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Membrana plasmática e especializações Universidade Federal de Minas Gerais Instituto de Ciências Biológicas Departamento de Morfologia Prof. Greg Kitten – Sala J3-339/310 PRINCIPAIS CONSTITUINTES DAS CÉLULAS CONSTITUINTE EXTERNO - Membrana Plasmática (Plasmalema), Matriz Extracelular CONSTITUINTES INTERNOS: Núcleo e Citoplasma. No citoplasma estão presentes: a) Citoesqueleto: Microfilamentos, Filamentos Intermediários e Microtúbulos. b) Organelas: Mitocôndrias, Retículo Endoplasmático, Aparelho de Golgi, Lisossomos, Peroxissomos. c) Depósitos (Inclusões): Carboidratos, Proteínas, Lipídeos ou pigmentos. Espaço entre as organelas e os depósitos é preenchido pela Matriz Citoplasmática (Citossol). PRINCIPAIS CONSTITUINTES DAS CÉLULAS CONSTITUINTE EXTERNO - Membrana Plasmática (Plasmalema) Constituinte interno: o Citoplasma, onde se localizam: a) Citoesqueleto: Microfilamentos, Filamentos Intermediários e Microtúbulos. b) Organelas: Mitocôndrias, Retículo Endoplasmático, Aparelho de Golgi, Lisossomos, Peroxissomos. c) Depósitos (Inclusões): Carboidratos, Proteínas, Lipídeos ou pigmentos. Espaço entre as organelas e os depósitos é preenchido pela Matriz Citoplasmática (Citossol). Aula de hoje Membrana plasmática FUNÇÕES DA MEMBRANA PLASMÁTICA OU CELULAR Separa o meio intracelular do extracelular. Responsável pela constância do meio intracelular: controle da entrada e saída de substâncias da célula. Barreira seletiva. Sinalização celular (receptores). Canais de comunicação: estabelece conexões com outras células e com a matriz extracelular. Fixação ou movimentação da célula. Sistemas enzimáticos. Constituição: 1. Lipídios 2. Proteínas 3. Carboidratos Embora a organização molecular básica das membranas seja a mesma, há diferenças na composição química e nas propriedades biológicas das membranas de diferentes tipos celulares e organelas. ESTRUTURA : Modelo do Mosaico Fluido Duas camadas lipídicas, fluidas e contínuas onde se inserem moléculas protéicas. Duas regiões hidrofílicas e uma região hidrofóbica. Ao ME apresenta-se como uma estrutura trilaminar = unidade de membrana. Membrana plasmática: estrutura Singer e Nicholson (1972), o modelo do mosaico fluído. * Microscopia Eletrônica: estrutura trilaminar --> Unidade de membrana Membrana plasmática: estrutura Cell 1 Cell 2 Membrana plasmática: estrutura Grupamentos Não-polares Grupamentos polares - As duas camadas lipídicas permanecem unidas por meio de interações hidrofóbicas das cadeias apolares de cada camada. * A membrana plasmática é ASSIMÉTRICA tanto na composição de lipídios quanto nas proteínas, carga elétrica (fosfatidilserina), distribuição de glicolipídios e glicoproteínas - Uma mesma membrana pode apresentar diferentes regiões funcionais (ex, microvilos de células epiteliais do intestino delgado). Membrana plasmática: estrutura Métodos de estudo - membrana plasmática ME Criofratura Fracionamento Análise de expressão de proteínas Membrana plasmática: estrutura Ultra-estrutura da MP: análise por criofratura Folheto interno (Protoplasmático) Folheto Externo Criofratura Membrana plasmática: estrutura Estudo por Crio-fratura Micrografia eletrônica de uma crio-fratura mostrando interior da membrana plasmática: face P (Protoplasmática) c/ maior número de partículas intramembranosas do que a face E (Externa). face E face P Membrana plasmática: estrutura Membrana plasmática: estrutura Unidade de membrana: estrutura trilaminar vista ao ME (demonstração por deposição de Tetróxido de Ósmio). Constituição: 1. Lipídios 2. Proteínas 3. Hidratos de carbono · Embora a organização molecular básica das membranas seja a mesma há diferenças na composição química e nas propriedades biológicas das membranas de diferentes tipos celulares e organelas. 