Estudo das Membranas Biológicas

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MsC Wanderson Talles
Cirurgião Dentista
INTRODUÇÃO AO ESTUDO DAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS E SUAS FUNÇÕES
Introdução – A Célula
A célula, em um conceito muito amplo, pode ser considerada como:
A unidade fundamental dos seres vivos;
A menor estrutura biológica capaz de ter vida autônoma;
As células existem como seres unicelulares, ou fazendo parte dos seres mais complexos, como os pluricelulares.
Estruturas Celulares
Estruturas Celulares
Membrana Plasmática – composta de uma bicamada lipídica Núcleo e Mitocôndria são envoltos por duas membranas (interna e externa);
Citosol – áreas aquosas dentro do núcleo das células. Atualmente já sabemos que o citosol inclui a organelas, a mais nova organela descoberta, o retículo núcleoplasmático;
Estruturas Celulares
Lisossomos: vesícula ou compartimento onde as proteínas e outras moléculas são degradadas; contém enzimas digestivas. O interior dos lisossomos é bastante ácido;
Núcleo: Compartimento celular que contém o DNA;
Mitocôndria: organela das células eucarióticas, e o principal sítio de geração (fonte de energia) de ATP. A mitocôndria é composta por uma membrana externa e uma membrana interna intensamente pregueada. 
Cada organela, inclusive a membrana plasmática, possui sua própria composição de proteínas.
Conceito de Compartimentação
A compartimentação é o estabelecimento de duas regiões no espaço, separadas fisicamente por uma barreira, e funcionalmente por um trânsito seletivo;
A importância desse sistema para o aparecimento de seres vivos, não deve ser minimizada: Sem compartimentação, não há seres vivos;
 A estrutura fundamental para compartimentação, nos seres vivos, é a membrana biológica.
Membranas Biológicas
São estruturas altamente diferenciadas, destinadas a uma compartimentação única, na natureza;
MEMBRANA PLASMÁTICA, Constituída de Lipídeos – BICAMADA LIPÍDICA 
Possuem uma espessura de 7 a 9 nn;
 Elas são capazes de selecionar, por mecanismos de transporte Ativos e Passivos, os ingredientes que devem passar tanto para dentro, quanto para fora.
As membranas biológicas estabelecem um gradiente entrópico entre interior (baixa entropia), e exterior (alta entropia), e consegue manter o interior em estado estacionário.
Entropia
Entropia é uma grandeza física capaz de medir a multiplicidade de estados e a quantidade de energia indisponível em um sistema físico termicamente isolado;
Grandeza física utilizada na Mecânica Estatística e na Termodinâmica para medir o grau de desordem de um sistema. 
O funcionamento do nosso organismo depende do trabalho realizado constantemente por cada uma de nossas células;
Com o passar do tempo, porém, a entropia desse complexo sistema tende a aumentar, com isso, surgem as primeiras falhas nos processos de replicação celular;
Essas falhas tendem a causar a morte das células e a perda da capacidade regenerativa. É por esse motivo que envelhecemos e morremos.
Estrutura das Membranas Biológicas
A evolução do conceito estrutural da membrana citoplasmática pode ser sumarizada em três modelos principais:
Membrana Paucimolecular de Dayson e Danieli;
Membrana Unitária de Robertson;
Modelo do Mosaico Fluido. 
Membrana Paucimolecular de Dayson e Danieli 
O método supõe a existência de poucas (pauci) espécies de moléculas;
 Seria uma dupla camada lipídica, com as extremidades hidrofóbicas voltadas para dentro da membrana, e proteínas globulares adjacentes aos terminais hidrofílicos dos lípideos.
2. Membrana Unitária de Robertson
Similar à anterior, com a proteína esticada, e cada cadeia polipeptídica associada aos lipídeos, formando uma unidade estrutural.
3. Modelo do Mosaico Fluido 
Sugerido por Singer e Nicholson, onde as proteínas da membrana estão engastadas na camada lipídica, do lado interno, do lado externo, ou atravessando completamente a membrana;
 Existe uma grande variedade de proteínas membranais. 
A fluidez está condicionada ao tipo de ligações inter-moleculares na membrana;
O termo mosaico se deve ao aspecto da membrana na microscopia eletrônica;
Atualmente o modelo mosaico fluido é o mais aceito, por encontrar apoio em várias evidências experimentais. 
Ligações na Membrana
A membrana não é uma estrutura covalente.
As forças que mantém as biomoléculas na membrana, são coulômbicas, hidrofóbicas, pontes de H, etc.
Propriedades da Membrana
1. Assimetria
 
As duas faces da membrana não possuem a mesma composição lipídica, glucídica e proteica;
Em geral, os glúcidos encontram-se presentes na face externa. Também as cargas elétricas se distribuem diferentemente, sendo a face citoplasmática, a que tem maior carga negativa, em geral.
 
