Processos Biológicos- Principais engrenagens da maquinaria celular

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Processos Biológicos-
Principais engrenagens
da maquinaria celular
Unidade 2- Membranas
biológicas
Membranas Biológicas:
As membranas exercem atividades
variadas e complexas nas células,
entre as quais: seleção de solutos,
impedindo trocas aleatórias de
compostos entre os meios intra e
extracelulares;
formação de vesículas de transporte
de substâncias nos processos de endo
e exocitose;
reconhecimento e adesão intercelular
através da matriz extracelular, e
interação com substâncias
sinalizadoras, como hormônios e
neurotransmissores, por meio de
receptores.
Estrutura e função das
membranas biológicas:
Ao microscópio, as membranas
apresentam-se como camadas duplas.
De origem lipídica, são formadas
basicamente por fosfolipídios,
proteínas e colesterol.
● Fosfolipídios: é um dos
principais componentes da
membrana celular, a estrutura
que media o que pode entrar e
sair das nossas células.
● Proteínas: macromoléculas
orgânicas mais abundantes das
células, fundamentais para a
estrutura e função celular.
● Colesterol: é um composto
gorduroso utilizado para a
produção das membranas
celulares e de alguns
hormônios.
representação esquemática de membrana
celular e seus componentes lipídicos e
protéicos.
Componentes lipídicos da
membrana:
Os fosfolipídios têm propriedade
anfipática? Isso significa que são
moléculas que possuem domínios
hidrofílicos (cabeça polar/solúvel em
meio aquoso) e domínios hidrofóbicos
(cadeias hidrocarbonadas
apolares/insolúveis em água).
Essa característica dos fosfolipídios é
crucial para a compreensão da
organização das membranas nos
organismos vivos que são constituídos
por grandes quantidades de água. O
fosfolipídio mais abundante das
membranas é a fosfatidilcolina.
● Fosfatidilcolina: é um
glicerofosfolipídeo constituído
por um grupo de ácido graxo,
fosfato e colina. Ela ajuda a
manter a integridade das
membranas celulares e está
envolvida em uma série de
outros processos que ajudam a
manter o funcionamento do
organismo.
Outros tipos podem estar presentes
em concentrações variadas, tanto na
superfície das células quanto nas
organelas. Alguns fosfolipídios podem
ainda estar ligados a carboidratos,
formando, assim, glicolipídios.
Partes típicas de uma molécula de
fosfolipídio:
O colesterol, molécula anfipática, se
encontra intercalado entre os
fosfolipídios, atenuando a mobilidade
e a fluidez da membrana. Isso ocorre
devido à sua estrutura rígida
esteróide, que contribui com a
característica de barreira seletiva da
bicamada.
Estrutura do colesterol
As membranas possuem estrutura
fluida, sendo variável de acordo com o
grau de saturação dos ácidos graxos
das cadeias hidrocarbonadas (quanto
mais insaturações, maior a fluidez e
quanto mais saturações, maior a
rigidez).
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Componentes proteicos da
membrana:
As membranas celulares são
constituídas por proteínas, cuja razão
é o lipídio: a proteína é equilibrada, na
maioria das vezes.
Porém, há membranas nas quais as
quantidades de lipídios e de proteínas
são bastante diferentes.
Exemplos clássicos são as bainhas de
mielina dos neurônios, ricas em
lipídios de diversas naturezas, e da
membrana interna das mitocôndrias,
em que são observadas grandes
quantidades de proteínas do complexo
enzimático.
Proteínas da membrana:
As proteínas de membrana podem ser
classificadas como periféricas quando
estão associadas à superfície externa
da célula, ou seja, às cabeças dos
fosfolipídios da monocamada externa
ou a proteínas integrais.
As proteínas classificadas como
integrais recebem esta denominação
por estarem inseridas na membrana,
atravessando a bicamada de um lado
a outro (proteínas transmembrana).
Porém, há proteínas que despontam
em uma das superfícies da
membrana, a partir do cerne
hidrofóbico da bicamada.
