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Membrana Plasmática A membrana plasmática ou celular separa o meio intracelular do extracelular, sendo a principal responsável pelo controle da penetração e saída de substancias da célula. Função Isolamento físico: Mantém o conteúdo interno ou citoplasmático separado, porém não isolado do meio externo; Regulação das trocas com o Ambiente: Controla a entrada de íons e nutrientes, a liberação de substâncias e a eliminação de produtos de secreção (permeabilidade seletiva); Comunicação entre a célula e seu Ambiente: Presença de receptores que permitem reconhecer as moléculas ou as mudanças no ambiente externo; Suporte estrutural: As proteínas presentes mantêm o formato celular, e também criam junções especializadas que estabiliza a estrutura. Movimento da célula: A flexibilidade da membrana e a sua capacidade de expansão permite que a célula cresça, altere a forme e se movimente. Composição química da membrana As membranas celulares são constituídas por duas camadas de moléculas lipídicas, com as cadeias apolares (hidrofóbicas) colocadas no interior da membrana e as extremidades polares (hidrofílicas) voltadas para as superfícies da membrana. As moléculas das proteínas integrais estão mergulhadas na camada lipídica, com as porções hidrofóbicas no centro e as porções hidrofílicas nas superfícies da membrana. Algumas dessas proteínas atravessam toda a espessura da membrana (proteínas transmembrana). As proteínas periféricas não estão mergulhadas na membrana. Moléculas de hidratos de carbono associam-se a proteína da membrana, para formar glicoproteínas, e a lipídios, formando glicolipídios que, na membrana plasmática, aparecem na face externa da membrana como componentes do glicocálice. Assimetria da M.P Existe forte assimetria entre as duas faces da membrana plasmática, tanto na composição de lipídios como nas proteínas; Camadas lipídicas: A camada externa é mais rica em fosfatidilcolina, enquanto na camada lipídica interna predominam fosfatidietanolamina (lecitina) e fosfatidilserina (carga negativa). além da diferença química entre as duas lâminas da bicamada lipídica, também uma diferença de carga elétrica. glicolipídios e glicoproteínas: tem uma diferença na distribuição dessas moléculas que se orientam com as extremidades contendo açúcares, provocando saliência na superfície da célula, e nunca na face citoplasmática da membrana. A membrana é relativamente fluida, pois as moléculas de proteínas apresentam certa liberdade de movimentação (modelo do mosaico fluido). Singer e Nicholson Lipídeos Cada lipídeo possui uma cabeça hidrofílica (“amante da água”) e uma cauda hidrofóbica (“que teme a água”). Essa propriedade tem papel crucial no arranjo das moléculas lipídicas como bicamadas em ambientes aquosos Os lipídeos mais abundantes nas membranas celulares são os fosfolipídios, que apresentam uma cabeça hidrofílica contendo fosfato ligada a um par de caudas hidrofóbicas. Os lipídios são considerados moléculas anfipáticas pelo fato de ter partes hidrofílicas e hidrofóbicas. Essa propriedade é compartilhada com outros tipos de lipídeos de membranas, incluindo o colesterol, presente nas membranas das células animais, e os glicolipídios, que possuem açúcares como parte da sua cabeça hidrofílica. As moléculas anfipáticas, como os fosfolipídios, estão submetidas a duas forças contraditórias: a cabeça hidrofílica é atraída pelas moléculas de água, enquanto a cauda hidrofóbica tende a repelir a água e se agregar com outras moléculas hidrofóbicas. Este fosfolipídio em particular é composto por cinco partes: A cabeça hidrofílica, composta por uma molécula de colina ligada a um grupo fosfato; As caudas hidrofóbicas, são compostas por duas cadeias hidrocarbonadas, uma molécula de glicerol, que conecta a cabeça às caudas. Cada uma das caudas hidrofóbicas é um ácido graxo que medeia a ligação à molécula de glicerol. A formação de um ângulo ocorre devido uma ligação dupla entre dois átomos de carbono. A porção “fosfatidil” do nome dos fosfolipídios se refere à porção fosfato- glicerol-ácido graxo da molécula. Carboidratos Glicolipídio (glicoesfingolipídios) Vimos que em células eucarióticas alguns lipídeos da camada externa da membrana plasmática possuem açúcares covalentemente ligados a eles. Assim como nos lipídeos algumas proteínas também tem pequenas cadeias açúcares (oligossacarídeos) ligados a elas. Assim essas proteínas são denominadas de glicoproteínas. Outras proteínas de membrana contem uma ou mais cadeias polissacarídicas longas, sendo denominadas de proteoglicanos. Todo o carboidrato nas glicoproteínas, nos proteoglicanos e nos glicolipídios