Propriedades da Membrana
 
2. Fluidez
 
A membrana é uma estrutura fluida, o que significa que os seus componentes não ocupam posições definidas e são susceptíveis de deslocações bidimensionais, de rotação ou de translação. Esta propriedade deve-se ao fato de, em geral, não se estabelecerem ligações fortes (covalentes) entre as diversas moléculas, mas, predominantemente, ligações lábeis (ligações de Van der Walls e pontes de hidrogénio). 
Para além dos movimentos referidos, também os fosfolípidos podem trocar de camada (flip-flop).
 
Propriedades da Membrana
3. Permeabilidade Seletiva
 
A bicamada lipídica da membrana é impermeável aos ions, diferentemente permeável às moléculas consoante, o respectivo peso molecular e lipossolubilidade, e francamente permeável à água e aos gases (azoto, oxigénio, dióxido de carbono);
Aplica-se-lhe, ainda que de forma pouco rigorosa, o conceito de membrana semi-permeável.
 
Propriedades da Membrana
4. Continuidade
 
Uma característica das membranas celulares reside no fato de elas nunca apresentarem bordos livres ou descontinuidades;  em todas as formações, desde a membrana plasmática, que limita a célula, à mais pequena vesícula, não existem descontinuidades, e os espaços por ela delimitados, são sempre fechados.
 
Propriedades da Membrana
5. Resistência a Tração
  
Apesar de os fosfolípidos constituintes da bicamada, estarem unidos por ligações fracas, o certo é que a integração dessas forças, em número extremamente elevado, confere à membrana uma determinada resistência à tração, responsável pela manutenção da individualidade da célula.                   
Estruturas Básicas da Membrana
POROS OU CANAIS: 
São passagens que permitem a comunicação entre o lado externo e o interno da célula;
Os canais podem ser olhados como “uma falha” na continuidade da membrana.
Os canais podem possuir carga positiva, negativa, ou serem destituídos de carga elétrica. 
A natureza da carga seleciona os íons: 
Canais positivos, repelem cátions (+) deixam passar anions (-)
Canais negativos, repelem anions (-) deixam passar cátions (+) 
Há canais sofisticados que possuem, além da barreira da carga, um ou dois portões que se abrem sob comando. O canal de Na+ é desse tipo.
 O portão fica fechado durante o potencial de repouso e se abre durante o potencial de ação. 
Apesar do mecanismo do portão ser acionado ativamente, o trânsito é ainda passivo nesses canais.
 
Nos canais com carga, não passam substâncias sem carga, porque esses canais estão sempre ocupados;
Há também poros sem carga;
Os canais sem carga não devem ser considerados como um orifício, ou conduto, permanentemente aberto, e sim como uma flutuação mecânica de moléculas vicinais.
ZONAS DE DIFUSÃO FACILITADA
São regiões que possuem moléculas de uma determinada espécie química, em alta concentração;
Daí moléculas afins se difundem com mais facilidade através dessas zonas.
RECEPTORES
São sítios capazes de receber moléculas específicas;
Com a ligação dessas moléculas, uma mensagem é transmitida, e a célula aciona mecanismos de abertura ou fechamento de poros, entrada ou saída de substâncias, etc.
Os receptores, frequentemente estão associados aos operadores.
Existem receptores na membrana e no citosol;
 Os da membrana são para insulina, glucagon, hormônios protéicos, adrenalina,acetilcolina, etc;
Os do citosol, em geral, reconhecem hormônios lipídicos (esteróides) que atravessam facilmente a membrana, como os andrógenos, estrógenos e corticosteróides.
OPERADORES
São maquinismos moleculares capazes de transportar substâncias através da membrana, em sentido único;
Os operadores que transportam para fora, não transportam para dentro e vice-versa.
São mecanismos capazes de realizar transporte Ativo, isto é, contra gradientes de concentração, elétrico, ou ambos;
Utilizam ATP como fonte de Energia;
O sentido normal do trânsito é UNIDIRECIONAL: Os operadores que introduzem substâncias na célula, não são os mesmos que excretam essas substâncias.
Zonas de Difusão
O transporte passivo de substâncias pela membrana tem dois modos principais;
1: É o não facilitado, que ocorre simplesmente pelo gradiente de concentração, e seu gráfico seria uma reta em função da concentração.
“A medida que a concentração aumenta, o fluxo cresce proporcionalmente.”
2: O segundo processo é o transporte passivo facilitado, que nesse caso, a relação de concentração e fluxo segue a cinética de Michaelis-Menten.
Ou seja, a partir de certa concentração, o sitio de transporte está saturado, e o fluxo não mais aumenta.
wanderson_talles@hotmail.com
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