RESUMO Membranas biológicas

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RESUMO NEUROBIOLOGIA – 1º SEMESTRE (1) – MEDUFF
Estrutura de Membranas Biológicas
Fosfolipídios
A maioria das membranas fazem-se de moléculas lipoproteicas, os chamados fosfolipídios (duas caudas de ácidos graxos, ligados a um glicerol ligado a um fosfato, que pode ou não estar ligado a um glicerídeo). Esses arranjam-se em forma de bicamada por ser uma molécula anfipática, tornando para dentro sua parte apolar e para fora sua parte polar, perturbando, assim, menos o sistema aquoso em que está inserida.
Nas membranas celulares, os fosfolipídios majoritariamente presentes são as fosfatidilcolinas, com um radical colina ligado ao fosfato. 
Os fosfolipídios são moléculas anfifílicas e, por isso, têm arranjamento espacial específico para ambientes polares e apolares. Fosfolipídios de uma só cauda de ácido graxo tende a formar micelas (por seu formato relativamente cônico), enquanto fosfolipídios com dois ácidos graxos esterificados com ligação ao glicerol tendem a formar bicamadas. Isso acontece, pois não há favorecimento termodinâmico para contato entre regiões apolares e polares, o que faz com que, e ambientes aquosos, a parte polar do fosfolipídio esteja preferencialmente em contato com a água e a parte apolar tenha preferência por não estar em contato com a água. Por isso, as partes apolares se agrupam por forças de Van der Waals e tentam manter o menor contato possível com a água, enquanto nas cabeças de fosfato, acontece o contrário por essa parte da molécula ter afinidade pela água, uma substância polar.
Em formato de bicamada, os fosfolipídios impedem o contato das cadeias de ácidos graxos com a água, deixam a parte de glicerol semi-hidratada, enquanto o grupamento fosfato, geralmente ligado a algum aminoácido (por isso diferenciam-se entre si de acordo com o que está ligado ao grupamento fosfato, podendo até estar carregado eletricamente; além disso, podem estar ligados a glicídios ao invés de aminoácidos, por exemplo), fica totalmente imerso em água.
A monocamada externa é diferente da monocamada interna em sua composição
Os fosfolipídios têm movimento rotacional (em torno do próprio eixo), de flexão (troca entre fosfolipídios da mesma camada) e vertical (flip-flop; inversão de monocamada) e lateral (movimento enfileirado em uma mesma camada)
Colesterol
É uma molécula anfipática que se encontra entre os fosfolipídios. Sua porção mais polar direciona-se para a perto do grupo fosfato e a porção mais apolar direciona-se para os ácidos graxos.
Impede a compactação dos fosfolipídios e, por isso, são indispensáveis na formação da bicamada lipídica, pois favorece a estabilidade mecânica dela. Preenchem os espaços vazios entre os fosfolipídios com cauda instaurada. 
A distribuição de colesterol em algumas células pode ser desigual, o que pode gerar as balsas lipídicas e as cavéolas (invaginações da membrana em regiões ricas em colesterol). As balsas lipídicas têm importante papel na resposta à invasão de agentes patogênicos, sinalização celular, formação das caveolas (estrutura responsável pelo processo de endocitose), entre outras ações. Os rafts, também concentram uma grande quantidade de colesterol e de esfingolipídios. Além disso, lá existem certas proteínas que não se encontram em outros locais da membrana, ou seja, estas regiões agrupam moléculas que podem fazer uma sinalização mais rápida do que se estivessem dispersas na membrana. Ademais, cadeias de ácidos graxos são mais longas nas rafts do que fora delas, o que restringe o movimento dos fosfolipídios em cada camada, causando maior espessura na bicamada na região da balsa lipídica.
Para a formação das cavéolas, é preciso grande presença da proteína estrutural caveolina na membrana em sua porção intracelular, “puxando” a membrana para dentro e causando invaginação – por isso sua participação no processo de endocitose.
Dessa forma, as balsas lipídicas podem auxiliar a organizar as proteínas da membrana concentrando-as para o transporte em membranas de vesículas ou para trabalharem juntas na reunião das proteínas, quando convertem sinais extracelulares em intracelulares.
Em contrapartida, o enriquecimento das cavéolas por colesterol pode causar o empacotamento e a lesão das células, caso sejam cristalizados. Além disso, pode prejudicar a captação de cálcio e produção de óxido nítrico pela célula.
Proteínas de Membrana
São moléculas com função de transporte, sinalização, ancoramento e metabolismo.
Podem associar-se à membrana de diversas formas, podendo ser transmembrana – atravessando a membrana, com sua porção alfa-hélice atravessando a membrana e os segmentos hidrofílicos nas partes interna e externa da membrana; pode estar ligada a uma cadeia de ácidos graxos e aumentar sua apolaridade por conta de sua ligação covalente –, podem ser citosólicas – associadas à monocamada interna da membrana através de uma alfa-hélice anfifílica ou através de uma cadeia lipídica ligada à proteína – ou externas – associando-se a um fosfatidilinositol ligado à membrana. Podem, ainda, associar-se a outra proteína (geralmente, transmembrana) por ligações químicas fracas.
As alfa-hélices são importantes no atravessamento das camadas lipídicas, pois elas são apolares, visto que elas interagem tanto entre si, que não interagem com a água.
As proteínas podem, também, serem classificadas como periféricas, quando soltam da bicamada lipídica suavemente, deixando-a intacta, ou integrais, quando não ocorre.
