(2016) CITOLOGIA 02 - Membrana celular

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Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● CITOLOGIA
BIOMEMBRANAS: A MEMBRANA CELULAR
A composição da célula é diferente da composição do meio que a rodeia. Esta diferença é mantida durante toda
a vida das células, em geral com um importante gasto de energia, por uma delgada membrana superficial: a membrana
plasmática, que regula o intercâmbio de íons e moléculas entre a célula e o meio extracelular. Todas as membranas
possuem uma composição química e um arranjo molecular semelhantes, porém não idênticos, depende da localização e
da função que elas exercem.
CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DA MEMBRANA CELULAR
A membrana plasmática é um envoltório lipoproteico que possui as seguintes características:
✔ Formada por lipídios e proteínas por interações não-covalentes;
✔ Bicamada lipídica com 5nm de espessura;
✔ Barreira a substâncias hidrossolúveis;
✔ Assimétrica e fluida;
✔ Mantém constante o meio intracelular;
✔ Envolve, define limites, mantém as diferenças essenciais entre citosol e meio extra celular;
✔ É atravessada por canais e bombas seletivas formadas por Proteínas;
✔ Contem proteínas que atuam como sensores de sinais externos (receptores), permitindo à célula mudar seu
comportamento a sinais ambientais – transfere informações ao invés de íons ou moléculas;
✔ Possui receptores para hormônios e outros sinais químicos. A resposta a estes estímulos se dá por meio da
contração celular, movimentos, inibição síntese anticorpos, etc.
COMPOSIÇÃO MOLECULAR DAS MEMBRANAS E MODELO DO MOSAICO FLUIDO A
Todas as membranas biológicas são constituídas por lipídios e proteínas. A maioria das membranas também
possui glicídios (carboidratos) ligados às proteínas – glicoproteínas – e aos lipídios – glicolipídios.
As evidências da composição da membrana celular são provadas devido às suas principais propriedades:
● Lipídeos: são a “espinha dorsal” das membranas,
dando realmente sua forma. Apresentam uma
cabeça polar (hidrofílica, com elétrons livres para
interagir com a água) e um corpo apolar
(hidrofóbico, no qual faltam elétrons para a
intereção). Suas principais características são:
✔ Insolúvel em água
✔ Solúvel em compostos orgânicos
✔ ↓ Condutividade elétrica
● Proteínas: pode ser de dois tipos: periféricas
(possuem ligações fracas com a membrana) e
integrantes (interagem com a membrana por meio
de ligações fortes). Fornecem à membrana:
suporte para atividades bioquímicas;
permeabilidade seletiva; transporte de soluto; etc.
✔ ↓ Tensão superficial
✔ ↑ Elasticidade
✔ Propriedade enzimática
O modelo de “mosaico fluido” corresponde à
teoria da composição e formato da membrana. Ele
determina que a extremidade hidrofílica é voltada para o
exterior e para o meio citosólico, enquanto que a região
hidrofóbica fica voltada pra o centro. Esse modelo permite
que a membrana seja dotada das seguintes propriedades:
✔ Capacidade de recebimento de informações;
✔ Capacidade de gerar movimentos;
✔ Capacidade de importação e exportação de
moléculas.
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Neste modelo, portanto, os lipídios se dispõem em uma lâmina bimolecular delgada, enquanto as proteínas
integrais estão inseridas na camada fluida, da qual emergem em direção a ambas as superfícies. Uma propriedade da
bicamada é que, embora constitua uma estrutura plana e estável, sua fluidez permite tanto aos lipídios como às
proteínas consideráveis deslocamentos. As proteínas especializadas cumprem a maioria das funções específicas das
membranas, embora a unidade estrutural fundamental de toda a membrana biológica seja a bicamada lipídica, a quem
deve sua integridade.
