃO
1. neurotransmissor se liga ao receptor
2. a proteína G (transdução de sinal) se aproxima do receptor
3. a subunidade 𝝰 de G libera o GDP e é fosforilada e se liga ao GTP
4. a subunidade 𝝰 e o complexo 𝝱𝝲 são ativados
5. o receptor é ativado
6. é gerada uma resposta na proteína efetora
7. 𝝰 se dissocia da proteína e se junta ao complexo 𝝱𝝲
8. proteína G volta ao estado inativo
9. receptor é inativado
Obs 1 → ligação a GDP: proteína inativada / ligação a GTP: proteína ativada
Obs 2 → quando ativadas, essas proteínas apresentam atividade GTPase intrínseca, ou seja, hidrolisam GTP em
GDP e inativam a si mesmas
VIA DAS PROTEÍNAS Gs CICLASES / 2os mensageiros
AMPc
1. adrenalina se liga ao receptor 𝝱 adrenérgico
2. receptor e proteína G ligada a ele ativam a proteína efetora adenilil-ciclase
3. adenilil-ciclase estimula produção de AMPc
4. AMPc atua como segundo mensageiro e ativa PKA (proteína cinase dependente de AMPc)
5. PKA fosforila CREB (fator de transcrição responsivo ao AMPc)
6. forma-se CRE (elemento responsivo do AMPc)
Obs 1 → ao final pode ocorrer degradação do AMPc pela fosfodiesterase
Obs 2 → o GMPc apresenta via semelhante e atua na resposta dos bastonetes (fototransudção)
VIA DOS FOSFOLIPÍDEOS DO INOSITOL
1. fosfatidilinositol (PI) é convertido em PIP2 por fosfocinases
2. a fosfolipase C-𝝱 converte PIP2 em diacilglicerol e IP3 (trifosfato-inositol)
3. diacilgilcerol ativa PKC (proteína cinase dependente de cálcio) e IP3 induz liberação de Ca2+ do retículo
4. PKC e Ca2+ atuam como segundos mensageiros
5. a proteína é fosforilada e proteínas ligantes de cálcio são ativadas
Obs 1 → os níveis intracelulares de Ca2+ determinam LTP (potenciação sináptica) ou LDP (depressão sináptica)
- o aumento de [Ca2+] ativa vias de morte celular (por ativação de proteases, disrupção do citoesqueleto
e danos ao DNA)
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Obs 2 → íon Ca2+ se liga à calmodulina e ativa CaM kinase → se autofosforilae se mantém ativa por mais tempo
Obs Geral → acetilcolina induz a formação de óxido nítrico
1. acetilcolina ativa GPCR na membrana das células endoteliais
2. receptor ativado induz liberação de IP3 e Ca2+ que atuam como segundos mensageiros para estimular NO
sintase: arginina –> citrulina + NO
3. NO atravessa as membranas endoteliais e se difunde para fora da célula
4. nas células musculares lisas adjacentes causa o relaxamento (conversão de GTP em GDP pela
guanilil-ciclase)
5. ocorre vasodilatação
Obs G. 1. Viagra inibe fosfodiesterase do GMPc, logo, essa molécula mantém os vasos relaxados (dilatados) e
o pênis ereto
Obs G. 2. baixas concentrações de NO seguem uma vida que aumenta a sobrevida celular
Receptores Catalíticos
DEFINIÇÃO
● são proteínas transmembrana com atividade catalítica intrínseca ou associadas a enzimas (no domínio
citosólico)
● formadas por monômeros que, após interação com o ligante, se unem → dimerização
● são proteínas unipasso de alto peso molecular
● os ligantes são geralmente polipeptídeos de baixo peso molecular
● quando ativados fazem autofosforilação e recrutam diretamente vias de transdução (enzimas) ou
indiretamente proteínas citoplasmáticas adaptadas
● estão sujeitos à transativação: a ativação de um metabotrópico pode ativar um catalítico
RECEPTORES TIROSINA-CINASES (RTKs)
● ligação da proteína de sinalização fosforila os resíduos tirosina específicos de proteínas de sinalização
intracelular: cria sítios de ancoragem para outras proteínas
● processo de ativação:
1. molécula de sinalização se liga