1 – LIPÍDEOS Moléculas anfipáticas: *Uma extremidade hidrofílica (polar) – cabeça. *Outra hidrofóbica (apolar) – duas caudas de ácidos graxos. Principais tipos: . Fosfolipídeos: contém radical fosfato Fosfoglicerídeos (4 tipos principais). Esfingolipídeos (fosfatidilinositol: sinalização celular). . Glicolipídeos Hidratos de carbono (carboidratos açúcares). Os mais abundantes nas células animais são os Glicoesfingolipídeos (Componentes de muitos receptores celulares de superfície). . Colesterol Presente em células animais, as vegetais têm outros esteróis. Membrana plasmática: constituição Composição Química de Membranas: Lípides 1. Fosfoglicerídeos: fosfatidilcolina*, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina. Cabeça polar hidrofílica Calda apolar hidrofóbica Composição Química de Membranas: Lípides 2. Esfingolípides: esfingomielina 3. Colesterol Lípides de membrana: Independente do tipo são ANFIPÁTICOS Lipídeos possuem distribuição ASSIMÉTRICA Glicolípides: apenas folheto externo Fosfatidilserina: folheto interno Características da Bicamada Lipídica Membrana plasmática: estrutura Síntese de proteínas da Membrana plasmática * Síntese e secreção de proteínas da membrana plasmática: 1) Síntese no RER; 2) Transporte por vesículas ao CG 3) Modificações estruturais adicionais no CG 4) Transporte por vesículas para a MP. •Embora existam diferenças entre os lipídios que influem nas propriedades da membrana, a atividade metabólica da mesma depende principalmente de suas proteínas. Fluidez da membrana plasmática FLUIDEZ DA MEMBRANA É DEPENDENTE DE: Composição Temperatura Algumas células conseguem alterar a proporção das duplas ligações (em hidratos de carbono nos ácidos graxos) de acordo com variações de temperatura para manter a fluidez e assim sua homeostasia. Lipídios se movem lateralmente dentro de sua monocamada com velocidade alta (difusão lateral). Entretanto, uma molécula da monocamada interna raramente troca de lugar com um da camada externa e vice versa, esse movimento é chamado de Flip-Flop. As proteínas de membrana têm difusão rotacional e lateral As proteínas se movem facilmente entre os lipídios. Algumas proteínas ficam presas ao citoesqueleto e não se movimentam. FLUIDEZ Movimento de Rotação Movimento Lateral (107 vezes/seg) Flip-flop (raro; flipases) Características da Bicamada Lipídica Fluidez pode ser alterada por temperatura, insaturação e tamanho das caudas hidrofóbicas de ác. Graxos, e presença de colesterol + duplas, + fluida menor, + fluida Características da Bicamada Lipídica Deformação Características da Bicamada Lipídica Fluidez da Membrana plasmática Evidência experimental demonstrando a fluidez da membrana celular A) Dois tipos de células (uma marcada e outra não-marcada)… B)…foram induzidas a se fundirem. C) Minutos após a fusão celular, as moléculas marcadas (em amarelo) se espalham por toda a superfície da (nova) célula fundida. Demonstração dos movimentos das proteínas na bicamada lipídica Restrição dos movimentos das proteínas na bicamada lipídica Permeabilidade de uma bicamada lipídica Difusão passiva Transporte mediado por proteínas Tipos de proteínas transportadoras Bombas Transporte ativo Bombeiam íons e pequenas moléculas, contra um gradiente de [ ], às custas de ATP Canais iônicos Transporte passivo movem íons e água (seleção por tamanho e carga), a favor de um gradiente de [ ], sem gasto de energia Transportadores Transporte passivo ou acoplado Movem grande variedade de íons e moléculas específicas a favor ou contra um gradiente de [ ]. Neste último o transporte é acolpado a um processo energeticamentefavorável. Canal Iônico Sistema de Biomembranas Membrana Plasmática: Composição Química Singer e Nicholson (1972), o modelo do mosaico fluído. Proteínas da membrana plasmática 2 – PROTEÍNAS Cada tipo de membrana tem suas proteínas características, principais responsáveis pela sua função e caracterização. * A orientação dessas proteínas na membrana é fixa devido ao seu modo de inserção e à função de seus domínios citoplasmáticos e não citoplasmáticos. 