Uma das características importantes da organização molecular das membranas é a assimetria de todos os seus
componentes químicos, o que significa que nas duas metades da camada dupla os componentes se distribuem de
maneira desigual. Esta assimetria é ainda mais evidente pelo fato de que as cadeias de oligossacarídeos fazem
saliências apenas em direção a superfície extracelular da membrana plasmática, ou em direção ao interior do
compartimento das cisternas, vacúolos ou vesículas, no caso das membranas internas.
Na bicamada da membrana pode existir dois estados físicos, dependendo da temperatura. Caso ela seja mais
elevada, a membrana se torna fluida. Já se houver uma diminuição na temperatura, ela permanece em estado rígido
cristalino denominado gel, formado de uma dispersão coloidal.
OBS1: A ligação de uma molécula específica com o receptor da membrana desencadeia uma resposta que varia
conforme a célula e o estimulo recebido, podendo ser de contração ou movimento celular, inibição ou estimulação,
dentre outras.
OBS2: As moléculas enzimáticas fixam-se às membranas em uma sequência específica tal, que o produto de uma
enzima é processado pela enzima ao lado e assim sucessivamente. Uma das razões dessa disposição enzimática é a
eficácia da transformação do substrato em produto final.
PERMEABILIDADE CELULAR
A permeabilidade corresponde à capacidade da membrana ser atravessada por algumas substâncias e não por
outras. Ela é definida como seletivamente permeável pois permite a passagem do solvente e de apenas alguns tipos de
soluto.
Os mecanismos que garante essa propriedade são:
● Transporte passivo:
✔ Osmose
✔ Difusão simples e facilitada
✔ Fagocitose e pinocitose
● Transporte ativo:
✔ Bombas de sódio e potássio
OBS3: Observe na figura ao lado o
comportamento de uma célula vegetal e de uma
célula animal em soluções de diferentes
concentrações. Percebe-se que em meios muito
hipotônicos, a célula animal pode entrar em lise
(“quebra”), diferentemente da célula vegetal, a
qual, a depender do meio em que se encontra,
pode passar por dois processos:
● Plasmólise: fenômeno na qual a célula
vegetal perde água para o meio exterior.
● Desplasmólise: é o recebimento de água
para a célula vegetal após ter sido
plasmolisada.
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COMPONENTES PRINCIPAIS DA MEMBRANA PLASMÁTICA
LIPÍDIOS DA MEMBRANA A
Os lipídios mais abundantes na membrana são os fosfolipídios. Eles são anfipáticos, ou seja, apresentam caráter
duplo, por um lado são hidrofílicos (polares ou que atraem água) e, por outro lado, hidrofóbicos (apolares ou que repelem
a água). Possuem uma “cabeça polar” e duas cadeias hidrófobas hidrocarbonadas, geralmente representadas por dois
ácidos graxos de comprimento variável. Os diversos tipos de grupos polares e de ácidos graxos que constituem os
fosfolipídios determinam a existência de mais de cem tipos diferentes deles. Devido à natureza anfipática dos
fosfolipídios, em um meio aquoso, eles tendem, espontaneamente, a se agrupar, formando micelas ou bicamadas
similares às celulares.
Em resumo, as principais propriedades dos lipídeos de membrana são:
✔ Conceito: Compostos orgânicos, insolúveis em água e solúveis em solventes orgânicos.
✔ Unidade básica: Ácidos graxos (são ácidos com longa cadeia carbônica sem ramificações)
✔ Os lipídios formam cerca de 50% da massa das membranas animais;
✔ Moléculas anfipáticas:
▪ Hidrofílica: dissolve-se facilmente em água, pois contém átomos carregados eletricamente ou grupos
polares que formam pontes de hidrogênio.
▪ Hidrofóbica: é insolúvel em água pois quase todos os átomos são carregados e apolares, sem formar
ligação com a água.
✔ Fosfolipídios: uma cabeça polar e duas caudas de hidrocarbonetos hidrofóbicas formadas por ácidos graxos;
✔ Ligação cis (insaturadas);
✔ Importância: Energética; Estrutural; Isolantes térmicos; hormonal e vitamínica.
