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CAPITULO 10 – ORGANIZAÇÃO INTERNA DA CÉLULA 
Estrutura da membrana 
Definição/Função: 
 A membrana plasmática circunda a célula; 
 Define seus limites; 
 Mantem as diferenças essenciais entre o citosol e o ambiente extracelular; 
Em síntese, as principais funções da membrana plasmática é de revestimento, proteção e 
permeabilidade seletiva. 
BICAMADA LIPÍDICA 
 Forma a estrutura básica de todas as membranas celulares; 
 Facilmente observada por microscopia eletrônica; 
 Possuem uma extremidade hidrofílica (polar) e uma extremidade hidrofóbica (apolar); 
Quando as moléculas são expostas ao ambiente aquoso, elas se agregam de modo 
espontâneo, escondendo suas caudas hidrofóbicas no interior onde ficam protegidas da água, 
expondo suas cabeças hidrofílicas para a água. Dependendo de sua forma, elas podem fazer isso 
de duas maneiras: podem formar micelas esféricas com as caudas para dentro ou formar folhas 
de camadas duplas, ou bicamadas, com as caudas hidrofóbicas para o interior entre as cabeças 
hidrofílicas. Uma pequena fenda na bicamada cria uma borda livre em contato com água e, 
devido ao fato de serem energeticamente desfavoráveis, os lipídeos tendem a se rearranjar 
espontaneamente para eliminar a borda livre. 
A diferença entre micelas e bicamada lipídica que determina sua diferença estrutural é 
justamente a quantidade de caudas (ácido graxos) que suas moléculas apresentam. As micelas 
apresentam moléculas com apenas uma cadeia de ácido graxo e a bicamada com duas cadeias. 
 
 Os mais abundantes lipídios da membrana são os fosfolipídios, que possuem um 
grupamento de cabeça polar contendo um grupo fosfato e duas caudas 
hidrocarbonadas hidrofóbicas (normalmente são ácidos graxos) 
 Os fosfolipídios mais comuns na MP de mamíferos são: fostatidiletanolamina, 
fosfatidilserina, fosfatidilcolina, esfingosina, esfingomielina. 
 A bicamada lipídica apresenta uma fluidez que é crucial para muitas funções da 
membrana. 
 Moléculas lipídicas individuais são capazes de se difundir livremente no plano de uma 
bicamada lipídica. 
A primeira demonstração foi obtida de estudos com bicamadas lipídicas sintéticas 
(artificiais), as quais podem ser produzidas na forma de vesículas esféricas denominadas 
lipossomos ou na forma de bicamadas planas formadas através de um furo em divisória entre 
dois compartimentos aquosos ou em um suporte sólido. 
Os movimentos possíveis que um fosfolipídio pode executar na bicamada lipídica são os 
de difusão lateral, flexão, rotação e flip-flop. 
 
 A fluidez de uma bicamada lipídica depende de sua composição e temperatura. 
 As diferenças entre os dois folhetos da bicamada lipídica da MP são: a diferença de 
cargas, a cabeça dos grupos e a fosfadilserina voltada para o citosol. 
O colesterol modula as propriedades da bicamada lipídica. Quando misturado com 
fosfolipídios, aumenta a propriedade da barreira permeável da bicamada lipídica. 
 O colesterol se insere na bicamada com o grupo hidroxila próximo às cabeças polares 
dos fosfolipídios, de modo que seus rígidos anéis esteroides interajam e parcialmente 
imobilizem aquelas regiões de hidrocarbonos próximas aos grupamentos de cabeças 
polares. Reduzindo a mobilidade dos primeiros grupos CH2 das cadeias das moléculas 
de fosfolipídios, o colesterol torna a bicamada lipídica menos deformável nesta região, 
reduzindo a permeabilidade da bicamada a pequenas moléculas solúveis em água. 
 Embora o colesterol aumente o empacotamento dos lipídeos na bicamada, isto não 
torna as membranas menos fluidas. 
 O colesterol também impede que as cadeias de hidrocarbonos agrupem-se e cristalizem. 
Apesar de sua fluidez, as bicamadas lipídicas podem formar domínios de composições 
distintas. 
 Em certas misturas lipídicas nas bicamadas artificiais, pode-se observar uma segregação 
de fase onde determinados lipídeos se agrupam formando domínios separados, 
chamados de balsas lipídicas. Exemplo: Caveola, envolvida na endocitose. 
 Lipídeos e proteínas específicos de membrana estão concentrados de maneira dinâmica 
e temporária por interações proteína-proteína, permitindo a formação provisória de 
regiões especializadas da membrana. 
 