2. receptor é dimerizado
3. monômeros que compõem o dímero se autofosforilam
4. grupos fosfato aproximam enzimas capazes de se ligar a eles
5. há o recrutamento de proteínas de sinalização intracelulares
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● ativam GTPases monoméricas Ras:
- possuem grupos lipídicos ligados covalentemente que auxiliam na ancoragem da proteína →
aumento da transmissão de sinais para outras partes
- podem enviar sinais ao núcleo para estimular proliferação e diferenciação por alteração da
expressão gênica (formas mutantes hiperativas da Ras podem gerar células cancerosas)
- ativam cascata de fosforilação serina/treonina: via das MAP-cinases
● via da PI-3K
1. RTKs e GPCRs ativam PI-3K
2. PI-3K fosforila PI(4,5)P2 e produz PI (3,4,5)P3
3. PI (3,4,5)P3 pode servir de sítio de ancoragem para proteínas sinalizadoras (PDK1 e Akt)
4. PDK1 e mTOR ativam Akt
5. Akt ativa fosforilação de Bad
6. proteínas inibidoras da apoptose tornam-se ativas
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QUESTÕES
MEMBRANA
1 - Discuta a membrana como barreira semi-permeável e a difusão de moléculas hidrofílicas e hidrofóbicas.
A membrana é formada por uma bicamada de fosfolipídios, componentes que apresentam a cabeça polar e a cauda
apolar, determinando que as faces voltadas para os meios intra e extracelular tenham caráter hidrofílico e, a parte
interna da membrana, caráter hidrofóbico. Assim, a semi-permeabilidade decorre do fato de ser possível a
passagem de determinadas substâncias, principalmente moléculas pequenas e apolares, diretamente através da
membrana, enquanto outras, como moléculas polares, apresentam mais dificuldade de atravessá-la.
2 - Qual o papel da fluidez da membrana na sinalização química? Como essa fluidez é modulada nas membranas
biológicas?
A membrana apresenta regiões chamadas rafts que se configuram como balsas lipídicas que apresentam fluidez
diferente: a maior presença de colesterol e fosfolipídios saturados determina mais rigidez. Em decorrência disso, é
possibilitada a ancoragem de diversas proteínas, como as transdutoras de sinal, o que faz esse microdomínio ser
considerado o local onde se inicia a sinalização química das células.
Nas membranas biológicas, a fluidez é modulada pela presença de colesterol, pela composição fosfolipídica e pela
temperatura.
3 - O que promove a assimetria da membrana?
A membrana é composta por proteínas e outros componentes (como colesterol, glicoproteínas e glicolipídios) que
diferem em composição química entre os meios intra e extracelular, o que determina a assimetria.
4 - Discuta os principais mecanismos de transporte de moléculas hidrofílicas através da membrana.
As moléculas hidrofílicas não conseguem atravessar a bicamada, já que o interior desta apresenta caráter
predominantemente hidrofóbico. Logo, elas podem ser transportadas por difusão facilitada ou por transporte ativo.
Na difusão facilitada, as moléculas polares utilizam a ajuda de proteínas transmembrana para entrar na célula, indo a
favor de seu gradiente de concentração e evitando o gasto de energia.
Já no transporte ativo, essas moléculas são transportadas também com o auxílio de proteínas transmembrana, mas
vão contra o seu gradiente de concentração, promovendo gasto de energia.
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5 - Diferentes tipos de proteínas são encontrados de acordo com sua associação à membrana. Dê pelo menos um
exemplo de função para cada tipo de proteína que você descreveu.
