biomembranas: estrutura e função

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Biomembranas : estrutura e 
função
Profa. Dra. Ana Paula de Pietri
Objetivos da aula:
- Destacar a importância das Biomembranas para a
formação e atividade fisiológica das células;
- Compreender a estrutura de uma membrana biológica e
o papel desempenhado pelos componentes que a
constitui;
- Compreender de que forma as biomembranas permitem
ou impedem a passagem das substâncias para o meio
intra ou extra celular;
Figura retirada do Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Funções das biomembranas:
- Separa a células do ambiente externo;
- Permite que a composição do meio intra celular possa ser
diferente do meio extra celular;
- Nas células eucarióticas, permitem a compartimentalização das
moléculas em diferentes organelas celulares
Figura retirada do Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Funções das biomembranas:
- Permite a comunicação celular
- Promove a importação e exportação de moléculas
- Possibilita o crescimento celular e a mobilidade
Independente de sua localização, todas as membranas 
celulares dividem uma estrutura geral comum
Esquema de uma célula procariótica Esquema de uma célula eucariótica
Figura retirada do site:http://bloggeae.blogspot.com.br/2009/11/de-celulas-eucariontes-e-procariontes.html
Quatro tipos de moléculas foram essenciais para a formação das 
células: proteínas, carboidratos, lipídeos e ácidos nucleicos
Desempenham papéis estruturais nas membranas celulares
Figura: Exemplo de uma protocélula. O início da vida no planeta envolveu replicação
espontânea de RNA cuja replicação, segundo a teoria, teria ocorrido dentro de um tipo de
compartimento estrutural celular, uma vesícula de ácido graxo (Szostak et al., Nature, 2001).
Foto retirada: The New York Times (20 de junho de 2009)
O fosfolipídeo é o lipídeo que participa 
da formação das biomembranas
Figura modificada do Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Fosfatidilcolina é o fosfolipídeo mais comum em 
membranas celulares
A) Representação esquemática (B) Fórmula química (C) Modelo espacial (D)
Representação simbólica
Grupos 
polares que se 
ligam à 
moléculas de 
água
Grupos 
apolares não 
se ligam à 
moléculas de 
água
A natureza anfipática dos fosfolipídeos que 
formam a membrana
Sofrem duas forças opostas.
Este conflito é resolvido
com a formação da
bicamada lipídica – um
arranjo que satisfaz ambas as
partes e é energeticamente
favorável.
Figura modificada do Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
A estrutura da bicamada lipídica é 
decorrente do comportamento das 
moléculas de lipídeo em um ambiente 
aquoso
hemáceas
Figura modificada do Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
A formação da bicamada lipídica: modelo mosaico 
fluido
Base universal da estrutura das 
membranas celulares
(A) Micrografia eletrônica de uma hemácia. (B) e (C) visões bi e tridimensionais da membrana
A composição dos lipídeos e das proteínas 
da membrana pode mudar?
- Lipídeos: Em organismos de clima frio, são produzido
lipídeos com caudas mais curtas para manter a fluidez;
- Proteínas: Dieta rica em gordura (lipídeos) podem
alterar a composição dos domínios de membrana
High-fat diet alters protein composition of detergent-resistant
membrane microdomains
Elena Uyy & Luminita Ivan & Raluca Maria Boteanu &
Viorel Iulian Suica & Felicia Antohe
Cell Tissue Res (2013) 354:771–781
DOI 10.1007/s00441-013-1697-4
Dieta rica em lipídeos é um dos principais fatores de risco para arteriosclerose e
podem induzir alterações na composição dos microdomínios da membrana
plasmática
interfere
- Tráfego de vesículas
- Acoplamento de proteínas
- Sinalização e reconhecimento dos receptores
- Sinalização da resposta inflamatória das
células
Conhecendo as propriedades da membrana 
plasmática e recapitulando as suas funções
Propriedades da Membrana 
1- Assimetria
As duas faces da
membrana não
possuem a mesma
composição
Figura extraída e modificada do site: http://materiais.dbio.uevora.pt/jaraujo/biocel/ordem.membrana.htm
Reconhecimento celular
Propriedades da Membrana 
A assimetria dos lipídeos é preservada durante a síntese de novas 
membranas
Distribuição assimétrica dos fosfolipídeos e glicolipídeos
Figura retirada e modificada do Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Fosfatidilinositol: Sinalização celular
As membranas mantém a sua orientação mesmo após a 
sua transferência entre compartimentos celulares
Vermelho: face
citosólica
Laranja: face
intracelular
Propriedades da Membrana 
2- Fluidez
- movimento dos lipídeos na bicamada
Fosfolipídeos movem-se no plano da membrana
Figura retirada do Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Propriedades da Membrana 
2- Fluidez
- natureza das caudas de hidrocarbonetos (comprimento e 
número de ligações duplas)
Menor fluidez: número máximo 
de átomos de hidrogênio
Maior fluidez: não possui
o número máximo de
átomos de hidrogênio
