Membranas Biológicas

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MEMBRANAS BIOLÓGICAS
 A membrana é um envoltório que toda célula possui. As membranas são diferentes entre si, mas guardam características em mim: são estruturas laminares, finas e bem pequenas e são formadas por lipídios, proteínas e açucares. 
 Suas funções são diversas, como a de compartimentalização da célula, permeabilidade seletiva (seleciona o que entra e o que sai da membrana através de proteínas que agem como canais ou bombas), além do controle de fluxo de informação entre célula e meio, já que possui receptores para estímulos externos. 
 Além disso, devemos esclarecer que são sustentadas por interações NÃO covalentes (interações fracas) o que permite que a membrana seja dinâmica e que haja a difusão e movimentação de partículas através da membrana. As membranas são também assimétricas, pois a parte de fora da membrana é diferente da parte de dentro (pode possuir açucares diferentes, proteínas diferentes, etc.).
 As membranas biológicas tem também uma estrutura fluida, isto é, lipídios e proteínas se difundem (estado líquido cristalino). A face interna da membrana é negativa, o que lhe dá uma característica de polaridade elétrica.
 Os lipídios que formam a membrana são chamados de lipídios anfipáticos, que possuem uma porção polar (hidrofílica) e uma porção apolar (hidrofóbica). A porção polar é voltada para o meio extracelular. 
 Os lipídios de membrana são insolúveis em água, porém solúveis em solventes orgânicos. Tem diversas funções biológicas como fonte de energia, armazenamento de energia e formação de componentes de membrana (fosfolipídios, glicolipídios e colesterol).
 Primeiramente, citemos os fosfolipídios. Esse componente de membrana é formado por ácidos graxos, glicerol OU esfingosina, fosfato e álcool. Quando é formado por glicerol, temos um fosfoglicerídeo (que possui 2 ácidos graxos) e quando temos a esfingosina temos um esfingolipídio; -> na superfície celular formam sítios de reconhecimento biológico; (que possui 1 ácido graxo) que tem como álcool específico a colina. 
 Os glicolipídios, por sua vez são derivados da esfingosina. São formados por ácidos graxos, esfingosina, fósforo e açucares. É importante lembrar que junto com as glicoproteínas, esses lipídios formam o glicocalix. 
OBS: Os glicolipídios permitem-nos determinar os grupos do sistema sanguíneo humano, uma vez que cada tipo sanguíneo tem um último açúcar diferente. Enquanto pessoas com o sangue O não possuem nenhum açúcar, as com o sangue A e B possuem GalNac e Gal, respectivamente. Por isso, devemos receber sangue compatível, para que aquela porção diferenciada no antígeno exista. Caso contrário, há a formação de anticorpos e ocorre uma hemólise. 
 Não devemos deixar de citar o colesterol, que está presente em diferentes concentrações nas membranas (há membranas que tem mais colesterol que outras). Possuem um núcleo esteróide com quatro anéis fundidos. Como já vimos em “lipídios”, o colesterol é insolúvel em água e necessita de lipoproteínas carreadoras, que transportam e sinalizam o colesterol (de onde veio e para onde vai). Os hormônios esteróides (derivados do colesterol) passam facilmente pela membrana.
 Em meio aquoso, fosfolipídios e glicolipídios formam lâminas bimoleculares e com isso adquirem formas: as micelas e as bicamadas lipídicas. As micelas são formadas por lipídios que possuem uma cabeça polar no exterior rodeada por água e caudas apolares no interior. 
 A bicamada possui interações hidrofóbicas e van der Waals nas caudas e eletrostáticas e de hidrogênio na cabeça (assim como no caso das micelas, são apolares e polares, respectivamente). Com isso, as bicamadas tendem a ser extensas e a se fechar auto-selante. 
 As vesículas (lipossomos) são exemplos de bicamada. Trata-se de compartimentos aquosos fechados por uma bicamada lipídica. Possui íons em seu interior e outras moléculas (permeabilidade) e pode se fundir com as membranas para a introdução de moléculas em células. 
 A água passa através da membrana através de difusão livre. Porém, esse não é o único mecanismo de passagem de água. Há canais chamados aquaporinas. Esses canais possuem cadeias de aminoácidos voltadas para dentro, impedindo a passagem de prótons por esses canais, por exemplo. Logo, são canais exclusivos da água. 
 Sobre as proteínas de membrana, podemos dizer que há diversas proteínas que diferem bastante de membrana para membrana. Cada membrana tem um determinado número de proteínas, porém cada lado da membrana é assimétrico um com o outro. Além disso, elas são sintetizadas e inseridas na membrana de forma assimétrica. Podem ser periféricas ou integrais.