A tendência das misturas dos lipídeos que sofrem segregação, como ocorre nas 
bicamadas artificiais, pode auxiliar na formação de balsas nas membranas das células vivas, 
organizando e concentrando as proteínas de membrana para o transporte nas vesículas ou para 
trabalharem juntas na reunião das proteínas, quando convertem sinais extracelulares em 
intracelulares. 
A maioria das células armazena um excesso de lipídeos como gotas lipídicas, de onde 
pode ser obtida a matéria-prima para a síntese de membranas ou uma fonte de alimento. As 
células de gordura, também denominadas adipócitos, são especializadas no armazenamento de 
lipídeos. 
 Elas são moléculas exclusivamente hidrofóbicas e agregam-se em gotas tridimensionais 
em vez de em bicamadas, pois esses lipídeos não contêm grupamentos de cabeças 
hidrofílicas. 
 São organelas únicas, pois são circundadas por uma única camada de fosfolipídios, a 
qual contém uma grande variedade de proteínas. 
 As gotas lipídicas se formam rapidamente quando as células são expostas a altas 
concentrações de ácidos graxos. 
Modelo para a formação de 
gotas lipídicas. Os lipídeos 
neutros são depositados entre 
as duas monocamadas da 
membrana do RE. Ali eles se 
agregam em gotas 
tridimensionais que brotam e 
se destacam da membrana do 
RE com uma única organela 
circundada por uma 
monocamada fosfolipídica e 
proteínas associadas. 
 
 O conteúdo final de uma gota lipídica é o colesterol. 
A Assimetria da bicamada lipídica é funcionalmente importante. Na membrana dos 
glóbulos vermelhos humanos (eritrócitos), por exemplo, quase todas as moléculas de 
fosfolipídios que possuem colina – (CH3)3N+CH2CH2OH – em seu grupamentos de cabeças 
(fosfatidilcolina e esfingomielina) estão na monocamada externa, enquanto quase todas que 
contêm um grupo amino primário terminal (fosfatidiletanolamina e fosfatidilserina) estão na 
monocamada interna. Há uma significativa diferença nas cargas entre as duas metades da 
bicamada, porque a fosfatidilserina, negativamente carregada, está localizada na monocamada 
interna. 
 A assimetria lipídica é funcionalmente importante, em especial na conversão de sinais 
extracelulares em sinais intracelulares 
 A membrana plasmática contém várias fosfolipases que são ativadas por sinais 
extracelulares para clivar moléculas fosfolipídicas específicas, gerando fragmentos 
dessas moléculas que atuam como mediadores celulares de vida curta. 
Os animais exploram a assimetria dos fosfolipídios de sua membrana plasmática 
para distinguir entre células vivas e células mortas. 
Quando uma célula animal sofre apoptose (uma forma de morte celular 
programada), a fosfatidilserina, que normalmente está confinada à monocamada citosólica (ou 
interna) da bicamada lipídica da membrana plasmática, rapidamente se transloca para a 
monocamada extracelular (ou externa). A fosfatidilserina exposta na superfície celular sinaliza 
para as células vizinhas, como os macrófagos, para fagocitar e digerir a célula morta. 
Acredita-se que a translocação da fosfatidilserina nas células apoptóticas ocorra por 
meio de dois mecanismos: 
1. Inativação do translocador de fosfolipídio, que normalmente transporta esse 
lipídeo da monocamada externa para a monocamada interna. 
2. Ativação da “scramblase” (de scramble, embaralhar), que transfere os 
fosfolipídios de forma inespecífica nas duas direções entre as duas monocamadas. 
Explicando, sucintamente, a assimetria da membrana: diferença na composição 
lipídica, proteica e de oligossacarídeos (açucares). É determinada pela síntese de componentes 
e sua orientação nas membranas. 
Resumo 
As membranas biológicas consistem em uma camada dupla contínua de moléculas 
lipídicas onde as proteínas de membrana ficam embebidas. Essa bicamada lipídica é fluida, commoléculas lipídicas individuais capazes de difundirem-se rapidamente dentro de sua própria 
monocamada. As moléculas lipídicas de membrana são anfifílicas. Quando colocadas em água, 
elas se reúnem espontaneamente em bicamadas, as quais formam um compartimento fechado. 
Embora as membranas celulares contenham centenas de espécies diferentes de lipídeos, a 
membrana plasmática das células animais contém três classes principais: os fosfolipídeos, o 
colesterol e os glicolipídeos. Os fosfolipídeos são classificados em duas categorias de acordo com 
sua cadeia principal: os fosfoglicerídeos e os esfingolipídeos. A composição de lipídeos das 
monocamadas interna e externa são diferentes, refletindo as distintas funções das duas faces da 
membrana celular. Diferentes misturas de lipídeos são encontradas na membrana das células de 
diferentes tipos, bem como nas várias membranas de uma única célula eucariótica. Os 
fosfolipídeos inositol são uma classe secundária de fosfolipídeos, os quais, no folheto citosólico 
da bicamada lipídica da membrana plasmática, desempenham uma importante função na 
sinalização intracelular: em resposta a sinais extracelulares, cinases lipídicas específicas 
fosforilam os grupamentos de cabeças desses lipídeos para formar sítios de ancoragem para 
proteínas sinalizadoras citosólicas, enquanto fosfolipases específicas clivam determinados 
fosfolipídeos inositol para gerar pequenas moléculas de sinalização intracelular. 
PROTEÍNAS DE MEMBRANAS 
 
