Resumo Alberts CAP 10

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CAP 10: ESTRUTURA DA MEMBRANA 
 
A membrana plasmática circunda a célula, define seus limites e mantém as diferenças 
essenciais entre o citosol e o ambiente extracelular. Em todas as células, a membrana 
plasmática também contém proteínas que atuam como sensores de sinais externos, 
permitindo que as células mudem seu comportamento em resposta aos sinais ambientais, 
incluindo aqueles de outras células. 
Apesar de suas funções distintas, todas as membranas biológicas possuem uma 
estrutura geral comum: cada uma é uma fina película de moléculas de lipídeos (gordura) e 
proteínas unidas principalmente por interações não-covalentes. 
 A BICAMADA LIPÍDICA 
Fosfoglicerídeos, esfingolipídeos e esteroides são os principais lipídeos das 
membranas celulares 
Todas as moléculas lipídicas da membrana plasmática são anfifílicas, ou seja, possuem 
uma extremidade hidrofílica (polar) e outra hidrofóbica (apolar). 
Diferenças no comprimento e na saturação das caudas e dos ácidos graxos influenciam 
como as moléculas fosfolipídicas encaixam-se umas contra as outras, afetando a fluidez da 
membrana. 
Os principais fosfoglicerídeos das membranas das células de mamífers são a 
fosfatidiletalonamina, a fosfatidilserina e a fosfatildicolina. 
Além dos fosfolipídeos, a bicamada lipídica de muitas membranas celulares contém 
colesterol e glicolipídeos. 
Os fosfolipídeos formam bicamadas espontaneamente 
A forma e a natureza anfifílica das moléculas de fosfolipídeos causam a formação de 
bicamadas espontaneamente em ambientes aquosos. Neste arranjo, energeticamente mais 
favorável, as cabeças hidrofílicas voltam-se para a água da superfície da bicamada, e as caudas 
hidrofóbicas estão protegidas da água, voltadas para o interior. 
A bicamada lipídica é um fluido bidimensional 
Moléculas lipídicas individuais são capazes de se difundir livremente entre as bicamadas 
lipídicas. Mas raramente migram de um lado para o outro da monocamada. Esse processo, 
denominado flip-flop, ocorre menos de uma vez por mês em cada molécula. Por outro lado, 
moléculas lipídicas trocam de lugar rapidamente com suas vizinhas dentro de uma mesma 
monocamada. 
A fluidez de uma bicamada depende de sua composição 
Uma bicamada sintética feita de um único tipo de lipídeo muda do estado líquido para 
um estado cristalino rígido (ou gel) bidimensional em um ponto de congelamento 
característico. A temperatura na qual isso ocorre é mais baixa (isto é, a membrana torna-se 
mais difícil de congelar) se as cadeias de hidrocarbonos forem curtas ou possuírem pontes 
duplas. O colesterol também influencia nas propriedades da bicamada lipídica, ele faz com que 
a membrana não congele em temperaturas baixas e que não adquira fluidez excessiva em 
temperaturas altas. 
Apesar de sua fluidez, as bicamadas lipídicas podem formar domínios de composições 
distintas 
As moléculas lipídicas de células animais podem se reunir de forma transiente em 
domínios especializados, denominados balsas lipídicas. Os domínios das balsas são mais 
espessos do que as outras partes da bicamada e acomodam mais adequadamente certas 
proteínas de membrana. 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. 
A assimetria da bicamada lipídica é funcionalmente importante 
A composição dos lipídeos das duas monocamadas da bicamada lipídica de muitas 
membranas são surpreendentemente distintas. Há uma diferença significante nas cargas entre 
as duas metades da bicamada porque a fosfatidilserina, negativamente carregada, está 
localizada na monocamada interna. 
A assimetria lipídica é funcionalmente importante, especialmente na conversão de sinais 
extracelulares em intracelulares. 