está localizado na face externa da membrana plasmática, onde forma o revestimento de açúcar chamado de camada de carboidratos ou glicocálice. Essa camada de carboidratos ajuda na proteção da superfície celular contra danos mecânicos. Proteínas Apesar de a bicamada lipídica compor a estrutura básica de todas as membranas celulares, a maior parte das funções da membrana são desempenhadas pe-las proteínas de membrana. As proteínas constituem ± 50% da massa da maioria das membranas plasmáticas O restante correspondendo a lipídeos e pequenas quantidades de carboidratos ligados a lipídeos (glicolipídios) e a diversas proteínas (glicoproteínas). As proteínas de membrana desempenham diversas funções: Transporte: transportam nutrientes, metabólitos e íons através da membrana; Ancoragem: ancoram a membrana a macromoléculas presentes em ambas as faces; Receptora: atuam como receptores que detectam sinais químicos no ambiente celular e os transmitem ao interior da célula; Enzimáticas: que catalisam reações específicas na membrana. As proteínas podem se associar a bicamada lipídica de 4 formas. Glicocálice A superfície externa da membrana plasmática; Apresenta uma região rica em hidratos de carbono ligados a proteínas ou a lipídios; É uma extensão da própria membrana e não uma camada separada; É constituído: Por porções glicídicas das moléculas de glicolipídios da membrana plasmática, que provocam saliência na superfície da membrana; Por glicoproteínas integrais da membrana ou adsorvidas após secreção; E por algumas proteoglicanas, todas secretadas e, em seguida, adsorvidas pela superfície celular. Determinados glicolipídios contém em suas moléculas uma parte glicídica muito complexa, contendo resíduos de D-glicose, de D-galactose, de N-acetil-D-galactosamina e de ácido N-acetil- neuramínico (ácido sálico). Dentre as glicoproteínas secretadas e que passam a fazer parte do glicocálice, uma das mais abundantes é a fibronectina. Tem formato em V, constituída por dois polipeptídios semelhantes; Tem a função de unir as células umas às outras e a ̀ matriz extracelular O glicocálice é funcionalmente importante e sua composição não é estática; Varia de um tipo celular para outro e, na mesma célula, varia com a região da membrana e conforme a atividade funcional da célula em determinado momento. Transporte através da membrana Existe uma relação direta entre sua solubilidade nos lipídios e sua capacidade de penetração nas células; Compostos hidrofóbicos: Como íons inorgânicos, açúcares, aminoácidos, nucleotídeos e outros metabólitos celulares; Solúveis nos lipídios, atravessam facilmente a membrana; Essas moléculas atravessam muito lentamente por difusão simples, de modo que sua passagem através das membranas celulares deve ser acelerada por proteínas de transporte de membrana especializadas – um processo chamado de transporte facilitado. Compostos hidrofílicas: Incluindo todos os íons.; Insolúveis nos lipídios, penetram nas células com mais dificuldade, dependendo do tamanho damolécula e, também, de suas características químicas. . Funções: Incorporação de novas substâncias para o metabolismo celular (nutrição); Eliminação de restos metabólicos (excreção); Eliminação de substâncias especiais para o metabolismo extracelular (secreção). E também funções especiais como: polarização de membrana (pela bomba de sódio e potássio). Defesa celular (pela fagocitose em leucócitos). Equilíbrio hídrico. Conceitos essenciais As membranas celulares permitem que a célula crie barreiras que confinam moléculas específicas em compartimentos determinados. As membranas são compostas por uma camada dupla – bicamada – e contínua de moléculas lipídicas na qual as proteínas estão embebidas. As moléculas lipídicas das membranas são anfipáticas, possuindo regiões hidrofílicas e hidrofóbicas. Tais propriedades promovem a sua organização espontânea em bicamadas quando expostas à água, formando compartimentos fechados que selam espontaneamente se rompidos. Há três classes principais de moléculas de lipídeos de membrana: fosfolipídios, esteróis e glicolipídios. A bicamada lipídica é fluida, e as moléculas lipídicas podem difundir-se individualmente na sua monocamada; essas moléculas não podem, porém, trocar espontaneamente de uma monocamada para a outra. As duas monocamadas lipídicas de uma membrana celular apresentam composição distinta, refletindo as diferentes funções das duas faces da membrana. Uma célula exposta a diferentes temperaturas mantém a fluidez da sua membrana pela modificação da composição lipídica das suas membranas. As proteínas de membrana são responsáveis pela maioria das funções das membranas celulares, incluindo