6 Membrana UFRJ

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QUAIS SÃO AS VÁRIAS FUNÇÕES DA MEMBRANA?
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Isolam a célula do ambiente
Formado por lipídeos e proteínas
Não pode ser visto em microscopia ótica
O isolamento do meio não pode ser completo!
Quais as características que uma 
“boa membrana” deve possuir?
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Funções da membrana celular
 Delimitação da célula e de organelas
 Transporte específico de moléculas (seletividade)
Permitir a entrada de nutrientes e saída de excretas
 Síntese de ATP
 Transmissão de sinais elétricos (nervos e músculos)
 Comunicação entre meio interno e externo
 Possibilitar mudança de forma para permitir função celular (adesão e migração)
Sensores para condições do meio externo (transdução de sinal )
 Tráfego de vesículas
Ao ser rompida, geralmente ela se refaz
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Apesar de serem todas 
duplas membranas,
cada uma delas apresenta
diferentes características
ESTA ESTRUTURA
 É FIXA???
DE QUE É FORMADA?
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Observações de de Charles Overton (zurich) entre 1895-1900
Estudava a entrada de diferentes substâncias dentro das células
E viu que sempre que eram adicionados grupamentos polares ás
 substâncias, estas entravam menos na célula
Substancias apolares entravam mais facilmente
SUGERIA A IDÈIA DE UMA BARREIRA FORMADA DE LIPÍDEOS
Em 1933 Finns, Collander e Barlund confirmaram que a barreira era composta de lipídeos
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LIPÍDEOS E PROTEÍNAS
30% DE GENES CONTÉM 
INFORMAÇÃO PARA 
PRODUÇÃO DE PTNS
DE MEMBRANA 
10 9 MOLÉCULAS NA 
MEMBRANA PLASMÁTICA
Microscopia eletrônica
de membrana de uma
Hemácia 
5nm
1nm= 10 -3 mm=10 -9 m
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Lipídeos da membrana
ANFIPÁTICOS
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Lipídeos da membrana
ANFIPÁTICOS
PARTE ANTIPÁTICOS 
Á AGUA
HIDROFÓBICOS
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Lipídeos da membrana
ANFIPÁTICOS
PARTE SIMPÁTICA 
À ÁGUA
HIDROFÍLICA
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Lipídeos da membrana
ANFIPÁTICOS
FOSFOLIPÍDEOS
PARTE INTERAGE BEM 
COM A ÁGUA
HIDROFÍLICA
Cabeça polar
PARTE NÃO INTERAGE 
COM A AGUA
HIDROFÓBICOS
CAUDA DE
HIDROCARBONETO
Vários tipos de moléculas anfipáticas na membrana
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Figure 10-2 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Exemplos de um fosfolipídeos de membrana
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As porções hidrofílicas dos lipídeos podem ser açúcares= glicolipídeos
colesterol
galactose
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Moléculas polares forma interações com 
Água que também é polar
Moléculas hidrofóbicas se organizam
de forma diferente
Como é possível arrumar estas moléculas de forma 
estável se cada parte “quer “uma coisa?
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Figure 10-7 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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		Modelo de Bi-camada lipídica
Gorter e Grendel-Universidade de Leiden –Holanda-1925
Utilizaram hemacias= células uniformes, sem núcleo
		 fácil obtenção
		 forma uniforme que permitia o cálculo de sua superfície
		 todas do mesmo tamanho
		 sabendo quantas células utilizou no início poderia saber 
		 a superfície total....
Isolaram lipídeos e os colocaram sobre uma superfície aquosa de área conhecida
Sabiam que os lipídeos repelem agua e assim suas porções hidrofílicas ficariam em 
contato com a água enquanto que a porção hidrofóbica ficaria voltada para o ar
O que descobriram foi que a área ocupada pelos lipídeos era .........?????????
	 
1 ML DE SANGUE TEM 4.74x106 HEMACIAS
ÁREA DE 1 HEMÁCIA= 99,4mm2 ou seja 0,0994m2 
0,0994x 4.74x106= 0,47m2
Ao extrairem lipídeos e medirem a superficie obtiveram 
uma área de 0,92m2
CONCLUSÃO??????
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Figure 10-7a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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Figure 10-8 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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Figure 10-9b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
 LIPOSSOMAS
pequenas estruturas 
podem ser Formadas e laboratório
utilizadas em Pesquisa para “carrear” algo para
dentro da células
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Figure 10-11 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
A membrana não é estática!!!!!