Os principais lipídios de membrana são:
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✔ Cerídeos
✔ Fosfolipídios (fosfoglicerídios, esfingolipídios)
✔ Esteróis (colesterol é um álcool que entra na composiçãode alguns lipídios)
✔ Inositol (sinalização celular)
A maioria das membranas biológicas dos eucariotas tem como constituinte mais importante
o colesterol. Em particular, a membrana plasmática tem moléculas de colesterol (esteroide
anfipático) e fosfolipídios, em igual proporção, e estas se intercalam. A presença do colesterol
produz dois efeitos importantes: por um lado, diminui a permeabilidade da bicamada às moléculas
hidrofílicas, e, por outro, diminui a flexibilidade e a fluidez da membrana, na temperatura central do
organismo de 37o C. Ele também previne a transição da fase de cristal líquido a gel, como ocorreria
se a bicamada fosse inteiramente fosfolipídica.
OBS4: Microdomínios lipídicos são subdomínios específicos da membrana plasmática, ricos em
fosfolipídios saturados, esfingolipídios e colesterol. Possuem um papel importante em uma série de
processos biológicos, em especial no transporte e movimento intracelular e na transdução de sinal.
Proteínas específicas poderão se ligar permanentemente ou temporariamente a esses domínios,
como mecanismo regulatório de sua atividade biológica (balsas lipídicas). 
ASSIMETRIA DA BICAMADA LIPÍDICA
A assimetria dos lipídios é estabelecida na sua produção. Em células eucarióticas, novas moléculas de
fosfolipídios são sintetizadas por enzimas localizadas na face externa da membrana do retículo endoplasmático (RE), a
face voltada para o citosol; essas enzimas usam como substrato os ácidos graxos disponíveis na metade citosólica da
bicamada lipídica – ou seja, a monocamada citosólica – e liberam o fosfolipídio recém sintetizado nessa mesma
monocamada.
Para que a membrana cresça por igual, uma proporção dos lipídios recém fabricados precisa ser transferida para
a monocamada oposta. Essa transferência é catalisada por enzimas chamadas flipases. Algumas flipases transferem
seletivamente moléculas específicas de fosfolipídios, fazendo com que cada monocamada tenha uma concentração
diferente de fosfolipídios específicos.
OBS5: Todos os lipídios que formam as membranas da célula são produzidos pelo Retículo Endoplasmático Liso.
Durante a formação da membrana, há uma diferenciação simultânea à produção de uma nova camada, a qual através
de movimentos de flip-flop, pode passar para a face externa ou para a face interna. Proteínas não realizam este
movimento.
Além da importância morfológica da assimetria, essa propriedade é responsável também pela diferença de
cargas dentro e fora da célula, uma vez que certos lipídios possuem cargas a mais, influenciando, deste modo, na
polaridade elétrica da membrana.
✔ Os lipídios encontrados no meio não citosólico da membrana (fosfatidilcolina e esfingomielina) possuem a
carga negativa do fosfato e uma carga positiva do radical.
✔ Já os lipídios encontrados no meio citosólico (fosfatidilenositol, fosfatiletanolamina e fosfatidilcerina)
também possuem cargas que se anulam, exceto a fosfatidilcerina, que possui a carga negativa do fosfato e no
radical, apresentando-se como um lipídio negativo, o que interfere na assimetria da membrana.
FLUIDEZ DA MEMBRANA A
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A fluidez da membrana celular – a facilidade com que as moléculas lipídicas se movem no plano da bicamada –
é importante para as funções da membrana, e deve ser mantida dentro de certos limites. Ela é necessária para a
movimentação dos lipídios (flip-flop, lateral e mesmo eixo) e na difusão das proteínas. Essa fluidez é uma propriedade
dos fosfolipídios, porém também é determinada pela temperatura. A fluidez da dupla camada lipídica é a responsável
pelo processo de autovedação que apresentam as células. Assim, é possível introduzir uma fina pipeta de vidro no
interior de uma célula para injetar alguma substância, e, ao retirá-la, o pequeno orifício da membrana fecha por si só.