Os animais exploram a assimetria dos fosfolipídeos de sua membrana plasmática para 
distinguir entre células vivas e células mortas. Quando uma célula animal sofre apoptose, a 
fosfatidilserina, que normalmente está confinada da monocamada citosólica, rapidamente se 
transloca para a monocamada extracelular. A fosfatidilserina exposta na superfície celular 
sinaliza para as células vizinhas, como os macrófagos, para fagocitar e digerir a célula morta. 
PROTEÍNAS DE MEMBRANA 
Embora a bicamada lipídica forneça a estrutura básica das membranas biológicas, as 
proteínas de membrana desempenham a maioria das funções específicas de membrana e, 
portanto, fornecem a cada tipo de membrana celular suas características e propriedades 
funcionais. 
As proteínas de membrana podem se associar à bicamada lipídica de várias maneiras 
As proteínas transmembrana, assim como os lipídeos, são anfifílicas, possuindo uma região 
hidrofóbica e uma hidrofílica. Suas regiões hidrofóbicas passam pela membrana e interagem 
com as caudas hidrofóbicas das moléculas lipídicas do interior da bicamada, onde são 
mantidas fora da água. Suas regiões hidrofílicas estão expostas à água nos dois lados da 
membrana. 
Outras proteínas estão localizadas inteiramente no citosol e estão associadas à monocamada 
citosólica. 
Algumas proteínas da membrana não se estendem para a porção hidrofóbica da bicamada 
lipídica: ao invés disso, elas ficam ligadas a uma das superfícies por interações não-covalentes 
com outras proteínas de membrana, são chamadas de proteínas periféricas de membrana. 
Os ancoramentos de lipídeos controlam a localização de algumas proteínas de 
sinalização da membrana 
A cadeia polipeptídica cruza a bicamada lipídica em uma conformação de hélice α na 
maioria das proteínas transmembrana 
Todas as ligações peptídicas da bicamada são dirigidas para a formação de ligações de 
hidrogênio, pois as ligações peptídicas são polares e há ausência de água. As ligações de 
hidrogênio entre as ligações peptídicas são maximizadas se a cadeia polipeptídica formar uma 
hélice α irregular na região que cruza a bicamada, e esta é a forma como a maioria dos 
segmentos de cadeias polipeptídicas que cruzam a membrana atravessam a bicamada. 
Nas proteínas transmembrana de passagem única, as cadeias polipeptídicas cruzam 
apenas uma vez, enquanto nas proteínas transmembrana de múltiplas passagens, a cadeia 
polipeptídica cruza a membrana várias vezes. 
As hélices α transmembrana frequentemente interagem umas com as outras 
Alguns barris β formam grandes canais transmembrana 
Ao contrario do que ocorre com as hélices α, as proteínas transmembrana de múltiplas 
passagens, que possuem seus segmentos transmembrana arranjados como barris β, são 
comparativamente rígidas e tendem a cristalizar facilmente. 
As proteínas do barril β são abundantes na membrana externa das mitocôndrias, dos 
cloroplastos e de muitas bactérias. A maioria das proteínas transmembrana de múltiplas 
passagens das células eucarióticas e na membrana plasmática bacteriana é formada por 
hélices α transmembrana. As hélices podem deslizar umas contra as outras, permitindo 
mudanças conformacionais na proteína que podem abrir e fechar os canais iônicos, 
transportar solutos ou transduzir sinais extracelulares em intracelulares. Por outro lado, nas 
proteínas de barris β, as ligações de hidrogênio ligam cada fita β rigidamente a sua vizinha, 
tornando pouco provável a ocorrência de mudanças conformacionais na parede do barril. 
Muitas proteínas de membrana são glicosadas 
Os carboidratos revestem a superfície de todas as células eucarióticas. Estes 
carboidratos ocorrem como cadeias de oligossacarídeos covalentemente ligadas às proteínas 
da membrana (glicoproteínas) e aos lipídeos (glicolipídeos). 
Os termos “glicocálice” ou “revestimento celular” algumas vezes são usados para 
descrever uma zona de superfície celular rica em carboidratos. Umas das muitas funções dessa 
camada é proteger a célula contradanos químicos ou mecânicos e manter outras células à 
distância, prevenindo interações indesejáveis proteína-proteína. 