 As proteínas de membrana são anfifílicas, possuindo uma região hidrofóbica e uma 
hidrofílica. 
 As proteínas podem ser classificadas de acordo com a sua associação à membrana. 
São elas: transmembranas de passagem única ou múltiplas (que membrana atravessam a 
bicamada lipídica, com uma porção em cada um dos lados) e periféricas (As proteínas 
associadas à membrana não se estendem para o interior hidrofóbico da bicamada lipídica)
 
Várias maneiras pelas quais as proteínas se associam à bicamada lipídica. 
Acredita-se que a maioria das proteínas de membrana atravesse a bicamada como uma única 
a hélice (1), como múltiplas α-hélices (2) ou como uma folha β (um barril β) (3). Algumas dessas proteínas 
de “passagem única” e “passagem múltipla” possuem cadeias de ácidos graxos covalentemente ligadas 
inseridas na monocamada lipídica citosólica (1). Outras proteínas de membrana estão expostas em apenas 
um lado da membrana (4). Algumas delas estão ancoradas na superfície citosólica por uma a-hélice 
anfifílica que divide a monocamada citosólica da bicamada lipídica através da face hidrofóbica da hélice. 
(5) Outras estão ligadas à bicamada apenas por uma cadeia lipídica covalentemente ligada – uma camada 
de ácido graxo ou um grupo prenila – à monocamada citosólica ou, por meio de um oligossacarídeo ligante 
ao fosfatidilinositol, à monocamada não citosólica – denominado âncora de GPI. (7,8) Finalmente, 
proteínas associadas à membrana são ligadas à membrana somente por interações não covalentes com 
outras proteínas da membrana. 
 O método de visualização celular que permite observar a presença de proteínas 
integrais da membrana é a microscopia eletrônica de transmissão obtida a partir de 
criofratura. 
Experimento demonstrando a mistura de proteínas da membrana plasmática em células 
híbridas de camundongo-humanas. 
 
Neste experimento, uma célula humana e uma célula de camundongo são fusionadas para criar 
uma célula híbrida que foi corada com dois anticorpos marcados com fluoróforos. Um anticorpo 
(marcado com corante verde) detecta proteína da membrana plasmática de camundongo e o 
outro anticorpo (marcado com corante vermelho) detecta proteínas da membrana plasmática 
humana. Quando as células são coradas imediatamente após a fusão, as proteínas da membrana 
plasmática humana e de camundongos ainda estão nos domínios originais da célula humana e 
de camundongo, respectivamente. Entretanto, após um curto período, as proteínas da 
membrana plasmática se difundem por toda a superfície celular e se misturam completamente. 
As âncoras lipídicas controlam a localização de algumas proteínas de sinalização na membrana 
 O modo como as proteínas de membrana estão associadas à bicamada lipídica reflete a 
função da proteína. 
 Somente as proteínas transmembrana podem atuar nos dois lados da bicamada ou 
transportar moléculas através dela. 
 As proteínas de passagem múltipla pela membrana que possuem seus segmentos 
transmembrana arranjados na forma de barris β e não na forma de a-hélice são 
comparativamente rígidas e, portanto tendem a formar cristais facilmente quando 
isoladas. 
 
