Estrutura e Funções das Membranas Biológicas

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Membranas celulares
Funções:
• Compartimentalização – separa componentes e reações químicas: 
diferentes tipos de atividades ocorrem com uma mínima interferência 
do ambiente externo e podem ser reguladas de forma independente.
• Seleção de moléculas que podem atravessá-la → permeabilidade 
seletiva.
• Transporte de solutos.
• Local de atividade bioquímica
• Meio de comunicação entre células e célula-meio. 
• Controlam o fluxo de informação → interação com sinais químicos. 
 
Membrana
Atividade biológica das membranas ⇒ 
deriva de suas propriedades físicas.
Membrana
Atividade biológica das membranas ⇒ 
deriva de suas propriedades físicas.
• são flexíveis - permitindo a mudança de forma que acompanha a 
divisão e o crescimento celular, e movimentos.
• são auto-selantes - fusão, exocitose 
• são seletivas - principalmente a solutos polares 
• são dinâmicas e fluidas - a maioria das moléculas são capazes de se 
mover no plano da membrana.
E as propriedades físicas das membranas ⇒ 
são resultado da sua composição química.
Membrana
• Estrutura das membranas:
 As membranas são basicamente formadas por:
Lipídeos
Proteínas
Carboidratos associados aos lipídeos ou às proteínas
• Bicamada fosfolipídica extremamente fina (5nm) unida à 
proteínas por ligações não-covalentes.
• 1ª proposição de uma bicamada lipídica: 1925 por Gorter and Grendel em 
um estudo com membrana de eritrócitos. 
• 1972 – proposta do mosaico fluido de Singer e Nicolson.
• Estrutura das membranas:
Composição lipídica:
• Fosfolipídeos 
Fosfoglicerídeos
Esfingolipídeos
• Colesterol
• Glicolipídeos
• ácidos graxos saturados x ácidos graxos insaturados
- As diferenças entre os fosfolipídios influenciam no empacotamento e fluidez das membranas.
O tipo de lipídeo mais abundante são os fosfolipídios.
Possuem uma cabeça polar e duas caudas (porções) hidrofóbicas formadas por 
hidrocarbonetos de ácidos graxos diferentes em comprimento (14 a 24 C).
Moléculas hidrofílicas dissolvem na água porque contém grupos carregados 
formando ligações eletrostáticas ou pontes de hidrogênio entre si.
Por ser energeticamente desfavorável ficar com seus limites expostos a água, a bicamada se 
fecha espontaneamente (self-sealing). Favoreceu a criação das células vivas.
A fluidez é fundamental para muitas funções das membranas.
Movimentos laterais livres ( ~107 vezes por segundo)
“Flip-flop” limitado ou ajudado por enzimas translocadoras. 
A fluidez das membranas é precisamente regulada pela composição e a 
temperatura.
Em temperaturas menores os lipídeos costumam cristalizar - transição de fase. 
Fosfolipídios majoritariamente encontrados em Membranas:
Facilita interação com proteínas específicas.
Alterações no posicionamento podem funcionar como sinais importantes.
Assimetria da bicamada lipídica
Assimetria da bicamada lipídica
Fosfatidilinositol no mecanismo de sinalização celular
Faces das membranas celulares
Mobilidade de lipídeos na membrana 
celular
Outro componente lipídico das membranas: Colesterol.
Os eucariotos possuem grandes quantidades de colesterol nas 
membranas.
O colesterol diminui a permeabilidade das membranas porque o alinhamento dos 
rígidos anéis esteróides imobilizam parcialmente as caudas dos fosfolipídios, 
mesmo os insaturados, tornando a região menos deformável.
Porém também pode inibir a transição de fase por impedir que as cadeias 
hidrocarbonadas se unam e cristalizem.
Colesterol: modulador da fluidez
Retirado de Pande G., 2000. Curr. Opin. Cell Biol. 12: 569.
“Lipid Rafts” ou microdomínios 
Rafts são regiões com menor fluidez, mais 
espessas e composição diferenciadas
Agregado dinâmico rico em colesterol, 
esfingolipídeos, moléculas ancoradas por GPI, 
proteínas G, proteínas transmembrana.
• Regiões resistentes a solubilização por 
detergentes;
Estudos recentes mostram que colesterol fica mais distribuído concentrado 
próximo a esfingolipídeos em domínios especializados da membrana chamados 
rafts.
 
