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13/09/2020 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.asp?191C757E76=4944263C244DB0F19DC1C37B037D5F6753FC97C150DDA5E82420A56E8E072… 1/14 Biologia Celular Aula 3 - Membranas celulares: estrutura, funções e especializações INTRODUÇÃO Não temos mais dúvidas quanto ao importante papel estrutural e funcional das células no nosso organismo. Agora precisamos entender como é a estrutura de uma célula e de que forma isso está relacionado com o seu funcionamento e com a atividade de todo o organismo. Nesta abordagem estrutural, vamos começar por um estudo detalhado das membranas celulares, passando pela sua composição química, pela sua organização e importância para que as células desempenhem as suas funções corretamente. Veremos, por �m, que as funções da membrana e, ainda, as estruturas especiais que podemos encontrar nela estão intimamente relacionadas a isso. 13/09/2020 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.asp?191C757E76=4944263C244DB0F19DC1C37B037D5F6753FC97C150DDA5E82420A56E8E072… 2/14 OBJETIVOS Analisar a composição e a estrutura das membranas celulares; Enumerar e compreender as funções da membrana plasmática; Identi�car as especializações da membrana plasmática e as suas funções. 13/09/2020 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.asp?191C757E76=4944263C244DB0F19DC1C37B037D5F6753FC97C150DDA5E82420A56E8E072… 3/14 AS MEMBRANAS CELULARES Nós vimos que uma das características das células eucariontes é a grande quantidade de membranas: Todas essas membranas possuem uma estrutura muito parecida e composta, basicamente, por lipídeos e proteínas. A partir de agora, vamos nos dedicar ao estudo da membrana plasmática, que, como foi dito, delimita a célula e separa o conteúdo do meio intracelular do meio extracelular. Contudo, veremos, que sua função vai muito além disso. ESTRUTURA DA MEMBRANA PLASMÁTICA A membrana plasmática é formada pela combinação de três tipos de biomoléculas: Lipídeos; Proteínas; e Carboidratos. Essas biomoléculas estão presentes em diferentes quantidades, em diferentes proporções. Veremos a seguir esses detalhes. LIPÍDEOS DA MEMBRANA PLASMÁTICA Os lipídeos são as biomoléculas mais abundantes na membrana plasmática e um grupo deles forma a estrutura básica da membrana. Esses lipídeos são os: Glicerofosfolipídeos (fosfolipídeos) (glossário); Es�ngofosfolipídeos; e Glicolipídeos. 13/09/2020 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.asp?191C757E76=4944263C244DB0F19DC1C37B037D5F6753FC97C150DDA5E82420A56E8E072… 4/14 Atenção! , Todos os lipídeos encontrados na membrana plasmática possuem uma coisa em comum: são an�páticos., , Isso quer dizer que eles possuem:, , Uma parte que é polar, e, por isso, hidrofílica (que se relaciona com a água); e Uma parte apolar e hidrofóbica (que não se relaciona com a água). OS FOSFOLIPÍDEOS Tomaremos os fosfolipídeos, já estudados na aula anterior, como exemplo. Vimos que os fosfolipídeos são formados por dois ácidos graxos ligados ao glicerol e que um radical fostato se liga, ainda, ao glicerol, como na imagem abaixo: Na imagem, vemos a estrutura de um fosfolipídeo. A parte azul, chamada de cabeça, é a parte polar, formada pelo glicerol ligado ao fosfato. A parte amarela, denominada cauda, é a parte apolar, formada pelos dois ácidos graxos. Observamos as três formas de organização que os fosfolipídeos podem fazer, sempre mantendo as partes polares das moléculas expostas (cabeças) e protegendo as partes apolares (caudas). 