Moléculas de proteínas integrais e da
membrana plasmática.
Proteínas e aminoácidos possuem
duas extremidades características:
terminal carboxila e terminal amina.
Nas membranas, esses terminais,
geralmente, estão associados aos
meios aquosos intracelulares
(extremidade carboxila) e
extracelulares (extremidade amina),
locais onde há predomínio de
aminoácidos hidrofílicos.
A organização estrutural das proteínas
de membrana é variada. Algumas
formam alças com curvas
exteriorizadas para os meios intra e
extracelular. Já outras, têm
conformação cilíndrica e oca, cujas
funções são de importância para o
transporte de substâncias
hidrossolúveis.
Glicoproteínas e glicolipídios:
Como os lipídios e proteínas
membranosas podem se associar a
moléculas de carboidratos, formam
respectivamente glicolipídios e
glicoproteínas.
Os resíduos de carboidratos dos
glicolipídios e das glicoproteínas são
observados na superfície externa das
membranas de organelas e da
membrana plasmática.
Nessa última, formam o glicocálice
(um envoltório externo à membrana
plasmática presente em células
animais e de alguns protozoários).
Essas associações cumprem diversas
funções, tais como: proteção celular
contra agentes nocivos mecânicos e
químicos; adesão e reconhecimento
intercelular; determinação de grupos
sanguíneos; proteção antigênica frente
a agentes infecciosos, e ação
enzimática.
Modelo mosaico fluído -
Dinâmica das membranas
biológicas
Fosfolipídios e proteínas de
membrana têm como característica
comum a capacidade de rotacionarem
em torno de seus próprios eixos e
deslocarem-se lateralmente nas
monocamadas das membranas.
Imaginando essa dinâmica dos
constituintes da membrana em estado
fluido é que se originou o modelo do
mosaico fluido.
O modelo foi proposto em 1972, por
Singer e Nicholson, que descreveram
as membranas biológicas como um
mosaico de proteínas imersas em um
fluido lipídico.
Independentemente da explicação de
Singer e Nicholson ser clara quanto ao
estado fluido da membrana, é
importante salientar que proteínas
membranosas não possuem plena
mobilidade lateral. Elas podem estar
associadas a componentes do
citoesqueleto ou junções oclusivas
celulares que as imobilizam.
Assim, é importante lembrar que os
processos dinâmicos de transporte de
substâncias pela membrana ocorrem
com ou sem consumo de energia.
Dessa forma, nos mecanismos de
transporte passivo não há gasto de
energia; já o transporte ativo depende
de energia.
Componentes das
membranas envolvidos no
transporte passivo e ativo
● Transporte passivo é
considerada a própria estrutura
lipídica da membrana na
difusão simples.
● Transporte ativo ocorre por
proteínas transportadoras,
porém por uma dinâmica
diversa.
Direcionamento de solutos:
● Direcionamento de solutos a
partir da membrana:
Um dos fatores que diferencia os dois
tipos de transporte é o direcionamento
dos solutos a partir da membrana.
Para que ocorra o movimento de
solutos por difusão, seja ela simples
ou facilitada, é necessária uma
diferença de concentração entre os
meios intra e extracelular. Assim, os
solutos se deslocam do meio de maior
concentração para o de menor
concentração, a uma dada velocidade.
Esta diferença é chamada de
gradiente de concentração.
Dessa forma, a difusão ocorre sempre
a favor dos gradientes de
concentração e do eletroquímico, sem
gasto de energia (transporte passivo).
Pelo contrário, o transporte ativo vai
de encontro aos gradientes de
concentração e eletroquímico, com
gasto de energia.
Difusão simples:
Transporte passivo por difusão
simples.
As substâncias lipossolúveis
(miscíveis nos fosfolipídios)
atravessam o cerne hidrofóbico das
membranas com relativa facilidade.
Em contrapartida, há moléculas com
natureza polar, como o glicerol e a
ureia, que também atravessam as
membranas celulares por serem
pequenas o suficiente e não estarem
carregadas eletricamente.
Difusão facilitada:
Transporte passivo por difusão
facilitada.