Proteínas podem ser destacadas da bicamada lipídica pela ação de detergentes, que formam micelas solúveis em água, as quais têm sua porção hidrofóbica interagindo com a porção transmembrana da proteína e com a porção hidrofóbica dos fosfolipídios. Quando isso acontece, desfaz-se parte da bicamada e as moléculas de detergente formam complexos lipídeo-detergente e proteína-detergente, que são micelas solúveis em água. Esses complexos podem ser desfeitos por eletroforese. 
Além disso, as proteínas podem ser ligadas covalentemente a glicídios (carboidratos). Isso forma uma camada de carboidratos, que revestem a maioria das células eucarióticas. Essa camada também é composta por oligossacarídeos advindo, tanto da ligação entre glicídios e proteínas (glicoproteínas), quanto da ligação entre glicídios e lipídeos (glicolipídeos). O glicocálice, por sua vez, corresponde a uma zona da superfície celular rica em carboidratos, estando envolvida no reconhecimento celular e na adesão entre células (a diversidade e a posição dos oligossacarídeos expostos na superfície celular os tornam adequados para atuar no processo de reconhecimento celular). Uma das muitas funções da camada de carboidrato é proteger a célula contra danos químicos ou mecânicos e manter outras células à distância, prevenindo interações indesejáveis proteína-proteína.
Além disso, muitas proteínas estão ligadas ao citoesqueleto, que controla a posição dessas proteínas na célula.
Fluidez da Membrana 
Diversas moléculas constituintes da membrana podem realizar a manutenção de sua fluidez. Destacam-se entre essas moléculas os fosfolipídios e o colesterol.
Os fosfolipídios, quando possuem cadeias muito longas, comprometem a fluidez da membrana por favorecer sua compactação. Os fosfolipídios de cadeias longas têm temperatura de transição maior e, portanto, a uma temperatura não tão baixa já realizam a passagem da bicamada em estado fluido para um estado em gel, ou seja, desfavorecem a fluidez característica e essencial da membrana. A partir disso, organismos habitantes de lugares frios possuem camadas maiores de ácidos graxos em seus fosfolipídios.
Nota-se também que a temperatura baixa favorece a diminuição da fluidez, fazendo a bicamada ficar em estado de gel. Somente fisiologicamente, a temperatura não vai influenciar na fluidez, visto que a mudança brusca de temperatura é praticamente inexistente.
Outro aspecto influenciador na fluidez referente aos fosfolipídios é a insaturação nas cadeias de ácidos graxos, que quebra a linearidade da cadeia, diminuindo a compactação dosfosfolipídios e favorecendo a fluidez.
Já o colesterol, servindo como mantedor da estabilidade mecânica da camada (que tem estruturas hidrofóbicas e hidrofílicas próximas umas das outras), pode diminuir a fluidez da camada por sua estrutura não tanto maleável, principalmente em baixas temperaturas (desconsiderando essa parte em casos fisiológicos). Ao mesmo tempo, com essa estrutura, impede que a bicamada lipídica seja líquida, dando maior espessura a ela. Tais características fazem do colesterol um tampão da fluidez da bicamada, impedindo mudanças bruscas em sua fluidez.
Além disso, as balsas lipídicas, regiões da membrana ricas em colesterol, formam regiões com maior espessura e menor fluidez, o que auxilia na estabilidade das proteínas e canais de transporte, por exemplo.
Transporte de Moléculas
Em função do caráter lipídico e hidrofóbico da membrana, os solutos hidrofílicos não conseguem simplesmente atravessar a membrana e precisam de proteínas transportadoras para auxiliar nesse processo. Um transportador, ao entrar em contato com o soluto, muda sua forma e isso acaba possibilitando a entrada dele, que pode ser pequenas moléculas orgânicas ou íons inorgânicos.
Existem também os canais, geralmente iônicos, que são poros hidrofílicos na membrana, onde alguns solutos passam por difusão, sendo estes geralmente íons. Esses canais auxiliam bastante na manutenção dos níveis de íons dentro e fora da célula, como os prótons (H+), Na+, K+, Ca2+ e Cl-, essenciais para vários processos biológicos.
Algumas moléculas como O2 e CO2 podem simplesmente se difundir através da bicamada lipídica da membrana, além dos hormônios esteroides. Isso acontece por serem moléculas pequenas e apolares. No entanto, moléculas bem pequenas, não carregadas, mas polares também conseguem se difundir.
Transporte Passivo: Acontece a favor do gradiente de concentração, portanto, sem gasto energético. Pode ser classificado como difusão simples, mediada por canal (como no caso da osmose) ou difusão facilitada (mediada por transportador).
Transporte Ativo: Acontece contra no gradiente de concentração, sendo então preciso o uso de proteínas transportadoras para realizar esse tipo de transporte, que tem gasto energético. Nesse caso, as proteínas podem ser chamadas de “bombas”. Pode ser acoplado (ligam o transporte favorável de um soluto ao transporte desfavorável de outro), por bombas movidas a ATP ou por bombas movidas a luz (a luz como energia para o transporte; mais comum em bactérias).
No caso de algumas moléculas pequenas, o que influenciaria no transporte passivo seria somente o gradiente de concentração do soluto. Já em relação aos íons, o potencial de membrana – diferença do potencial elétrico em cada lado da membrana – também influenciaria.
OBS: gradiente de concentração + potencial de membrana = gradiente eletroquímico.
O gradiente eletroquímico depende do transporte ativo, pois compõe o potencial de membrana. Isso faz com que transportes ativos e passivos estejam diretamente relacionados entre si.