o transporte de pequenas moléculas solúveis em água através da bicamada lipídica. As proteínas transmembrânicas se estendem pela bicamada lipídica geralmente como uma ou mais α-hélices, mas em alguns casos como uma folha β enrolada na forma de um barril. Outras proteínas de membrana não atravessam a bicamada lipídica, mas estão ligadas a uma das faces da membrana, seja por associação não covalente com outras proteínas da membrana, pela ligação covalente de lipídeos, ou pela associação de uma α- hélice anfipática exposta com uma única monocamada lipídica. A maioria das membranas celulares é reforçada por uma rede de proteínas. Um exemplo particularmente importante é a rede de proteínas fibrosas que compõem o córtex celular abaixo da membrana plasmática. Apesar de muitas proteínas de membrana poderem se difundir rapidamente no plano da membrana, as células possuem meios de confinar proteínas em domínios de membrana específicos. As células podem também imobilizar proteínas de membrana específicas pela sua ligação a macromoléculas intracelulares ou extracelulares. Diversas proteínas e alguns lipídeos expostos na superfície celular estão ligados a cadeias de açúcar, formando uma camada de carboidratos que ajuda a proteger e lubrificar a superfície celular, estando ainda envolvidos no reconhecimento celular específico. Tipos de transporte passivo O transporte passivo é o tipo de transporte de substâncias através da membrana plasmática que ocorre sem gasto de energia (ATP); Não há gasto de energia porque as substâncias deslocam-se naturalmente do meio mais concentrado para o menos concentrado, ou seja, a favor do gradiente de concentração. Difusão simples Sem gasto de ATP; Sem ajuda de carreadores; Neste tipo de transporte a substância passa de um meio a outro (do intracelular para o extracelular ou do extracelular para o intracelular) simplesmente devido ao movimento aleatório e contínuo da substância nos líquidos corporais, devido a uma energia cinética da própria matéria. A difusão simples é um tipo de transporte passivo de um soluto através da membrana a fim de estabelecer a isotonia. Alcançarem a mesma concentração, pois o movimento é a favor de um gradiente de concentração. É feita através de um soluto apolar pequeno que penetra através da membrana, pois assim possui afinidade com a camada polar da membrana fosfolipídica. As principais substâncias que se movem por este processo são principalmente gases como O2, N2 e CH4. Difusão facilitada Sem gasto de ATP; É um tipo de transporte passivo de substâncias através da membrana celular; Conta com o auxílio de proteínas Passagem de soluto do meio mais concentrado para o meio menos concentrado através de uma membrana permeável mediada por proteínas transportadoras. A velocidade com que a difusão facilitada acontece depende da diferença de concentração de substâncias nos dois lados da membrana; Dentre as substâncias que se movem através das membranas por difusão facilitada, destacam-se a glicose e grande parte dos aminoácidos. Osmose Sem gasto de ATP; É o processo em que a água se move do meio menos concentrado (meio hipotônica) para o mais concentrado (meio hipertônico) através de uma membrana seletivamente permeável. Tipos de transporte ativo O transporte ativo é o que ocorre através da membrana celular com gasto de energia .(ATP); O transporte de substâncias ocorre do local de menor para o de maior concentração. Ou seja, contra um gradiente de concentração. Dentre as substâncias que podem ser transportadas ativamente através da membrana estão: Íons sódio, potássio, ferro, hidrogênio, cálcio e alguns tipos de açúcares e de aminoácidos. Bomba de sódio (Na+) e potássio(K+) Com gasto de ATP; E um transporte ativo que ocorre em todas as células do corpo; Este tipo de transporte se dá, quando íons como o sódio (Na+) e o potássio (K+), tem que atravessar a membrana contra um gradiente de concentração. O processo ocorre devido às diferenças de concentrações dos íons sódio (Na+) e potássio (K+) dentro e fora da célula; A bomba de sódio e potássio está diretamente relacionada com a transmissão de impulsos nervosos e contração muscular; Funcionamento da Bomba de Sódio e Potássio Em condições normais, a concentração de Na+ é mais baixa dentro da célula do que no ambiente extracelular. Enquanto isso, a concentração de K+ é mais alta dentro da célula do que no ambiente extracelular. Nessa situação, naturalmente, o Na+ entra na célula e o K+ sai da célula, por difusão. Isso porque os solutos tendem a se manter em equilíbrios de concentração. Entretanto, para realizar o seu metabolismo, a célula precisa manter as diferenças de concentração