 As proteínas periféricas encontram-se na superfície (parte periférica). Normalmente estão ligadas as integrais ou aos próprios lipídios. Essas proteínas estabelecem interações eletrostáticas e de hidrogênio, podendo ser rompida por adição de sal, pH, etc. Tais proteínas só fazem contato com um lado da membrana. 
 As proteínas integrais estão inseridas na membrana, interagindo com as caudas. Estabelecem interações apolares que são rompidas por detergentes (que podem também mudar a estrutura dessas proteínas) ou solventes (essas proteínas podem, ainda, ser estudadas por RMN). Atravessam a bicamada mais de uma vez, formam canais de passagem através dela. 
 Podemos analisar as proteínas de membrana através da eletroforese em gel de acrilamida e microscoôscopia eletrônica por criofratura (congelamos e quebramos a membranas para analisar as proteínas). 
 As membranas, como já dissemos, não são estruturas rígidas, são FLÚIDAS. Os lipídios fazem diferentes movimentos como difusão lateral, flexão (movimento da cauda), rotação (movimento da cabeça) e flip-flop. 
 A difusão lateral (movimento do lipídio entre si, que ocorre no mesmo plano) acontece constantemente. Podemos evidenciar isso através de um famoso experimento: marca-se o lipídio, e com isso a membrana fica marcada. Quando incidimos um feixe de laser, a fluorescência apaga. Porém, vemos depois que a fluorescência volta na região, mostrando que OUTROS lipídios fluorescentes entraram naquele campo, provando que os lipídios se movem. 
OBS: A fluidez da membrana é controlada por diversos fatores como temperatura (quanto mais quente, mais fluida é a membrana), o número de duplas ligações nas caudas dos lipídios (quanto mais ácido insaturado, mais fluida), colesterol (quanto mais colesterol, menos fluida, pois o colesterol dá rigidez a membrana) e o tamanho da cauda do lipídio (quanto mais curta, mais intensa será a flexão, dando maior fluidez). 
 Essa característica de fluidez garantiu que as membranas fossem classificadas como um mosaico fluido de lipídios e proteínas, onde as proteínas difundem-se lateralmente. 
 Nas membranas, há também o que chamamos de microdomínios de membrana ou Lipid Rafts. Trata-se de domínios que andam agrupados e carregam as proteínas. Grande presença de colesterol e esfingolipídios. Nessas regiões, as proteínas se ligam e são difundidas nas membranas. Esses microdomínios dão certa rigidez a membrana, fazendo com que as estruturas se mantenham unidas. Apelidamos os lipid rafts de canoas ou balsas, já que se movem pela membrana. Há também as caveolas, microdomínios específicos que tem proteínas caveolinas. 
 Há açucares também presentes na membrana, embora apareçam em concentrações menores que os lipídios. Estão sempre no lado extracelular e sempre relacionados ao reconhecimento celular e a proteção. Formam glicolipídios e glicoproteínas. A superfície celular cheia de açúcar forma o que chamamos de GLICOCÁLICE.
 Devemos falar ainda sobre o transporte através de membrana. Além da difusão simples (a favor do gradiente de concentração e transporte passivo) temos o transporte realizado por canais e por bombas, passivo e ativo respectivamente. Lembrando que um transporte passivo é aquele em que não há gasto de energia, enquanto um ativo apresenta gasto de energia, pois é desfavorável termodinamicamente. Vemos que as proteínas estão relacionadas a passagemde íons e moléculas.
 Os canais são “poros” através da membrana, que permitem a passagem da molécula. São acionados por ligantes extracelulares e/ou intracelulares e por uma voltagem. São abertos mecânicamente. 
 As bombas são um meio de transporte ativo, utilizando gasto de energia e contra o gradiente de concentração, além de depender de carreadores. Um exemplo: bomba de sódio e potássio. No exemplo citado, o sódio se liga, hidrolisa e fosforila o canal, fazendo com que o potássio seja “capturado” quando o sódio é liberado. Depois, esse potássio é liberado e ocorre a desfosforilação. 
 O transporte pode ainda ser uniporte (uma única molécula, um único sentido), sinporte (duas moléculas no mesmo sentido) ou antiporte (duas moléculas, uma saindo e uma entrando). 
 Não devemos deixar de citar também a fusão de membranas, que é muito importante para diversos processos celulares. O aumento de cálcio intracelular é o sinal para exocitose. As anexinas ligam às cabeças polares em presença de cálcio, aproximando a membrana. Há proteínas de fusão que criam pontes entre as membranas, permitindo a troca de informações, etc. Exemplos são: a endocitose, a infecção de vírus envelopados, a fusão do espermatozóide com o óvulo, etc.