Fatores que influenciam a fluidez da membrana:
✔ Aumento da instauração na cadeia dos fosfolipídios (↑ fluidez);
✔ Temperatura (↑ mais fluida) (↓ menos fluida);
✔ Quantidade de colesterol presente (maior concentração, maior rigidez);
✔ Tamanho das cadeias de ácidos graxos: curtas, maior fluidez; longas, maior rigidez.
OBS5: Importância da fluidez da membrana:
✔ Distribuir lipídios e proteínas;
✔ Capacitar as proteínas da membrana a difundir-se e a interagir;
✔ Permitir as moléculas fundirem-se umas com as outras;
✔ Garantir que as moléculas sejam igualmente distribuídas.
CARBOIDRATOS DA MEMBRANA
Os carboidratos da membrana se apresentam sob a forma de oligossacarídeos. Podem estar ligados de forma
covalente a lipídios (glicolipídios) ou a proteínas (glicoproteínas) da membrana. A camada de carboidratos ajuda a
proteger a superfície celular de danos mecânicos e químicos. Como absorvem água, eles conferem à célula uma
superfície lubrificada.
● Glicolipídios: lipídeos anfipáticos, contendo uma porção hidrofílica, geralmente referida como grupo cabeça polar
(PHG - "polar head group") que é composta por unidades de carboidratos.
● Glicoproteínas: proteínas ligadas a oligossacarídeos (pequenas cadeias de açúcares).
● Proteoglicanos: proteínas ligadas a uma ou mais cadeias longas de polissacarídeos.
OBS6: Essas proteínas e lipídios ligados a carboidratos só são encontrados na face não-citosólica da membrana
plasmática (devido ao fato de o citosol ser redutor), contribuindo para a assimetria da mebrana.
As principais funções dos glicolipídeos são:
✔ Proteger a membrana de condições desfavoráveis (pH, enzimas de degradação);
✔ Efeitos elétricos (altera o campo elétrico através da membrana e as concentrações de íons cálcio na Membrana
externa);
✔ Absorvem água, conferindo à célula uma superfície lubrificada;
✔ Relação com respostas inflamatórias;
✔ Isolamento elétrico;
✔ Reconhecimento e adesão celular.
O principal glicídio de membrana é o glicocálice, projetado para a superfície extracelular. Diversas funções
atribuídas ao glicocálice:
✔ Microambiente: o glicocálice pode modificar a concentração de diferentes substâncias ao nível da superfície
celular.
✔ Enzimática: a atividade enzimática digestiva terminal dos carboidratos e das proteínas se processa no glicocálice
espesso das microvilosidades dos enterócitos.
✔ Proteção celular: protege contra danos químicos e mecânicos, além de contribuir para manter a distância certas
moléculas ou células.
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✔ Reconhecimento celular: é a função mais importante. Permite que as células se identifiquem mutuamente e se
unam umas às outras para formar os tecidos, bem como rejeitando células diferentes. A diferença está nas
moléculas de carboidrato que compõem o glicocálice de cada tipo de célula.
✔ Inibição por contato: o glicocálice é responsável pela emissão de sinais químicos que interrompem a mitose por
meio de contatos físicos entre células de um mesmo tecido. Quando essa propriedade é perdida ou modificada,
ocorre o crescimento desordenado de células, formando os tumores.
✔ Reprodução: a adesão entre óvulos e espermatozoides é ordenada pelo glicocálice.
PROTEÍNAS DA MEMBRANA A
Apesar de a bicamada lipídica promover a estrutura básica de todas as membranas celulares, a maior parte das
funções é desempenhada pelas proteínas da membrana.
De fato, as proteínas representam o componente funcional fundamental das membranas biológicas. Elas são
importantes não só na estrutura das membranas, como também na sua permeabilidade, seja como canais, seja como
carreadoras (proteínas transportadoras). Cada tipo de membrana, segundo sua localização na célula e tipo celular,
possui uma dotação proteica específica.