2 tipos principais Integrais (intrínsecas) Firmemente associadas aos lipídios 70%, maioria das enzimas * Transmembrana: Atravessam inteiramente a camada lipídica uma única vez. * Transmembrana de passagem múltipla: Atravessando a membrana em vários pontos. Periféricas (extrínsecas) Fracamente associadas aos lipídios * Prendem-se aos lipídios da face interna ou externa da membrana por diversos mecanismos e freqüentemente elas se fixam a moléculas glicosiladas de fosfatidil inositol (glicosilfosfatidilinositol – GPI). Principais tipos de proteínas: 3 proteínas extensamente estudadas: Proteínas da membrana plasmática Espectrina: Proteína associada ao citoesqueleto, não covalentemente associada a face citoplasmática da membrana da hemácea forma uma trama que confere a morfologia bicôncava da hemácea e aumenta sua capacidade de aguentar pressão enquanto passa pelos capilares (defeitos nessa proteína podem causar anemia). Glicoforina: Glicoproteína transmembrana com estrutura similar de outras classes de interesse – receptores - serve de modelo para estudos dessas outras. Banda 3: Proteína transmembrana de passagem múltipla; transportadora de ânions, auxilia na respiração - processo de carreamento do CO2. 3) GLICOCÁLICE Região da membrana rica em hidratos de carbono ligados a proteínas ou a lipídios Funcionalmente importante Composição não é estática Varia de um tipo celular pra outro e na mesma célula, varia de acordo com a atividade funcional da célula em determinado momento. * Elo de união funcional e dinâmico de uma célula com outra ou com a matriz extracelular dos tecidos. Ex: Microfilamentos de actina + vinculina + proteína intrínseca da membrana 140Kd + Fibronectina + regiões da matriz extracelular = Fibronexus Hidratos de carbono da Membrana Plasmática Porções glicídicas dos glicolipídios + Glicoproteínas integrais ou secretadas e adsorvidas na membrana + Proteoglicanas secretadas e adsorvidas na membrana Constituição do Glicocálice Glicocálice Funções: Adesão celular Reconhecimento celular Inibição por contato ... Glicocálice - O glicocálice apresenta-se como um denso tapete formado por filamentos finos entremeados, cobrindo as microvilosidades. - Esta camada de glicocálice é observada tanto na superfície, como nos lados das microvilosidades, por entre elas. - No canto inferior direito, onde duas células estão próximas, suas microvilosidades são mantidas separadas pelo glicocálice que as reveste. Glicocálice no epitélio intestinal. Aumento 65 000 X. -Microvilosidades com membrana plasmática e citoplasma finamente granular em seu interior. - Glicocálice sob a forma de material filamentoso ramificado. -Unidade trilaminar de membrana (figura inferior). Glicocálice no epitélio intestinal. Aumentos 200 000 X e 240 000 X. - Protege a superfície das células de possíveis lesões; - Proteção química da membrana celular ao ataque de proteases - Proteção contra ressecamento e lubrificação da superfície celular: camada altamente hidratada devido aos açúcares - Confere viscosidade às superfícies celulares, permitindo o deslizamento de células em movimento como, por exemplo, as células sangüíneas; - Apresenta propriedades imunitárias, por exemplo os glicídios do glicocálix dos glóbulos vermelhos que apresentam os antígenos próprios dos grupos sangüíneos do sistema sangüíneo ABO; - Intervém nos fenômenos de reconhecimento celular, particularmente importantes durante o desenvolvimento embrionário. - A inibição do crescimento celular por contato depende de glicoproteínas do glicocálice. Se tais proteínas forem perdidas ou modificadas, como acontece em alguns tumores malignos, mesmo o glicocálice ainda existindo, esta função será comprometida. - Nos processos de adesão entre óvulo e espermatozóide. Importância do glicocálice Funções do Glicocálice - ex 