entre os dois íons. O funcionamento da bomba de sódio e potássio é possível devido duas condições básicas: Apresença de proteínas transmembranas ao longo de toda a membrana plasmática. Essas proteínas contêm sítios específicos para ligação dos íons Na+ e K+; O gasto de ATP, já que a célula precisa manter a diferença de concentração entre os íons. Por isso, a bomba de sódio e potássio é um tipo de Transporte Ativo. As proteínas transmembranas expulsam o Na+ que entra na célula e buscam o K+ que sai da célula. Liberação do 3 Na+(sódio) no meio extracelular A cada acionamento da bomba de sódio e potássio, 3 Na+ se ligam aos seus sítios específicos na proteína. O ATP também se liga à proteína e perde um radical fosfato, transformando-se em ADP. Isso provoca a alteração da conformação da proteína que libera os íons de Na+ no meio extracelular. Captura de 2 K+(potássio) para o meio intracelular No mesmo momento, os 2 K+ se ligam à proteína em seus sítios específicos. O fosfato é liberado e a proteína retoma sua conformação original, liberando os íons de K+ no interior da célula. Endocitose e Exocitose A endocitose e a exocitose são dois processos de transporte de substâncias, que envolvem a entrada e a saída de grandes partículas da célula. A endocitose e a exocitose são dois tipos de transporte ativo, ou seja, há gasto de energia(ATP) durante os processos. O lisossomo é a organela envolvida nesses processos, pois é a responsável pela digestão intracelular. obs.: Transmissão do Impulso Nervoso (POTENCIAL DE AÇÃO) -A transmissão do impulso nervoso é um fenômeno eletroquímico que ocorre nas células nervosas que é resultado das mudanças das cargas elétricas na membrana dos neurônios. Como ocorre a propagação dos impulsos? -Neurônios em repouso = sua membrana está negativamente carregada em relação a sua parte externa. -Existe uma diferença de potencial elétrico (cerca de 70 milivolts) chamada de potencial de repouso. -Acontece a inversão das cargas elétricas no interior da membrana de forma rápida e brusca, que se torna positiva em relação à sua superfície externa. -Essas mudanças produzem uma diferença no potencial elétrico entre a parte interna e externa da membrana, a que se dá o nome de potencial de ação. -Essa alteração elétrica ocorre em uma pequena área e vai se espalhando ao longo da célula. Esse evento é chamado de despolarização e dura alguns segundos retornando em seguida à situação de repouso, é a repolarização. -As cargas eléctricas deslocam-se nos neurônios como íons, principalmente sódio (Na+) e potássio (K+). Esses íons atravessam a membrana plasmática do neurônio através de canais proteicos e bombas de íons, que estão encaixados na bicamada fosfolipídica da membrana. -A bomba de sódio-potássio inserida na membrana movimenta os íons contra o seu gradiente de concentração, ela tira o sódio e põe o potássio no interior da célula e para isso há um gasto de energia. -Os canais proteicos, por sua vez, são poros na membrana envolvidos por proteínas que permitem a difusão, sem que haja gasto de energia. Estes canais são geralmente específicos para os tipos de íons. ENDOCITOSE A endocitose é um processo de absorção de partículas na célula por meio de vesículas, chamadas de endossomos. Os endossomos são formados a partir da invaginação da membrana plasmática, que posteriormente se separam e ficam livres no interior da célula. Estas são formadas por invaginação da membrana plasmática, seguida de fusão e separação de um segmento da mesma. A endocitose pode ocorrer de três formas: Fagocitose: Englobamento de partículas maiores e sólidas, como bactérias ou protozoários. Poucas células humanas são capazes de realizar fagocitose; -Os macrófagos -Linfócitos -Células do sistema imunitário. Essas células detectam um antígeno ou agente estranho no organismo, como uma bactéria. Dessa forma, o macrófago se aproxima da bactéria, emite os pseudópodes e a engloba. Com isso, parte da membrana que envolve a bactéria se desprende formando uma vesícula, que recebe o nome de fagossomo. Dentro da célula, o fagossomo se movimenta pelo citoplasma até encontrar a organela lisossomos. O fagossomo funde-se com o lisossomo que irá realizar a digestão. Assim, a bactéria será quebrada em partes menores e os restos liberados. Endocitose mediada: Funciona como a fagocitose, porém, as partículas ligam-se com proteínas receptoras específicas presentes na membrana plasmática. Quando as proteínas receptoras entram em contato com a substância da qual possui especificidade, a região da membrana sofre invaginação e forma-se a vesícula no interior da célula. A vesícula também irá se fundir com o lisossomo. Esse tipo de