Mudanças em temperatura
Composição da membrana
Podem alteram este fluidez
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A fluidez depende da composição
Tamanho da cauda de hidrocarbonetos varia de 14 a 24 átomos de carbono
Mais comum-18 a 20
Insaturação da cauda (número de ligações duplas que contém) – quanto mais ligações
Duplas, menos “reta” é a cadeia, mais dificil de empacotar, mais fuída a membrana é
Óleos vegetais-mais insaturados,mais liquidos
Quanto mais similares foram as caudas, mais bem empacotadas elas ficarão
MAIS FLUIDA OU MENOS FLUIDA?????
 
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Figure 10-12 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
O nível de saturação das cadeias de ácido graxo 
torna a membrana mais fluida e mais fina
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Table 10-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Gorduras vegetais- geralmente são insaturadas-mais fluídas-óleos vegetais líquidos
COLESTEROL AUSENTE EM PLANTAS, LEVEDURAS E BACTÉRIAS
Gorduras Animais- mais gorduras saturadas-sólidas a temp ambiente
COLESTEROLDIMINUI A FUIDEZ POIS PREENCHE “ AS LACUNAS” ENTRE OS
 FOSFOLIPIDEOS QUE APRESENTAM “DOBRADURAS”
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Modelos de membrana celular (1966-1972)
DAVSON –DANIELLI-ROBERTSON
Modelo de uma bicamada de fosfolipideos revestida por proteínas em ambas as faces por uma monocamada de proteínas não enoveladas
COMO ESTES LIPÍDEOS E PROTEÍNAS SE DISTRIBUEM 
NA MEMBRANA?
Para penetrar na célula uma substância teria que passar por 3 etapas
diferentes moléculas atravessavam com diferentes velocidades
 
Outros pesquisadores não conseguiram estabelecer uma correlação entre 
polaridade com a entrada na célula e propuseram a presença 
de poros nesta membrana sugerindo que esta seria como uma peneira.
FORA
DENTRO
1-
2-
3-
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Modelos de membrana celular (1966-1972)
Em 1972, Singer propôs uma 1ª versão do modelo de mosaico fluido em que proteínas integrais de membranas estariam inseridas em uma bicamada lipídica.
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A membrana plasmática é assimétrica
fosfatidilserina fosfatidiletanolamina
Fosfatidilcolina esfingomielina
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Enzimas envolvidas na translocação de fosfolípídeos 
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Componentes lipídicos de membranas
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Modelos de difusão e formação de domínios em mebranas
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As organelas apresentam composições lipídicas particulares
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A distribuição dos lipídeos na membrana varia 
entre as organelas e as camadas lipídicas
PC-fosfaditilcolina
PE-fosfatidiletanolamina
SM-esfingomielina
PS-fosfatidilserina
GSL-glicoesfingolipídeos
DAG-diacilglicerol
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Fosfatidilserina
 cofator de várias proteínas através de interações eletrostáticas e/ou hidrofóbicas. 
 Ativação de proteínas:
PKC, fator de coagulação, Na/K ATPase, sinaptotagmina, Raf-1, NOS, dinamina-1, diacilglicerol cinase e esfingomielinase neutra.
 precursor de lisofosfatidilserina, um mediador lipídico em várias condições patológicas
Externalização de PS
 ativação da cascata de coagulação e agregação de plaquetas
 exposição nos contatos célula-célula importante para desenvolvimento de músculo esquelético
reconhecimento de células apoptóticas por fagócitos
 exposição em células tumorais
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MICRODOMÍNIOS DE MEMBRANA (RAFTS)
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Figure 10-39 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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Figure 10-28b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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Figure 10-19 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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Figure 10-20 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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Figure 10-21 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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Figure 10-25 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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Figure 10-26 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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Figure 10-27 Molecular Biology of theCell (© Garland Science 2008)
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Microdomínios de membrana como plataformas de sinalização intracelular
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Figure 10-17a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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Figure 10-41a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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Figure 10-41b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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Figure 10-42 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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Função de microdomínios na sinalização intracelular
As membranas revestem e delimitam a célula e todas as organelas permitindo a compartimentalização de macromoléculas em ambientes restritos de maneira a permitir e otimizar a realização de funções determinadas. Nesta figura temos representadas as membranas da célula, do aparelho de Golgi, RE, mitocôndria, peroxisoma, cloroplasto... e em todos estes casos a membrana é composta por uma bicamada lipídica. 
A criação de um envelope lipídico que forma a base estrutural comum a todos os organismos foi um passo crucial na evolução da vida.