1 reconhecimento célula-célula e adesão celular: Funções do Glicocálice – ex 2 Determinação antigênica Ex: especificidade do sistema sanguíneo ABO ligação de hormonas, toxinas, vírus e bactérias Funções do Glicocálice – ex 3 Funções do Glicocálice – ex4 inibição por contato: inibição do movimento ou da proliferação das células normais resultante do contato célula à célula Especializações e Junções Intercelulares da Membrana Plasmática Especializações e junções da Membrana plasmática - Projeções da superfície celular em forma de dedo de luva. - Contém numerosos filamentos de actina (responsáveis pela manutenção da forma dos microvilos). - Aumentam a superfície de absorção das células. Ex: intestino delgado (Células prismáticas), rins (células do TCP). - filamentos de actina. - borda estriada (vista ao MO) Microvilos (ou microvilosidades) Especializações da Membrana plasmática Microvilos Microvilos: observe os feixes de filamentos dispostos paralelamente. Célula intestinal (delgado) especializada para a absorção de nutrientes. --> Os microvilos têm a função de aumentar a área absorvente. Cílios e Flagelos Especializações da Membrana plasmática - Prolongamentos longos dotados de motilidade, presentes na superfície de algumas células epiteliais. - Estão inseridos em corpúsculos basais (que são estruturas eletrodensas situadas no ápice da célula). - Microtúbulos - OBS.: a estrutura dos corpúsculos basais é semelhante aos dos centríolos (veremos na aula de citoesqueleto !!) Flagelos: geralmente únicos e longos são encontrados, no corpo humano, apenas nos espermatozóides. - Prolongamentos longos que aumentam a superfície de algumas células epiteliais. - Não possuem a estrutura nem a capacidade de movimento dos cílios verdadeiros. - Ramificam-se frequentemente, e são mais compridos que os microvilos. Ex: Epidídimo (contribuem para o processo de maturação do espermatozóide); Estereocílios Especializações da Membrana plasmática - Encontrado tb em células sensoriais do ouvido interno e da retina. Aula prática: Estrutura trilaminar (ao MET) da membrana plasmática Membrana plasmática ao ME de transmissão. Observe duas unidades de membrana (aspecto trilaminar) separados por um espaço intercelular. Microvilosidades cortadas transversalmente em célula intestinal mostrando unidade de membrana Aula prática: faces E e P; glicocálice, microvilos Crio-fratura mostrando interior da membrana plasmática: face P c/ maior número de partículas intramembranosas do que a face E. face E face P MET mostrando glicocálice em célula abosrtiva intestinal. FUNÇÕES: Zônula oclusiva (Junções impermeáveis): -Promover vedação entre as células. Junções aderentes (Zonula de adesão e Desmossomos): - Unir as células umas as outras e à matriz extracelular. Junções comunicantes (Gap-junctions) - Estabelecer comunicação entre as células. Junções Intercelulares 1) Zônula oclusiva 2) Zônula de adesão 3) Desmossomos 4) Junções comunicantes Estruturas associadas à membrana plasmática que contribuem para a coesão e comunicação entre as células. Complexo Juncional Estruturas Juncionais Estruturas Juncionais - Faixa contínua em tornoda porção apical de certas células epiteliais. - Os folhetos externos das MPs das células vizinhas se fundem vedando o espaço intercelular. - Veda o trânsito de moléculas e íons por entre as células. - Forma compartimentos funcionalmente separados 1 - Junção oclusiva A) depressões, e B) saliências observadas por criofratura. Célula epitelial do intestino. Zônula oclusiva / Zônula de oclusão / Tight Juntions a | Freeze-fracture replica electron microscopic image of intestinal epithelial cells. Tight junctions appear as a set of continuous, anastomosing intramembranous particle strands or fibrils (arrowheads) on the P face with complementary vacant grooves on the E face (arrows). (Mv, microvilli; Ap, apical membrane; Bl, basolateral membrane.) Scale