As principais funções das proteínas são:
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✔ Transporte de nutrientes (glicose)
✔ Transportede metabólitos (ureia)
✔ Transporte de íons
✔ Receptores e ação enzimática
✔ Ancoragem para o citoesqueleto
✔ Reconhecimento celular
OBS7: No que diz respeito ao reconhecimento celular, as glicoproteínas, glicolipídios e proteoglicanos são excelentes
receptores, fazendo com que células semelhantes se reconheçam e se agrupem. Quando se faz enxertos ou
transplantes, por exemplo, o paciente receptor passa a fazer uso de medicações que inibem este reconhecimento no
intuito de evitar rejeições.
As proteínas da membrana são classificadas em integrais (intrínsecas) e periféricas (extrínsecas). Em sua
maioria, as proteínas integrais são transmembrana, pois parte de sua molécula permanece confinada à espessura da
bicamada lipídica com dois domínios que se projetam, em geral, para as duas superfícies. As proteínas intrínsecas
correspondem a 70% do total e estão ligadas fortemente a bicamada. Para obtê-las são necessários métodos drásticos,
como a aplicação de detergentes que destroem a integridade da membrana.
As proteínas extrínsecas ou periféricas não penetram no interior hidrófobo da dupla camada lipídica (não são
transmembrana) e se associam com a membrana mediante ligações fracas, do tipo das ligações iônicas, tanto com
proteínas integrais quanto com as cabeças hidrófilas dos fosfolipídios, do lado citosólico ou do extracelular.
OBS8: As proteínas transmembranas se estendem através da bicamada lipídica, possuindo partes de sua massa
localizadas nos dois lados da bicamada, possuindo regiões hidrofóbicas e hidrofílicas. Podem ser:
● Transmembranas unipasso: passa uma só vez ne membrana.
● Transmembranas multipasso: atravessa a membrana mais de uma vez.
Com relação à assimetria das proteínas, é importante ter em conta que elas, apesar de poderem rodar sobre seu
próprio eixo e se mover lateralmente, não mudam de posição na bicamada, quer dizer, não podem girar de modo que o
domínio externo possa passar a citosólico e vice versa.
OBS9: Permeabilidade seletiva: para certos compostos ou íons, devido às suas respectivas propriedades e
solubilidade, a membrana apresenta graus diferenciados de solubilidade.
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● A Fibrose Cística, também conhecida como Mucoviscidose, é
uma doença genética autossômica recessiva causada por um
distúrbio nas secreções de algumas glândulas, nomeadamente as
glândulas exócrinas (glândulas produtoras de muco). O
cromossomo afetado é responsável pela produção de uma
proteína que vai regular a passagem de cloro e de sódio pelas
membranas celulares. A proteína afetada vai ser a CFTR
(regulador de condutância transmembranar de fibrose cística). E
tal como a proteína, o próprio canal de cloro vai sofrer uma
mutação do qual vai resultar em um transporte anormal de íons de
cloro através dos ductos da superfície epitelial das células da
mucosa.
JUNÇÕES CELULARES
As junções celulares são especializações da membrana plasmática das células, tendo como função a ligação
entre células adjacentes ou entre células e a matriz extracelular. Tais junções se diferenciam na sua localização,
extensão, composição molecular e filamentos citoesqueléticos associados.
● Junções de oclusão (oclusivas ou Tight Junction): são contatos especializados entre células epiteliais
adjacentes, que fecham o espaço intercelular evitando a passagem de substâncias através da via paracelular.
Constituem exemplos: Barreira hematoencefálica; hematobiliar; hematotesticular; hemato-ocular etc. São
formados por ligações de proteínas transmembranares entre células adjacente, formando um verdadeiro
“cinturão” apical que une uma célula às outras que as circundam.