Entre várias funções que a membrana exerce, podemos citar a delimitação de compartimentos específicos. A membrana é uma barreira relativamente impermeável a moléculas solúveis e o transporte de moléculas se dá através desta barreira através de diferentes mecanismos que depende da composição da cada membrana. Por exemplo, o transporte de íons como Cl-, Na+, Ca2+ se dá através de canais iônicos com seletividade específica para cada um destes íons. A seletividade regulada a íons é responsável pela formação de gradientes iônicos que são fundamentais pra geração de ATP e de transmissão de sinais elétricos. Além disso, na membrana, estão localizadas diversas proteínas que são responsáveis por conectar o citoesqueleto celular com a matriz e o ambiente extracelular, permitindo a localização correta daquela célula no espaço, da migração celular e outros processos. Na membrana estão também os sensores do meio externo, em sua maioria proteínas, que reconhecem sinais do meio extracelular como, hormônios, produtos microbianos, etc que desencadeam respostas celulares importantes para os diversos processos celulares, como proliferação, diferenciação, morte celular, produção e secreção de produtos determinados.
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Modelos de organização da membrana celular começaram a ser elaborados na década de 60. O primeiro modelo proposto foi o de uma bicamada de fosfolipideos revestida por proteínas em ambas as faces por uma monocamada de proteínas não enoveladas. O modelo de Benson já previa uma membrana composta por sub-unidades de lipoproteínas constituídas por cadeias de ácido graxo e de polipeptídeos, sendo que os grupamentos iônicos dos lipídeos e das proteínas estavam confinados na superfície celular. Em 1972, Singer propôs uma 1ª versão do modelo de mosaico fluido em que proteínas integrais de membranas estariam inseridas em uma bicamada lipídica.
Modelos de organização da membrana celular começaram a ser elaborados na década de 60. O primeiro modelo proposto foi o de uma bicamada de fosfolipideos revestida por proteínas em ambas as faces por uma monocamada de proteínas não enoveladas. O modelo de Benson já previa uma membrana composta por sub-unidades de lipoproteínas constituídas por cadeias de ácido graxo e de polipeptídeos, sendo que os grupamentos iônicos dos lipídeos e das proteínas estavam confinados na superfície celular. 
A membrana celular é assimétrica em relação à composição lipídica, o que tem grande importância para a regulação de diversos processos bioológicos através da interação de cada um dos fosfolipídeos com outras moléculas. Por exemplo, a PS encontra-se na face citosólica das membranas plasmáticas de células viáveis. A PS, assim como a PE presnte preferencialmente na face citosólica da membrana tem a propriedade de regular a atividade de algumas proteínas celulares.
 é um PL carregado negativamente e parece Em algumas situações particulares, este fosfolipídeo aparece na face externa da membrana. Isso ocorre em células que entram em apoptose é a PS serve como um dos sinais para a eliminação destas células por fagócitos, em plaquetas ativadas promovendo a coagulação, em uropódios de neutrófilos, o que é importante para a migração destas células 
Non-bilayer lipids like PtdEtn and cardiolipin (CL) may also be used to accommodate membrane proteins and modulate their activities6,7 PS também modula atividade de proteínas.
E como que a PS, ou outros fosfolipídeos mudam de camada lipídica em situações determinadas, quando as taxas de translocação de lipídeos entre as camadas lipídicas são tão baixas? Em membranas artificiais os lipídeos arranjam-se simetricamente e movimento transcamada é muito lento. Isso levou à suposição de que a translocação de fosfolipídeos é um processo que requer a existência de fatores presentes em membranas biológicas, e que este processo requer o consumo de energia. Como a translocação é sensível a reagentes que modificam proteínas, assumiu-se que deveriam existir enzimas que realizassem este trabalho. Hoje conhece-se 3 famílias de prote[inas envolvidas na translocação de lipídeos entre as camadas da membrana celular: a família das flipases que catalisam o transporte da face extracelular para a face citosólica; a família das flopases que promovem o transporte no sentido inverso; e a família das scramblases que movem lipídeos aleatoriamente entre as duas camadas através de transporte bidirecional.
A composição molecular e a organização da membrana é fundamental para o cumprimento destas funções. Os principais componentes das mebranas são os lipídeos e as proteínas, sendo a proporção de cada em torno de 50% da massa das membranas. Os lipídeos estão organizados em em bicamada lipídica e as proteínas estão inseridas ou ancoradas nesta bicamada. 