bar, 200 nm. b | Ultrathin sectional view of tight junctions. At kissing points of tight junctions (arrowheads), the intercellular space is obliterated. c | Schematic of three-dimensional structure of tight junctions. Each tight-junction strand within a plasma membrane associates laterally with another tight-junction strand in the apposed membrane of an adjacent cell to form a paired tight-junction strand, obliterating the intercellular space (kissing point). -Dispor-se em cinturão (belt) ao redor do corpo da célula, fazendo a união desta com várias células vizinhas. Nesta junção o citoesqueleto ancorado é composto de microfilamentos de actina. - Material granular entre as membranas (caderina). - São sensíveis aos níveis de Ca++. - Encontrada em diversos tipos de tecido. 2 - Zonula de adesão - Placa arredondada, descontínuo. - Constituído pelas membranas de duas células vizinhas. - Material granular entre as membranas: caderina (glicoproteína transmembrana) - Na face citoplasmática do desmossomo placa elétrondensa (inserem-se os filamentos intermediários = tonofilamentos). - Representam locais onde o citoesqueleto (através dos tonofilamentos) se prende à membrana celular - elo de ligação do citoesqueleto com as células vizinhas. - Composição molecular complexa (no citossol e entre as membranas): desmoplaquinas I e II, desmocalmina, queratocalmina, caderina (desmogleína e desmocolina). - A função dos desmossomos depende da presença de caderina nas membranas e de Ca++. - Frequentes em células submetidas à tração (p.ex., epiderme). 3 - Desmossomo Especializações basais: Hemidesmossomo Epitélio sobre uma membrana não-celular (lâmina basal) Filamentos que prendem as células epiteliais à matriz extracelular. Diferenças protéicas: Não possuem desmogleína, porém Integrina. Uma das proteínas de filamentos intermediários Especializações basais - Hemidesmossomo Lâmina basal - Não visível ao MO com colorações de rotina, exceto: - Em lâminas basais de glomérulo renal e túbulos renais. - Nos glomérulos, a membrana basal além de ter uma função de suporte, tem um papel importante na filtração do plasma. (coloração: Picro-sírius-Hematoxilina) - Estabelece comunicação entre as células. - Cada junção é constituída por um conjunto de tubos protéicos paralelos (conexons) que atravessam a membrana de duas células. - Cada conexon é formado pela união de tubos menores: conexinas. - Epitélios de revestimento, glandular, muscular liso, muscular cardíaco, células nervosas. 4 - Junção comunicante (Gap Junction) - passam pelo poro: nucleotídeos, aa, íons, cAMP, e outras moléculas de baixa massa molecular. - o canal é aberto ou fechado sob estímulo próprio: é dependente de íons Ca++. Gap-junctions R E S U M O The End Extras Membrana plasmática Estrutura da membrana plasmática Estrutura trilaminar (ME): unidades de membrana http://www.the-aps.org/education/lot/cell/picute.htm Lipídeos possuem distribuição ASSIMÉTRICA - Variam comparando-se as monocamadas - Variam comparando diferentes membranas - Variam comparando-se diferentes células Comparação de monocamadas externa e interna Glicolípides: apenas externamente Lipid rafts Influências sob a fluidez da membrana: -Temperatura -Presença de insaturações nas caudas hidrofóbicas -Tamanho das caudas hidrofóbicas -Presença de colesterol + duplas, + fluida menor, + fluida Presença de colesterol Diminui a permeablidade Fluidez alterada de acordo com a temperatura -37oC: diminui a fluidez -baixas temp: aumenta a fluidez [GK??] Proteínas importante componente funcional >Interações com matriz extracelular >Interações com meio intracelular(citoesqueleto) >Transdução de informações para o interior da célula Funções gerais Interações das proteínas com a bicamada lipídica Transmembrana – passagem única / passagem múltipla Ancoradas por lipídeos – GPI Periféricas
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