Como se formam???
Esfingolipídeos têm cadeias 
hidrocarbonadas longas e saturadas 
que promovem forças atrativas fortes 
favorecendo a formação destes 
microdomínios.
• Diferentes composições dos lipídeos em diferentes membranas 
celulares:
“Lipid Rafts” e cavéolas 
Funções:
Sinalização
Tráfego intracelular de proteínas e lipídeos 
Fusão celular
Sítios de interação patógeno-hospedeiro
Outro componente lipídico das membranas: Glicolipídios 
São encontrados na superfície de todas as membranas de animais. 
•Localizados na monocamada não citossólica = exposição na superfície celular.
•Lipídeos com maior assimetria.
•Representam apenas ~5% dos lipídeos da membrana.
•Presentes em algumas membranas intracelulares.
• Composição proteica das membranas biológicas:
A composição de proteínas na membrana é variável. Na membrana mielínica que 
envolve os axônios dos neurônios ela é de menos de 25%. Ao contrário na 
membrana interna das mitocôndrias, envolvidas na produção de ATP sua 
percentagem é de 75%.
Aproximadamente 30% das PTNs codificadas no genoma de uma célula animal 
são 
PTNs de membrana 
Proteínas de membranas
- Proteínas transmembrana – similar aos fosfolipídios são anfipáticas. Podem ser de 
“passagem única” ou de “múltiplas passagens” (1,2 e 3)
-Proteínas localizadas no citosol - algumas estão parcialmente inseridas na 
membrana pela porção hidrofóbica ou associadas a membrana por meio de ligação 
com uma cadeia lipídica. (4 e 5)
-Proteínas expostas totalmente na face externa - ligadas covalentemente a 
fosfolipídios da MP via açúcares. (6)
-Proteínas ligadas a membrana por meio de interações não-covalentes com outras 
proteínas de membrana (7 e 8)
Proteínas integrais de membrana / Proteínas periféricas de membrana 
Somente PTNs transmembrana podem atuar em ambos os lados da MP, 
transportando íons ou ligando moléculas sinalizadoras celulares.
A maioria das PTNs de membrana 
de células animais são glicosiladas, 
principalmente na face externa. 
A superfície celular é recoberta por resíduos de açúcares na porção 
externa da membrana plasmática = Glicocálice ou glicocálix 
Glicoproteínas e proteoglicanas da matriz extracelular, que são secretadas 
pelas células, fazem parte desta camada.
As glicoproteínas e glicolipídeos de membrana estão disponíveis para 
interagir com os componentes da matriz extracelular, como as lectinas, 
com os fatores de crescimento e com os anticorpos, pois suas cadeias 
estendem-se até o espaço extracelular
Protege a superfície celular 
e facilita as interações 
célula-célula
Muitas proteínas de membrana difundem-se no plano
Difusão lateral e difusão rotacional/ não fazem flip-flop
Em células epiteliais de túbulos renais algumas enzimas e PTNs de 
transporte estão confinadas a superfície apical, enquanto que outras estão na 
porção basal e lateral.
Os lipídios destes domínios de membranas também são diferentes, 
demonstrando que as células epiteliais podem prevenir a troca de PTNs e 
lipídios entre os domínios, em parte pelas junções inter-celulares.
Porção apical
Porção lateral
Porção basal
As proteínas transmembranas ou integrais são as 
moléculas que permitem a passagem de moléculas 
hidrofílicas pela membrana.
Transporte através da membrana
Permeabilidade da bicamada lipídica
O que é importante considerar?
1. Tamanho das moléculas;
2. O seu estado de ionização;
3. Afinidade com os lipídeos.
Classes de proteínas de transporte pela membrana:
Existem duas classes:
Proteína carreadora - se ligam a solutos específicos mudando sua 
conformação espacial para o transporte.
Proteína de canal - interagem fracamente com o soluto,permitindo 
que íons específicos passem pela Membrana. Formam poros que 
permitem o fluxo passivo de íons.
Velocidade mais rápida.
Tipos de transporte
- Transporte passivo: difusão facilitada através de um gradiente 
iônico favorável.
- Transporte ativo: bombeamento de certos solutos para um gradiente 
desfavorável.
• Transporte por proteínas carreadoras pode ser passivo ou ativo, enquanto o 
transporte por proteínas de canal é sempre passivo.
Canais iônicos
→ São controlados – abrem em resposta a um estímulo específico
EX: Canal iônico controlado
 por neurotransmissores