13/09/2020 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.asp?191C757E76=4944263C244DB0F19DC1C37B037D5F6753FC97C150DDA5E82420A56E8E072… 5/14 No caso da membrana plasmática, é exatamente isso que acontece: os fosfolipídeos se organizam formando uma dupla camada em que as cabeças (polares) �cam voltadas para fora e as caudas (apolares) �cam voltadas para dentro. Veja a imagem abaixo. No esquema, vemos as duas camadas de fosfolipídeos (parte vermelha com amarelo) formando a estrutura básica da membrana celular. Atenção! , Na membrana plasmática, existe ainda um outro lipídeo, do grupo dos lipídeos esteroides., , Nas células animais, o lipídeo esteroide encontrado é o colesterol. Na imagem acima, podemos observá-lo também em amarelo e entre os fosfolipídeos., , O colesterol também é an�pático e se dispõe na membrana da mesma forma que os fosfolipídeos. A sua presença restringe o movimento dos fosfolipídeos e, por isso, faz com que a membrana plasmática �que menos �uida e, portanto, mais rígida. PROTEÍNAS DA MEMBRANA PLASMÁTICA As proteínas estão presentes na membrana em menor proporção, mas a sua quantidade pode variar entre as células. Elas podem ser: Proteínas integrais São assim chamadas porque se inserem na dupla camada de fosfolipídeos, podendo atravessar de um lado a outro ou não. Quando elas atravessam de um lado a outro são chamadas de proteínas transmembrana. Proteínas periféricas Estão apenas aderidas à superfície externa ou interna da membrana. Nessa mesma imagem, que já vimos tantas vezes, podemos observá-las: 13/09/2020 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.asp?191C757E76=4944263C244DB0F19DC1C37B037D5F6753FC97C150DDA5E82420A56E8E072… 6/14 Na imagem, vemos as proteínas da membrana, desenhadas de azul. Observamos que algumas são integrais, atravessando de um lado a outro da membrana e outras não. Podemos observar também as proteínas periféricas, apenas aderidas à superfície da membrana. FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS DA MEMBRANA Essas proteínas da membrana exercem diferentes funções: Algumas são receptores para moléculas sinalizadoras, como hormônios e neurotransmissores; Algumas são canais ou transportadores, que permitem a passagem de substâncias como íons e outras moléculas maiores; Outras atuam como enzimas, acelerando reações químicas; Outras, ainda, são proteínas envolvidas na adesão a outras células ou a moléculas do material que existe entre as células, chamado de matriz extracelular. Na imagem abaixo, podemos observar as proteínas desempenhando estas funções: Na imagem, observamos as proteínas da membrana atuando de diferentes formas: como transportadoras, como proteínas de adesão, como receptoras e como enzimas. 13/09/2020 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.asp?191C757E76=4944263C244DB0F19DC1C37B037D5F6753FC97C150DDA5E82420A56E8E072… 7/14 Na imagem, observamos os oligossacarídeos ligados às proteínas da membrana, formando glicoproteínas. Atenção! , Esses carboidratos variam em tipo e quantidade de acordo com:, , O tipo celular; A atividade funcional da célula; e A localização da membrana na célula. , , O glicocálice está envolvido em mecanismos de adesão celular e também de reconhecimento e sinalização celular., , Os grupos sanguíneos humanos, por exemplo, são caracterizados pela combinação de carboidratos formando o glicocálice das hemácias ― as células sanguíneas que transportam oxigênio. Portadores de sangue tipo A apresentam uma determinada combinação que é diferente da combinação presente nas hemácias de portadores de sangue tipo B, AB e O. A imagem abaixo ilustra esse mecanismo de reconhecimento e sinalização celular. Na imagem, observamos as hemácias dos diferentes tipos sanguíneos (A, B, AB e O) e as combinações de carboidratos que são encontradas nas duas membranas, que determinam o tipo sanguíneo a que pertencem. O MODELO DO MOSAICO FLUIDO 13/09/2020 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.asp?191C757E76=4944263C244DB0F19DC1C37B037D5F6753FC97C150DDA5E82420A56E8E072… 8/14 A membrana plasmática é descrita como um mosaico �uido, devido a sua organização molecular que lembra um mosaico (várias moléculas diferentes encaixadas umas nas outras) e a sua �uidez, que é determinada pela constante movimentação das moléculas que a compõe. Os fosfolipídeos se movimentam constantemente, o que podemos observar nessa imagem. Eles se difundem lateralmente (difusão lateral), giram em torno do seu