As proteínas encontradas associadas à membrana podem ser transportadoras, receptoras, enzimáticas ou ligantes.
As proteínas transportadoras auxiliam no transporte de substâncias entre os meios intra e extracelular.
As receptoras recebem e transmitem o sinal para o interior da célula.
As enzimáticas apresentam atividade catalítica.
As ligantes possibilitam a adesão e
6 - O que são rafts lipídicos? E qual a sua importância?
Rafts se configuram como balsas lipídicas que apresentam fluidez diferente: a maior presença de colesterol e
fosfolipídios saturados determina mais rigidez. Sua importância decorre do fato de esse microdomínio ser
considerado o local onde se inicia a sinalização química das células, já que possibilita a ancoragem de diversas
proteínas, como as transdutoras de sinal.
SINALIZAÇÃO QUÍMICA
1 - Diferencie os seguintes tipos de sinalização quanto ao alvo e a distância percorrida pela molécula sinalizadora:
parácrina, endócrina e sináptica. Cite alguns exemplos de cada tipo.
A sinalização parácrina está relacionada a liberação de mediadores locais, ou seja, ocorre em curtas distâncias por
moléculas que agem apenas em células ambientes (vizinhas) à célula sinalizadora.
A sinalização endócrina acontece a partir da liberação de hormônios que atingem a corrente sanguínea e percorrem
o corpo, sendo enviados para as células-alvo após percorrer maiores distâncias.
A sinalização sináptica ocorre por meio da liberação de neurotransmissores que atuam em um neurônio
pós-sináptico específico, estando também relacionada a distâncias menores.
2 - Porque a mesma molécula sinalizadora (por ex. a Acetil Colina) pode ter diferentes efeitos biológicos nos seus
vários alvos. Exemplifique.
Receptores diferentes apresentam respostas diferentes a uma mesma molécula sinalizadora.
Por exemplo, a acetilcolina promove a relaxamento nas células do coração, enquanto na musculatura esquelética
provoca o contração.
3 - Quais são os principais tipos de receptores de superfície celular?
Os receptores de superfície celular estão geralmente associados a moléculas de sinalização hidrofílicas, incapazes
de atravessar a membrana.
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4 - Defina o que são receptores ionotrópicos e seu mecanismo de ação.
Receptores ionotrópicos são canais iônicos dependentes de ligante.
Seu mecanismo de ação consiste em: a interação com uma molécula sinalizadora promove a alteração da sua
conformação e a consequente entrada de íons que alteram a diferença de potencial da membrana e permitem,
assim, a transmissão do sinal para proteínas presentes no meio intracelular.
5 - Descreva resumidamente o mecanismo de transdução de sinal dos receptores acoplados à proteína G
(metabotrópicos). Cite as principais subunidades desta proteína.
Inicialmente, ocorre a ligação de uma molécula sinalizadora que promove a ativação da proteína G e, por
consequência, a fosforilação de sua subunidade 𝝰 que se torna ativa e se separa do complexo 𝝱𝝲 de G.
A subunidade 𝝰 promove ativação do receptor e a decorrente sinalização para a proteína efetora.Após isso, a subunidade 𝝰 se dissocia do receptor e se liga novamente ao complexo 𝝱𝝲, inativando a proteína G e,
também, o receptor.
6 - O que é um segundo mensageiro? Explique e exemplifique através da via do AMP cíclico.
Um segundo mensageiro é uma molécula que, após a interação do receptor com o ligante, atua no meio intracelular
para promover a continuidade da transmissão do sinal.
Em uma das vias do AMP cíclico, a interação da adrenalina com o receptor 𝝱 adrenérgico induz a ativação das
subunidades da proteína G associada a ele. Em consequência, a proteína adenilil-ciclase é ativada e promove a
conversão de ATP em AMPc que, posteriormente, atua como segundo mensageiro para estimular a PKA (proteína
cinase dependente de AMPc). A PKA ativada promove a fosforilação de CREB e a formação de CRE (elemento
responsivo do AMPc).