Propriedades da Membrana 
2- Fluidez
- em células animais, a fluidez da membrana é modulada pela inclusão de 
moléculas de colesterol
(A) Estrutura do colesterol (B) Como o colesterol se posiciona
Figura retirada do Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Propriedades da Membrana 
3- Permeabilidade
a importância das proteínas de membrana 
- transportam nutrientes, metabólitos e íons
- ancoram macromoléculas à membrana
- atuam como receptoras para sinais químicos
- atuam como enzimas catalisando reações
Os diferentes tipos de proteínas de membrana
Figura retirada do Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
As diversas formas de associação das proteínas à 
bicamada lipídica
Figura retirada do Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
O conhecimento sobre as proteínas de membrana deve-se 
ao uso dos detergentes que desfazem a bicamada lipídica e 
permitem a separação das proteínas de membrana
Animação retirada do CD que acompanha o Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Propriedades da Membrana 
4- Continuidade a estrutura fechada é estável porque evita a exposição das caudas
de hidrocarbonetos à água, o que seria energeticamente desfavorável
a estrutura fechada é estável porque
evita a exposição das caudas de
hidrocarbonetos à água, o que seria
energeticamente desfavorável
Figura retirada e modificada do Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Propriedades da Membrana 
5- Resistência
- a forma das células e as propriedades mecânicas da membrana são
determinadas por uma rede de proteínas fibrosas (Córtex celular), que se liga à
superfície citosólica da membrana
Rede de espectrina forma o córtex celular das hemácias humanas
Figura retirada do Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Outras características da membrana celular...
Os domínios de membrana
Ligadas ao córtex celular dentro da célula A moléculas da matriz extra celular
A proteínas de superfície de outras células Restritas a um domínio por barreiras de difusão
Figura retirada e modificada do Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Reconhecimento celular
A camada de carboidratos ajuda a proteger as superfície celular de danos mecânicos e químicos,
conferem à célula uma superfície lubrificada e possuem um importante papel no reconhecimento e
adesão celular.
Reconhecimento celular
O reconhecimento de carboidratos da superfície celular de neutrófilos é o primeiro passo 
de sua migração para o local da infecção
Figura retirada do Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Um enfoque no transporte através das biomembranas...
Os princípios do transporte de membrana
1- Cada membrana possui seu próprio conjunto de
transportadores
Figura retirada do Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Os princípios do transporte de membrana
2- A velocidade de difusão de moléculas através da bicamadadepende do tamanho e solubilidade
Proteínas de 
transporte
Figura retirada e modificada do Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Os princípios do transporte de membrana
3- As concentrações iônicas dentro de uma célula são diferentes
daquelas fora das células
Balanceado por vários 
íons negativamente 
carregados
Tabela retirada e modificada do Livro Medical Physiology (Elsevier 2011)
*A distribuição diferencial
de íons é controlada em
parte pelas proteínas de em
parte pela permeabilidade
da própria membrana
bicarbonato
sulfato
mEq/L = miliequivalente por
litro
Os princípios do transporte de membrana
4- a proteínas de transporte de membrana dividem-se em duas 
classes: transportadores e canais
Mudança conformacional durante a 
transferência de pequenas 
moléculas solúveis em água
Formação de um poro 
hidrofílico de um lado a outro 
da bicamada
Figura retirada e modificada do Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Os princípios do transporte de membrana
5- os solutos atravessam as membranas por transporte passivo ou 
ativo
Contra um gradiente de concentração
Figura retirada e modificada do Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Os princípios do transporte de membrana
6- O transporte simultâneo de moléculas através das biomembranas
Uniportes, sinportes e antiportes são usados tanto no transporte passivo 
quanto ativo
Figura retirada do Livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Para compreender de maneira mais clara o transporte 
acoplado...
Animação retirada do CD que acompanha o livro Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Bibliografia recomendada:
Alberts et al (2011) Fundamentos da Biologia Celular – 3 ed, Artmed, Porto Alegre.
Alberts et al (2004) Biologia Molecular da Célula – 4 ed Artmed, Porto Alegre.
Junqueira & Carneiro (2012) Biologia Celular e Molecular – 9 ed Guanabara Koogan, 
Rio de Janeiro.
Guyton & Hall (2011) Tratado de Fisiologia – 12 ed Elsevier.
Sadava et al (2009) Vida: a ciência da biologia. Volume 1: Célula e Hereditariedade - 8 
ed Artmed, Porto Alegre.