As proteínas de membrana podem ser solubilizadas e purificadas em detergentes 
Quando misturadas às membranas, as extremidades hidrofóbicas dos detergentes se 
ligam às regiões hidrofóbicas das proteínas das membranas, onde deslocam as moléculas 
lipídicas como um colar de moléculas de detergente. Como a outra extremidade da molécula 
de detergente é polar, esta ligação tende a colocar as proteínas de membrana em solução 
com complexos proteína-detergente. 
A bacteriorrodopsina é uma bomba de prótons que atravessa a bicamada lipídica 
como sete hélices α 
A bacteriorrodopsina foi a primeira proteína de transporte de membrana a ter sua 
estrutura determinada. Sob luz intensa, cada molécula de bacteriorrodopsina pode bombear 
várias centenas de prótons por segundo. A energia armazenada no gradiente de H+ também 
conduz outros processos que requerem energia na célula. Assim, a bacteriorrodopsina 
converte energia solar em um gradiente de prótons, o qual fornece energia para a célula 
bacteriana. 
A estrutura da bacteriorrodopsina revelou muitas moléculas lipídicas que estão ligadas 
em locais específicos da superfície da proteína. Acredita-se que interações com lipídeos 
específicos auxiliem a estabilizar muitas proteínas de membrana, as quais atuam melhor e 
cristalizam mais facilmente se alguns dos lipídeos permanecem ligados durante a extração com 
detergente, ou se lipídeos específicos são novamente adicionados à proteína das soluções com 
detergente. 
As proteínas de membrana frequentemente atuam como grandes complexos 
As proteínas de membrana frequentemente são organizadas em grandes complexos, 
não somente para captar várias formas de energia, mas também para a transdução de sinais 
extracelulares em sinais intracelulares. 
Muitas proteínas de membrana difundem-se no plano da membrana 
Como a maioria dos lipídeos de membrana, as proteínas de membrana não saltam (flip-
flop) através da bicamada lipídica, mas giram sobre um eixo perpendicular ao plano da 
bicamada (difusão rotacional). Além disso, muitas proteínas de membrana são capazes de se 
mover lateralmente dentro da membrana (difusão lateral). 
As células podem confinar proteínas e lipídeos em domínios específicos em uma 
membrana 
A descrição da membrana como um grande mar de lipídeos, onde todas as proteínas 
flutuam livremente, é extremamente simplificada. Muitas células condenam as proteínas de 
membrana em regiões específicas na bicamada lipídica contínua. 
Em células epiteliais, como aquelas que revestem o intestino ou os túbulos renais, 
determinadas enzimas e proteínas de transporte da membrana plasmática estão confinadas na 
superfície apical da célula, enquanto outras estão confinadas da superfície lateral e basal. Essa 
distribuição assimétrica das proteínas de membrana frequentemente é essencial para as 
funções do epitélio. Essas células podem impedir a difusão dos lipídeos e de moléculas de 
proteína entre os domínios. Contudo, apenas moléculas da monocamada externa estão 
confinadas desta forma. Acredita-se que barreiras formadas por um tipo específico de junção 
intercelular mantenham a separação das moléculas de proteína e de lipídeos. [Nas células do 
duodeno, proteínas que importam glicose encontram-se no domínio apical, e proteínas que 
expulsam glicose da célula encontram-se no domínio baso-lateral. Caso não houvesse essa 
junção, as proteínas se misturariam, e a função de uma anularia a da outra.] 
O citoesqueleto cortical proporciona força mecânica e restringe a difusão das 
proteínas de membrana 
A rede de citoesqueleto cortical subjacente à membrana plasmática não restringe a 
difusão apenas das proteínas que estão diretamente ancoradas a ele. Devido ao fato de que os 
filamento do citoesqueleto frequentemente estão justapostos na superfície citolítica da 
membrana, eles podem formar barreiras mecânicas que impedem a livre difusão das proteínas 
da membrana. Estas barreiras dividem a membrana em pequenos domínios ou currais.