próprio eixo (rotação), estão constantementetrocando a posição dos ácidos graxos de sua cauda (�exão) e, mais raramente, mudam de um lado para o outro da membrana (�ip-�op). Atenção! , No entanto, vimos que a quantidade de colesterol na membrana pode limitar esses movimentos, deixando a membrana menos �uida e mais rígida. A temperatura também pode interferir na �uidez da membrana, assim como o fato dos ácidos graxos que formam os fosfolipídeos serem saturados ou insaturados. Nesse último caso, quando os ácidos graxos são saturados, os fosfolipídeos �cam mais encaixados uns nos outros e isso limita a sua movimentação, como vemos na imagem abaixo. Na imagem, vemos uma membrana formada apenas por fosfolipídeos que têm ácidos graxos saturados e outra formada por uma mistura de saturados e insaturados. No primeiro caso, os fosfolipídeos �cam mais próximos e encaixados, o que limita a sua movimentação. Funções da membrana plasmática Precisamos entender que a membrana plasmática não é só algo que delimita a célula e que, com isso, separa o meio intracelular do extracelular. Claro, esta é uma função da membrana. Mas ela tem outras. Controle da entrada e saída de substâncias 13/09/2020 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.asp?191C757E76=4944263C244DB0F19DC1C37B037D5F6753FC97C150DDA5E82420A56E8E072… 9/14 A membrana plasmática controla a entrada e saída de substâncias nas células, uma vez que ela tem permeabilidade seletiva, ou seja, deixa passar algumas moléculas, mas, ao mesmo tempo, impede o intercâmbio indiscriminado de substâncias. Na imagem abaixo, observamos a permeabilidade seletiva da membrana. Podemos ver que gases, moléculas hidrofóbicas e moléculas hidrofílicas pequenas conseguem atravessá-la livremente. No entanto, moléculas polares grandes e íons não conseguem passar através dela. SUPORTE FÍSICO PARA ENZIMAS Outra função da membrana plasmática é atuar como suporte físico para muitas enzimas que �cam �xadas nela. Por exemplo, a Adenil ciclase, uma enzima importante para o mecanismo de sinalização celular, como ilustra a imagem abaixo. Na imagem, vemos a enzima Adenil ciclase, que �ca �xada na membrana plasmática, desempenhando seu papel no mecanismo de sinalização celular feito pelos hormônios esteroides. FORMAÇÃO DE VESÍCULAS PARA TRANSPORTE 13/09/2020 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.asp?191C757E76=4944263C244DB0F19DC1C37B037D5F6753FC97C150DDA5E82420A56E8E07… 10/14 Na imagem, é ilustrada a participação da membrana na formação de vesículas, que servem para o transporte de substâncias e partículas, tanto dentro da célula como também no transporte de fora para dentro da célula (endocitose) e de dentro para fora da célula (exocitose). SINALIZAÇÃO CELULAR A membrana plasmática participa também dos mecanismos de interação química celular. Essa interação ocorre por meio de receptores proteicos especí�cos presentes na membrana, que interagem com moléculas, como neurotransmissores, hormônios e fatores de crescimento. Veja na imagem abaixo como essa interação pode acontecer. Na imagem, veri�camos como a membrana plasmática participa dos processos de sinalização celular. Muitas vezes, células liberam moléculas sinalizadoras, que se ligam a receptores presentes na membrana de outra célula. Outras vezes, as células apresentam as moléculas sinalizadoras aderidas à sua membrana e o contato com a outra célula, que possui o receptor, é necessário. ESPECIALIZAÇÕES DA MEMBRANA PLASMÁTICA Além das funções que falamos anteriormente, a membrana pode desempenhar funções especiais que estão relacionadas com as especializações que ela pode apresentar. Essas especializações podem estar presentes em uma das regiões da célula (glossário): Apical; Lateral; e Basal. 