As proteínas na forma de barris β são abundantes na membrana externa das bactérias, 
mitocôndrias e cloroplastos. Algumas são proteínas formadoras de poros, os quais criam canais 
cheios de água permitindo que pequenas moléculas hidrofílicas selecionadas atravessem a 
membrana. Exemplo: As porinas 
A maioria das proteínas de membrana de passagem múltipla das células eucarióticas e na 
membrana plasmática bacteriana é formada por α-hélices 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 b rigidamente a sua vizinha, tornando pouco provável a ocorrência de mudanças 
conformacionais na parede do barril. 
Muitas proteínas de membrana são glicosiladas. 
Os carboidratos revestem a superfície de todas as células eucarióticas. Esses carboidratos 
ocorrem como cadeias de oligossacarídeos covalentemente ligadas às proteínas da 
membrana (glicoproteínas) e aos lipídeos (glicolipídeos); também ocorrem como cadeias de 
polissacarídeos das moléculas de proteoglicanos integrais de membrana. 
 Os proteoglicanos, que consistem em longas cadeias polissacarídicas ligadas de forma 
covalente ao centro da proteína, são encontrados principalmente no exterior da célula, 
como parte da matriz extracelular. 
 Os termos glicocálice ou revestimento celular algumas vezes são usados para descrever 
uma zona da superfície celular rica em carboidratos. 
 Apesar de a maioria dos grupos açúcares estar ligada a moléculas intrínsecas de 
membrana plasmática, a camada de carboidratos também contém glicoproteínas e 
proteoglicanos que são secretados para o espaço extracelular e então adsorvidos na 
superfície celular. 
 Uma das muitas funções da camada de carboidrato é proteger a célula contra danos 
químicos ou mecânicos e manter outras células a distância, prevenindo interações 
indesejáveis célula-célula. 
A camada de carboidrato da 
superfície celular. (A) Esta 
micrografia eletrônica da 
superfície de um linfócito enfatiza 
a espessa camada rica em 
carboidrato que reveste a célula. 
(B) A camada de carboidrato é 
formada pelas cadeias laterais dos 
oligosssacarídeos dos glicolipídeos 
e das glicoproteínas de membrana 
e das cadeias de polissacarídeos 
dos proteoglicanos da membrana. 
Além disso, as glicoproteínas e os 
proteoglicanos adsorvidos (não 
mostrados) contribuem para a 
camada de carboidratos em 
muitas células. Observe que todos 
os carboidratos estão na superfície 
não citosólica da membrana. 
As proteínas de membrana podem ser solubilizadas e purificadas em detergentes 
 Em geral, somente os agentes que rompem as associações hidrofóbicas e destroem a 
bicamada lipídica podem solubilizar proteínas de membrana. 
 Os agentes mais úteis entre eles são os detergentes, que são pequenas moléculas 
anfifílicas 
 Os detergentes são mais solúveis em água do que os lipídeos. 
 Suas extremidades polares (hidrofílicas) podem ser carregadas (iônicas) ou não 
carregadas (não iônicas) 
 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 colarde moléculas de detergente. Como a outra 
extremidade da molécula de detergente é polar, esta ligação tende a colocar as 
proteínas de membrana em solução como complexos proteína-detergente. 
 Os detergentes também desempenham um papel crucial na purificação e na 
cristalização de proteínas de membrana. 
As células podem confinar proteínas e lipídeos em domínios específicos em uma membrana 
Acredita-se que a regulação das interações proteína-proteína na membrana cria domínios de 
balsas em nanoescala que atuam na sinalização e tráfego de membrana. Um exemplo extremo 
é observado no espermatozoide de mamíferos, uma célula única formada por várias partes 
distintas estrutural e funcionalmente, coberta por uma membrana plasmática contínua. Quando 
um espermatozoide é examinado por meio de microscopia de fluorescência com vários 
anticorpos, cada um reagindo com uma determinada molécula da superfície, observa-se que a 
membrana consiste em pelo menos três domínios distintos. 
 
 
 
Três domínios da membrana plasmática 
de um espermatozoide de cobaia. (A) 
Representação esquemática do 
espermatozoide de cobaia. (B-D) Nos três 
pares de micrografias, à esquerda estão 
as micrografias de contraste de fase e à 
direita a mesma célula é mostrada com 
coloração de imunofluorescência da 
superfície celular. Diferentes anticorpos 
monoclonais marcam seletivamente as 
moléculas de superfície celular na porção 
anterior da cabeça (B), na porção 
posterior da cabeça (C) e na cauda (D). 
 