7 - Explique o mecanismo de ativação da PKA.
A PKA é ativada a partir da liberação de AMPc no meio intracelular.
8 - Descreva os mecanismos de regulação dos níveis intracelulares de cálcio.
Os níveis intracelulares de cálcio podem ser regulados para baixo pela realização de transporte ativo para fora da
célula ou para o retículo endoplasmático, pelo envio para a mitocôndria ou pela sua associação a proteínas (como a
calmodulina).
Já para aumento dos níveis pode ocorrer transporte ativo e interação de moléculas sinalizadoras que ativam
receptores iônicos ou metabotrópicos (como, respectivamente, a associação do glutamato ao NMDA e a conversão
de fosfatidilionositol em diacilglicerol e IP3).
9 - Exemplifique uma das formas de atuação do óxido nítrico.
O óxido nítrico pode agir na musculatura lisa promovendo seu relaxamento e a consequente vasodilatação.
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10 - Leia o texto abaixo e responda
 Maconheiro velho
Todo maconheiro velho reclama da qualidade da maconha atual. Perto da maconha daquele tempo, dizem, a de
agora é uma palha sem graça. A observação é paradoxal, porque a maconha de hoje tem concentrações muito mais
altas de THC, o componente psicoativo da planta, do que as contidas nos baseados de 20 anos atrás. A queixa
procede, no entanto. O THC inalado, ao chegar ao cérebro, libera quantidades suprafisiológicas de
neurotransmissores - como a dopamina - associados às sensações de prazer e de recompensa. Como tentativa de
adaptação à agressão química representada pela repetição do estímulo, os circuitos de neurônios envolvidos na
resposta, sobrecarregados, perdem gradativamente a sensibilidade à droga, produzindo concentrações cada vez
mais baixas dos referidos neurotransmissores. Nessa fase, a nostalgia toma conta do espírito do usuário. É por
causa desse mecanismo de tolerância ou dessensibilização que o prazer induzido não apenas pelo THC, mas por
qualquer droga psicoativa diminui de intensidade com a administração prolongada. (...)
(texto retirado do site http://drauziovarella.ig.com.br/artigos/maconheirovelho.asp)
a) Qual a importância do processo de dessensibilização?
O processo de dessensibilização promove a inativação do receptor ou sua remoção da superfície da membrana,
impedindo a transmissão do sinal para o meio intracelular.
b) Explique o mecanismo celular da dessensibilização dos receptores acoplados a proteínas G.
Os receptores acoplados a proteínas G normalmente são dessensibilizados a partir de GRKs que induzem a
ativação de cinases que causam a fosforilação do receptor, inativando-o.
Além disso, outras cinases podem ser ativadas para fosforilar e inativar outros receptores além do primeiro.
11 - Descreva os mecanismos que levam a ativação de receptores catalíticos.
Os receptores catalíticos encontram-se, normalmente, em monômeros separados no estado inativo. Com a ligação
da molécula de sinalização, ocorre a dimerização do receptor e, em consequência, os monômeros que o compõem
começam a se autofosforilar.
Os grupos fosfatos liberados atraem enzimas capazes de se ligar a eles e recrutar outras proteínas de sinalização
intracelulares que transmitem o sinal.
12  - Caracterize a proteína Ras e descreva a via das MAP cinases.
A proteína Ras possui grupos lipídicos ligados covalentemente que auxiliam na ancoragem de proteínas e, assim, no
aumento da transmissão de sinais para outras partes da célula.
A proteína Ras ativa causa a ativação da MAP 3K (Raf) que, posteriormente, é fosforilada em MAP 2K (Mek) e, esta,
fosforilada em MAP K (Erk). A MAP K envia sinais que modificam a expressão gênica e a atividade de outras
proteínas intracelulares.
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REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
● ALBERTS, B. et al. Biologia molecular da célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017.
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