13/09/2020 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.asp?191C757E76=4944263C244DB0F19DC1C37B037D5F6753FC97C150DDA5E82420A56E8E07… 11/14 Na imagem, vemos as três regiões que a célula apresenta. ESPECIALIZAÇÕES DA REGIÃO APICAL Na região apical das células, podemos encontrar especializações como as microvilosidades e estereocílios, que estão relacionadas com o aumento da superfície da membrana. Outras especializações, como os �agelos e cílios, estão relacionadas com o movimento celular. Veja: MICROVILOSIDADES As microvilosidades são prolongamentos do citoplasma recobertos por membrana. Elas aumentam a superfície de absorção das células e, por isso, são encontradas em células do intestino e tubos contorcidos proximais dos rins, que precisam absorver muitas substâncias. ESTEREOCÍLIOS Os estereocílios são semelhantes às microvilosidades, porém possuem maior comprimento e se rami�cam frequentemente. Eles também aumentam a superfície de absorção facilitando o transporte de água e outras moléculas para dentro das células. São encontrados nos epidídimos e no pavilhão auditivo. CÍLIOS Os cílios são projeções móveis semelhantes a pelos. São �nos, curtos e móveis, presentes em grande quantidade em células do revestimento do sistema respiratório e de tubas uterinas. Eles movimentam substâncias e partículas que estão sobre as células. Alguns protozoários utilizam cílios para a sua locomoção. FLAGELOS Os �agelos são projeções móveis longas, presentes em menor quantidade. São utilizados para movimentação das células, como em espermatozoides, protozoários, algas unicelulares e bactérias. ESPECIALIZAÇÕES DA REGIÃO LATERAL As células também podem apresentar outras especializações da membrana na superfície lateral delas. Essas especializações estão relacionadas com: Adesão entre as células Adesão entre as células e a matriz extracelular Oclusão entre as células Comunicação entre as células Algumas dessas especializações podem ser vistas na imagem abaixo. 13/09/2020 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.asp?191C757E76=4944263C244DB0F19DC1C37B037D5F6753FC97C150DDA5E82420A56E8E07… 12/14 A imagem mostra as especializações da região lateral das células. Especialização 1 - Junções Oclusivas, que servem para vedar os espaços entre as células de forma a impedir a passagem de moléculas; Especialização 2 - Desmossomos, que servem para unir fortemente as células umas às outras; Especialização 3 - Junções Comunicantes, que servem para permitir a comunicação entre as células. EXERCÍCIOS 1. Quanto à estrutura da membrana plasmática, é correto a�rmar que: As proteínas estão sempre inseridas na dupla camada de fosfolipídeos. As cabeças polares dos fosfolipídeos �cam voltadas para a face interna da membrana. As caudas apolares dos fosfolipídeos �cam voltadas para a face externa da membrana. O colesterol está presente apenas nas células animais e interfere na sua �uidez. Apenas o colesterol se movimenta na membrana plasmática. 13/09/2020 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.asp?191C757E76=4944263C244DB0F19DC1C37B037D5F6753FC97C150DDA5E82420A56E8E07… 13/14 Justi�cativa 2. A membrana plasmática desempenha várias funções, exceto: Controlar a entrada e saída de substâncias da célula. Participar dos mecanismos de adesão celular. Permitir o reconhecimento e sinalização celular. Servir de suporte físico para enzimas. Produzir proteínas nas células. Justi�cativa 3. Na superfície das células epiteliais, podemos encontrar algumas especializações da membrana, como, por exemplo, algumas que têm como �nalidade aumentar a superfície de absorção das células, como no intestino delgado. Essa especialização é: Cílios Queratina Microvilosidades Flagelo Desmossomos Justi�cativa 13/09/2020 Disciplina Portal estacio.webaula.com.br/Classroom/index.asp?191C757E76=4944263C244DB0F19DC1C37B037D5F6753FC97C150DDA5E82420A56E8E07… 14/14 Glossário GLICEROFOSFOLIPÍDEOS (FOSFOLIPÍDEOS) Os glicerofosfolipídeos são os mais comuns, encontrados na grande maioria das células. Por isso, serão os mais considerados aqui. Para simpli�car, serão chamados apenas de fosfolipídeos. REGIÕES DA CÉLULA Cada região pode apresentar especializações características.
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