O citoesqueleto cortical proporciona força mecânica e restringe a difusão das proteínas de 
membrana 
 
Quatro maneiras de restringir a mobilidade 
lateral de proteínas específicas da membrana 
plasmática. (A) As proteínas podem se auto-
organizar em grandes agregados (como a 
bacteriorrodopsina na membrana púrpura da 
Halobacterium salinarum); elas podem ser 
presas por interações com grupos de 
macromoléculas de dentro (B) ou de fora (C) das 
células, ou (D) podem interagir com as proteínas 
de superfície celular de outra célula. 
 
As proteínas de curvatura da membrana deformam as bicamadas 
 
Três maneiras pelas quais as membranas são moldadas pelas proteínas de curvatura da 
membrana. As bicamadas lipídicas estão em cinza, e as proteínas, em verde. (A) Bicamada sem proteína 
ligada. (B) Uma região hidrofóbica da proteína pode se inserir como uma cunha em uma monocamada, 
separando os grupamentos das cabeças lipídicas. Tais regiões podem ser hélices anfifílicas, como 
apresentado na figura, ou grampos hidrofóbicos. (C) A superfície curva de proteínas pode se ligar aos 
grupamentos das cabeças lipídicas e de formar a membrana ou estabilizar a curvatura. (D) Uma proteína 
pode se ligar a um grupo de lipídeos que possuem grupamentos de cabeças grandes, portanto dobrando 
a membrana. 
1. Algumas inserem domínios proteicos hidrofóbicos ou ligam âncoras 
lipídicas em um dos folhetos da bicamada lipídica. O aumento da área de somente um 
dos folhetos da bicamada causa uma curvatura na membrana. Acredita-se que as 
proteínas que moldam a sinuosa rede dos estreitos túbulos do RE atuem dessa maneira. 
2. Algumas proteínas de curvatura da membrana formam rígidos 
arcabouços que deformam a membrana ou estabilizam uma membrana já curvada. As 
proteínas de revestimento que moldam as vesículas que brotam no transporte 
intracelular pertencem a essa classe. 
3. Algumas proteínas de curvatura da membrana causam agregação dos 
lipídeos de membrana, induzindo uma curvatura. A capacidade de um lipídeo em induzir 
uma curvatura positiva ou negativa na membrana é determinada por áreas 
relativamente transversais de seus grupamentos de cabeça e suas caudas 
hidrocarbonadas. Por exemplo, o grande grupamento de cabeça dos fosfoinositídeos 
torna essas moléculas lipídicas em forma de cunha e seu acúmulo em um domínio de 
um folheto da bicamada e, portanto, induzindo a curvatura positiva. Ao contrário, as 
fosfolipases que removem os grupamentos das cabeças lipídicas produzem uma forma 
inversa induzindo uma curvatura negativa. 
Resumo 
Enquanto a bicamada lipídica determina a estrutura básica das membranas biológicas, 
as proteínas são responsáveis pela maioria das funções da membrana, servindo como receptores 
específicos, enzimas, transportadores, e assim por diante. As proteínas transmembrana 
atravessam a bicamada lipídica. Algumas dessas proteínas de membrana são proteínas de 
passagem única, nas quais a cadeia polipeptídica atravessa a bicamada como uma única α-
hélice. Outras são proteínas de passagem múltipla, nas quais a cadeia polipeptídica cruza a 
bicamada múltiplas vezes, seja como uma série de a-hélices ou como folhas b arranjadas na 
forma de um barril. Todas as proteínas responsáveis pelo transporte de íons e de pequenas 
moléculas solúveis em água pela membrana são de passagem múltipla. Algumas proteínas de 
membrana não atravessam a bicamada, mas se ligam em um dos lados da membrana. Algumas 
estão ligadas na porção citosólica por uma a-hélice anfipática na proteína de superfície ou por 
uma ligação covalente de uma ou mais cadeias lipídicas, outras estão ligadas na porção não 
citosólica por uma âncora GPI. Algumas proteínas associadas à membrana estão ligadas por 
meio de interações não covalentes com as proteínas transmembrana. Na membrana plasmática 
de todas as células eucarióticas, a maioria das proteínas expostas na superfície celular e algumas 
moléculas de lipídeos da monocamada externa possuem cadeias de oligossacarídeos 
covalentemente ligadas a elas. Como as moléculas de lipídeo da bicamada, muitas proteínas de 
membrana são capazes de se difundir rapidamente no plano da membrana. Entretanto, as 
células possuem maneiras de imobilizar proteínas específicas da membrana, bem como formas 
de manter confinadas tanto as proteínas da membrana quanto as moléculas lipídicas, em 
domínios específicos na bicamada lipídica contínua. A associação dinâmica das proteínas de 
curvatura da membrana conferem suas características e formas tridimensionais.