O modelo do mosaico fluido foi elaborado a partir de experimentos em que se marcavam ptns de membrana com anticorpos conjugados à ferritina. Nestes exp mostrou-se que ao longo do tempo agregados iniciais de proteinas dispersavam-se nas membranas. Esse modelo sugeria então que a membrana não apresentava uma organização lateral. 
Isso seria verdade em uma situação em que se imagina que os constituintes de uma membrana não tem afinidade diferencial entre si, que é o que se vê na parte superior da figura (em azul). Se a molécula branca tem igual afinidade pela molecula branca e pela molecula azul, ao longo do tempo as moleculas azuis, inicialmente agrupadas em um dominio azul, combinam-se com moleculas brancas sem gasto energetico, e assim se dispersam aleatoriamente, combinando-se com moleculas brancas ou azuis, formando uma membrana homogênea quanto à distribuicao destas moléculas. (B) No entanto, se a formação de de determinados pares é energeticamente favorável, ao longo do tempo, a formação de domínios vai ser favorecida. Esta foi a uma das adaptações importantes no modelo que se tem hoje de membrana. Existe uma organização lateral que depende da afinidade diferencial entre os diversos componentes da membrana. Alguns mecanismos celulares contribuem para a geração de dominios diversos na membrana como a gente vai ver ao longo da aula. A organização lateral de membranas celulares é necessária para orquestrar a especialização de membrana.
O que a gente está vendo então é que os diferentes lipídeos têm características bioquímicas únicas que têm um papel funcional na membrana. A funcionalidade dos lipídeos é determinada pelas concentrações locais de cada um na membrana, o que varia entre as organelas.
Os fosfolipídeos e esteróis não são distribuídos homogeneamente entre as principais organelas. Em células eucarióticas, a síntese de lipídeos estruturais é geograficamente delimitada. O metabolismo de lipídeos local é o primeiro fator determinante da composição particular das organelas.
A principal organela de biossíntese de lipídeos é o RE que produz a maior parte dos fosfolipídoes e colesterol. Apesar de ser o principal sítio de síntese decolesterol, os níveis de colesterol no RE são baixos porque ele é rapidamente transportado para outras organelas. A grande flexibilidade do RE a que eu me referi a pouco é consistente com o papel de inserção e transporte de lipídeos e proteínas recém sintetizados. O lumen do Golgi é o sítio de síntese de SM e de glicosfingolipídeos complexos (GSLs). A mitocôndria sintetiza em torno de 45% dos seus lipídeos autonomamente. A membrana plasmática, os endosomos e os lisossomos dependem completamente do transporte lipídico de outras organelas que são ativamente engajadas na síntese. 
E como os lipídeos assumem determinadas posições na membrana? The matrix of cellular membranes is the classic fluid lipid bilayer, and as vesicular transport is
bidirectional and fast as compared to the turnover of membrane components, one important question is how cells maintain the identities of the membranes of their organelles. Cellular membranes contain hundreds of lipid species that differ in their polar headgroups and fatty tails.
A funcionalidade dos lipídeos é determinada pelas concentrações locais de cada um na membrana, o que varia entre as organelas, entre as duas camadas lipídicas da membrana e mesmo no plano lateral da membrana.
The lipid compositions of individual membranes can be further stratified with respect to the orientation of the lipid to the cytosol. Whereas all lipids are symmetrically distributed between the two leaflets of the ERmembrane bilayer, the Golgi, plasma and endosomal membranes display an asymmetric lipid distribution with SMand GSLs on the non-cytosolic (luminal side), with PtdSer and PtdEtn enriched in the cytosolic leaflet34,35. The asymmetric distribution of lipids has important functional consequences. 
Figure 3 | Mechanisms for generating asymmetric lipid distribution. As lipids move from the endoplasmic reticulum (ER) to the Golgi, plasma membrane and into endosomes, intrinsic lipid transporters dictate the phospholipid distribution across the bilayer. a | In the ER, non-specific transbilayer equilibration of phospholipids has been demonstrated, and the membrane exhibits a nearly symmetric lipid distribution between bilayer leaflets. b | In the Golgi, P4 ATPases translocate phosphatidylserine (PtdSer; PS) and phosphatidylethanolamine (PtdEtn; PE) to the cytosolic face. Sphingomyelin (SM) is produced by SM synthase from ceramide (Cer) on the luminal side. Neither phosphatidylcholine (PtdCho; PC) nor SM molecules that are resident in the luminal leaflet are transported to the cytosolic face. Thus, asymmetry in the Golgi is generated by the specific transport of PtdSer and PtdEtn and lack of transport of SM and PtdCho. In SM synthesis, PtdCho is converted to diacylglycerol (DAG), which freely equilibrates across bilayers. DAG can serve as a substrate for the Golgi cholinephosphotransferase isozyme, the product of which is PtdCho. c | At the plasma membrane, P4 ATPases transport PtdSer andPtdEtn to the cytosolic face, with little or no transport of PtdCho or SM to the cytosolic face under basal conditions. This homeostatic distribution can be disrupted by activation of scramblase and/or inhibition of the P4 ATPases. d | Within endosomes, fluorescently labelled PtdCho and SM and glycosphingolipids (GSLs) were shown to be restricted to the luminal leaflet by a lack of specific transport mechanisms. P4 ATPases are recycled through endosomes123.