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● Junções de adesão (ou ancoragem): também forma um “cinturão” contínuo ao redor da célula, unindo-a às
adjacentes através de ligações entre moléculas de adesão dependentes de cálcio (caderinas). Essas proteínas
transmembranares estão encontradas aos microfilamentos de actina através de moléculas sinalizadoras. A sua
principal função é a de proporcionar a coesão entre as células, tornando a camada epitelial mais resistente ao
atrito, trações e pressões. As junções de adesão podem ser célula-célula (desmossomos) ou célula-matriz
(hemidesmossomos):
o Desmossomos punctiforme: são junções
adesivas em forma de disco com cerca de 1μm
de diâmetro amplamente encontrado em tecidos
sujeitos ao estresse mecânico, tais como o
músculo cardíaco e as camadas epiteliais da
pele e colo do útero. Sua composição molecular
é a seguinte:
▪ Desmogleia (30 a 50 ŋm): Caderinas
(Desmogleínas e desmocolinas)
▪ Placa Densa: Placoglobinas e
desmoplaquinas.
▪ Filamentos Intermediários (8 e 10 ŋm): Constituição molecular
o Desmossomos em banda: Forma uma faixa ou anel
que une as células adjacentes um pouco abaixo da
superfície epitelial, imediatamente depois da porção
oclusiva. Diferem quanto aos Desmossomos
Punctiformes:
▪ Caderinas: E (epitelial); P (placenta e pele)
e N (neuroepitelial);
▪ Componentes da placa: Cateninas
(vinculina e a α-actinina);
▪ Filamentos citoesqueléticos: Actinas
o Hemidesmossomos: estrutura adesiva, na qual as células estão
ancoradas à membrana basal subjacente. Contendo uma placa na
superfície interna da membrana plasmática com filamentos chegando,
penetrando e retornando ao citosol. Os filamentos intermediários
(queratina) possuem função de suporte, os quais estão ligados a
matriz extracelular por integrinas que atravessam a membrana,
incluindo a α6β4.
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● Junções comunicantes: são as chamadas
“Gap junctions” ou “junções do tipo fenda”,
que são proteínas em forma de poros que
comunicam e ligam uma célula a outra.
● Pênfigo: São buloses de etiologia autoimune, com tendência à progressão de
evolução crônica e ilimitada, sendo assim, de grave prognóstico. As bolhas são
intradérmicas e decorem de processo acantolítico, induzido por autoimunidade,
contra principalmente, as desmogleínas e desmocolinas dos desmossomos.
As bolhas surgem em decorrência de infiltrações de líquidos do tecido
subjacente pela via paracelular já que as junções celulares perderam sua
adesividade em consequência ao ataque das imunoglobulinas (anticorpos).
Pode ser de dois tipos:
● Pênfigo vulgar (PV): caracterizado pelo aparecimento de bolhas nas mucosas, que afeta principalmente
indivíduos entre os 40 e os 60 anos.
● Pênfigo foliáceo (PF) ou doença de Cazenave: caracterizado pelo aparecimento de descamação
crostosa da pele e não nas mucosas, e que pode aparecer em todos os grupos etários.
A dor, quando ocorre é discreta, havendo ocasionalmente prurido. Fotossensibilidade pode ser marcante no PF.
Neste pode haver dores, fraqueza muscular, atrofia das glândulas mamárias, descalcificação, fraturas
espontâneas, diarreias. Tanto no PV quanto no PF podem ocorrer as sépticas (pneumonia, nefrite, cardite,
septicemia) que agravam o prognóstico. Escabiose, verrugas e outras dermatoses associam.
O prognóstico é uma doença potencialmente fatal, com êxito letal pouco frequente graças a administração de
corticoides. Na fase inicial do tratamento deve-se administrar Prednisona (1 a 2 mg por Kg de peso) por um
período nunca inferior a 6 semanas. A mesma deve ser aumentada se não houver resposta clínica com 10 dias.
Pode-se utilizar como auxiliar fármacos imunossupressores. Com isso, o risco de efeitos colaterais, inclusive
morte é alto, entretanto se não procedermos assim a mortalidade é elevada.
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