endocitose é considerado mais rápido e eficiente, pois ocorre apenas com substâncias que possuem afinidade. Pinocitose: Englobamento de partículas líquidas. Nesse caso, a célula se aproxima da partícula, mas não emite pseudópodes para englobá-la. Na pinocitose, a célula modifica sua forma e sofre invaginação. No espaço formado estarão contidas as partículas líquidas. A membrana que envolve a partícula solta-se da célula e forma uma vesícula, chamada de pinossomo. O pinossomo se funde aos lisossomos. O mecanismo de digestão e eliminação dos restos é o mesmo da fagocitose. Uma semelhança entre a fagocitose e a pinocitose é o fato de provocarem alterações morfológicas nas células. Destacam-se a emissão dos pseudópodes, durante a fagocitose, e as invaginações, na pinocitose. Obs.:Diferenças entre Fagocitose e Pinocitose -A fagocitose refere-se ao englobamento de partículas sólidas, a partir da formação dos pseudópodes. -A pinocitose é o englobamento de líquidos. Além disso, não se formam pseudópodes. Para englobar as partículas, a membrana plasmática sofre invaginações, aprofundando-se em direção ao seu citoplasma e formando um canal que se estrangula nas bordas. EXOCITOSE A exocitose consiste na eliminação dos restos das partículas digeridas para fora da célula. Ao final do processo de digestão das partículas, a célula precisa eliminar os seus restos. Esse processo de eliminação dos restos da digestão celular é chamado de clasmocitose. Os restos, que estão contidos na vesícula, serão encaminhados até a membrana e se fundirá com ela. Por conseguinte, ela se abrirá para o exterior e eliminará o conteúdo. A membrana da vesícula irá se reintegrar à membrana da célula que realizou a endocitose. A exocitose também pode ocorrer em células secretoras, sendo a forma pela qual a célula irá secretar as substâncias que produz. Por exemplo, as células de glândulas que liberam hormônios. A exocitose pode ocorrer de duas formas: Exocitose constitutiva: liberação de substâncias de forma contínua. Exocitose regulada: a eliminação de substâncias só ocorre na presença de um estímulo. Especializações de Membrana Microvilosidades Os microvilos dessas células são também organizados paralelamente entre si, É a projeção microscópica da membrana celular seu interior é formado de 25 a 40 filamentos de Actina. Cada microvilo ou microvilosidade é uma expansão do citoplasma recoberta por membrana e contendo numerosos feixes de microfilamentos de actina responsáveis pela manutenção da forma dos microvilos; A maioria das células tem microvilos, embora não tão numerosos e organizados como os das células absorventes; No intestino, a função dos microvilos é aumentar a área da membrana a fim de facilitar o transporte dos nutrientes da cavidade ou luz intestinal para dentro das células; No rim, os microvilos são encontrados na superfície livre da camada única de células cúbicas que revestem os túbulos contorcidos proximais; A luz desses túbulos passa um filtrado do plasma sanguíneo que origina a urina, mas que ainda contém muitas moléculas aproveitáveis; Alguns microvilos apresentam membranas que contém moléculas especiais. Por exemplo, algumas enzimas da membrana das células do revestimento intestinal (responsáveis pela etapa final da digestão de hidratos de carbono e proteínas) que só existem nos microvilos, como: -Dissacarídeos; -Dipeptidases. Estão envolvidos em uma ampla variedade de funções, incluindo: Absorção; Secreção; Adesão celular. Cílios e Flagelos ATP fornece energia para os movimentos ciliar e flagelar; Os cílios são estruturas com aspecto de pequenos pelos com 0,25 m de diâmetro constituídos por um feixe de microtúbulos dispostos paralelamente e envoltos por membrana; Os cílios são curtos, múltiplos e, nos epitélios, situam-se sempre na superfície apical das células; As células ciliares, presentes no organismo humano na árvore respiratória e no oviduto, encontram-se associadas a células que secretam muco; Têm como função o transporte unidirecional de uma camada delgada de muco que reveste a superfície interna dessas estruturas tubulares. Dessa maneira, a poeira que atinge a árvore respiratória é captada pelo muco e transportada para a cavidade oral, enquanto, no oviduto, ocorre umfluxo de muco para o útero, o que facilita o transporte dos óvulos. Os flagelos são geralmente únicos e longos e, no corpo humano, encontrados apenas nos espermatozoides; O movimento flagelar dos espermatozoides ocorre por um abalo tipo vaivém, que se inicia na base do flagelo, perto do núcleo do espermatozoide; A atividade do flagelo movimenta o espermatozoide para a frente;
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