PS predominantly resides at the plasma membrane. It has not been elucidated how PS chooses the target organelle, i.e.,
the mitochondria and plasma membrane, after synthesized in the ER. Deducing from the amino acid sequences, one possibility which has been pointed out is that PSS1 and PSS2 might synthesize PS in different leaflets of the ER membrane. 25,26) It may be that a difference in the PS synthetic pathway in ER is reflected in the subsequent transport of this phospholipid between organelles.
De novo synthesis of lipids mainly takes place at the luminal surface of ER or Golgi apparatus, and newly synthesized lipids
move to the plasma membrane by vesicular transport. Therefore,some machinery for transbilayer movement of membrane
lipids is necessary to account for the plasma membrane asymmetry. In certain cells, such as activated platelets and
cells in the process of apoptosis, collapse of the membrane lipid asymmetry is observed, with the appearance of PS on
the cell surface.
Neste esquema nós temos então a representação de um microdomínio de membrana, com PL e colesterol arranjados de uma maneira compacta e ordenada em uma região da membrana que é, portanto mais espessa. Nesta região encontram-se proteínas com propriedades particulares que conferem afinidade por microdomínios.
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Falando dos microdomínios de membrana especificamente, quais as funções que seriam atribuídas a eles? Uma função que estamos falando otempotodo o de segregação de moléculas em um compartimento específioc. Isto tem uma conseqüência importantíssima para a sinalização celular. Acredita-se que o papel mais importante de rafts na superfície celular sej ao de funcionar como plataformas para às quais são recrutadas diversas proteínas de sinalização intracelular. Neste exemplo temos receptores que não residem em rafts, mas que são recrutados para rafts após interação com seus ligantes. A ativação de receptores em rafts pode ser crucial para o recrutamento de proteínas em um microambiente protegido de enzimas que não residem em rafts como fosfatases de membrana. A sinalização pode ser regulada por cinases e fosfatases locais de uma maneira ocntrolada e que resulta em uma sinalização eficiente. 
The most important role of rafts at the cell surface may be their function in signal transduction (TABLE 3). It is well established that, in the case of tyrosine kinase signalling, adaptors, scaffolds and enzymes are recruited to the cytoplasmic side of the plasma membrane as a result of ligand activation38. One way to consider rafts is that they form concentrating platforms for individual receptors, activated by ligand binding. If receptor activation takes place in a lipid raft, the signalling complex is protected from non-raft enzymes such as membrane phosphatases that otherwise could affect the signalling process. In general, raft binding recruits proteins to a new micro-environment, where the phosphorylation state can be modified by local kinases and phosphatases, resulting in downstream signalling.
The idea of signal transduction through membrane microdomains was developed only when growth factor receptor tyrosine kinase was shown to be inhibited by surrounding gangliosides (Bremer et al. 1984), and when Src family kinase activity was found to be associated with GPI-anchored receptors (Stefanova et al. 1991)
Figure - Model of the role for lipid rafts in B-cell activation. In resting B cells, the B-cell receptor (BCR) is excluded from rafts, which concentrate the Src-family
kinase Lyn. Most other membrane proteins are also excluded from rafts, including the negative regulators of B-cell function CD22 and CD45. In the absence of
antigen, the BCR monomer has a weak affinity for the rafts, but multivalent antigen binding oligomerizes the BCR, increasing affinity for the rafts. Stable residency in the
rafts results in association with Lyn, which phosphorylates the immunoreceptor tyrosine-based activation motifs (ITAMs) of the BCR, recruiting Syk and initiating
signalling cascades. The BCR might either be internalized directly from rafts or move laterally from rafts and then be internalized for the purpose of antigen processing
or downregulation. ITIM, immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif.
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Esta figura é para ilustar a a compartimetalização de moléculas em locais diferentes da células a partir de eventos de ligação de receptores com seus ligantes nos microdomínios de membrana.