Para difusão das moléculas
hidrossolúveis deve ser considerado
seu tamanho, ou seja, se for grande,
maior será a dificuldade de transporte.
São exemplos dessas moléculas:
- Os açúcares simples, glicose e
frutose, os aminoácidose os
nucleotídeos.
- Outra característica importante
é a presença de carga elétrica
Na difusão facilitada, a mobilização
das partículas de soluto ocorre em
função dos seus gradientes de
concentração e elétrico, sem consumo
de energia.
Íons inorgânicos e moléculas orgânicas
polares atravessam a membrana por
transportadores ou canais.
Canais iônicos:
São proteínas transmembranas
encontradas em todos os tipos de
células, sendo específicos para os
íons que transportam (Na+, K+, Ca2+ e
Cl-). Lembrando que o transporte
iônico é impulsionado pelo gradiente
eletroquímico, entende-se que há
diferenças de voltagem entre os meios
interno e externo à membrana.
Existem dois tipos de canais iônicos:
- Os ligantes-dependentes: por
ligantes, como
neurotransmissores.
- Os voltagem-dependentes:
sistema de regulação da
abertura e do fechamento
ajustados pela variação do
potencial elétrico.
Permeases:
Cada permease possui locais de
ligação específicos para um ou dois
tipos de solutos, em um ou ambos
lados da bicamada, que se fixam à
proteína e são transferidos para o lado
oposto. Há diversos tipos de
permeases que estão relacionadas
aos processos de transporte.
Tipos de permeases:
● Uniportadores: Realizam
transporte pela transferência de
um único tipo de soluto e
sentido, como no transporte de
glicose pelas proteínas GLUT 1
e GLUT 7.
● Semiportadores: Realizam a
transferência de dois tipos de
solutos em um único sentido,
como no transporte de glicose e
Na+ pela SGLT1-SGLT2 no
epitélio intestinal.
● Antiportadores: Realizam a
transferência de dois tipos de
solutos em sentidos opostos de
CI- (cloreto) e HCO3-
(bicarbonato) nas hemácias.
Transporte ativo:
Algumas substâncias transportadas
pela membrana não obedecem aos
gradientes de concentração e
eletroquímico e, para isso, há
consumo de energia.
O transporte ativo também ocorre por
meio de permeases, nesse caso
chamadas bombas.
Dentre as várias categorias de
bombas, Na+K+ ou Na+K+-ATPase são
anti-portadores importantes e
estabelecem as diferenças nas
concentrações de Na+ e K+ entre os
meios intra e extracelulares,
garantindo a manutenção do potencial
elétrico da membrana plasmática. O
transporte ativo tem por função
promover o fluxo de Na+ e influxo K+
nas células. Atividade de uma
Na+K+-ATPase:
Transporte em quantidade:
As células transferem para o meio
interior grupos de macromoléculas e
microrganismos por transporte em
bloco, que dependem de alterações
morfológicas na superfície da célula.
tipos de transporte por quantidade.
- Na fagocitose são formados
pseudópodos que engloba
partículas sólidas que se fixam
em receptores específicos na
membrana (mecanismo de
defesa).
- Na pinocitose, a captação ativa
de macromoléculas ocorre em
solução, ou seja, gotículas
líquidas, formando-se pequenas
vesículas que são levadas pelo
citoesqueleto ao citoplasma.
Osmose:
Esse fenômeno consiste na passagem
de água do meio hipotônico, de menor
concentração, ao meio hipertônico, de
maior concentração.
*Exemplo mais clássico de osmose
em células humanas é dado através
das hemácias, quando dispensadas
em soluções de cloreto de sódio
(NaCl).
Aquaporinas:
São proteínas canais específicas para
passagem de água em membranas
celulares de hemácias e células
epiteliais, aumentando a
permeabilidade à água. As
aquaporinas são importantes para
reabsorção de água nos néfrons, pois
aumentam a permeabilidade dos
túbulos coletores e ramo ascendente
da alça de Henle, pela sua inserção na
membrana apical das células.