Estrutura e Função de Biomembranas

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Processos Celulares
e Moleculares
Lucas Celes Dominguez
@lucas.celes
 
1 Lucas Dominguez – Primeiro Semestre - Medfacs 
ESTRUTURA E FUNÇÃO DE BIOMEMBRANAS 
VISÃO GERAL E FUNÇÕES 
- As funções relacionadas às biomembranas estão muito relacionadas, em geral, às proteínas (principalmente) e aos 
seus componentes lipídicos e glicídicos presentes em sua constituição -> Permitem a realização de suas funções. 
- Nas células eucariontes temos membranas de compartimentos de diversas organelas (lisossomo, retículo, golgi, etc), e 
não somente como membrana plasmática. Na verdade, a membrana plasmática representa apenas 2% a 5% de todas as 
membranas de uma célula eucarionte. 
- Lembrando que as vesículas formadas dentro das células sempre vão ter alguma função inerente a ela, até mesmo as 
vazias, que podem ser utilizadas para crescimento celular, já que a membrana da vesícula irá se fundir à membrana 
plasmática da célula. 
- As funções de membrana estão intimamente ligadas aos seus componentes celulares e moleculares, já que são esses 
componentes que irão executar, de fato, as funções -> Proteínas, lipídeos, carboidratos, etc. 
- A membrana plasmática possui característica glicolipoproteica. 
- As membranas estão presentes desde os seres primitivos, como as bactérias e protozoários, por conta de sua grande 
funcionalidade em separar e integrar -> Células x Meio e Organelas x Citosol -> Membranas são extremamente 
importantes para que se consiga fazer uma separação dos distintos meios e tornar aqueles meios favoráveis à ação de 
sistemas enzimáticos que requerem condições diferentes (ex: pH). 
- Separar é extremamente importante para conseguir individualizar os compartimentos e, assim, os componentes 
desses trabalhem com o mesmo objetivo. -> Individualização e especialização! Ex: Separar as salas de aula para 
aprender diferentes disciplinas. Na mesma sala pode ter diferentes indivíduos, copiando no caderno, computador, etc, 
mas todos estão com o mesmo objetivo em comum: aprender a disciplina -> Isso garante a homeostasia (constância) do 
meio, já que todos se comprometem a trabalhar para esse objetivo. 
- Ao mesmo tempo, é preciso integrar os compartimentos com o meio que faz parte desse sistema. É necessário, de 
alguma forma, permitir a saída e a entrada de moléculas/substâncias para esse sistema. E a membrana tem essa 
característica. 
- Células X Meio: As membranas plasmáticas são responsáveis por diversas funções, tais quais: 
• Proteção da célula. 
• Manutenção do equilíbrio iônico com o meio -> Transportes através da membrana. 
• Reconhecimento celular e molecular -> A primeira estrutura que se tem contato ao ir em direção a uma célula 
é a membrana, mais especificamente o glicocálix ou proteínas receptoras. Ex: O neutrófilo precisa ser 
reconhecido por uma célula do tecido do vaso e para conseguir sofrer diapedese. 
• Adesão -> Adesão célula-célula e adesão ao tecido -> Tecido epitelial (células justapostas). 
• Comunicação celular -> Células precisam se comunicar, mas como não desenvolveram a fala, precisam se 
comunicar através de sinais químicos (hormônios, neurotransmissores, etc) -> As células receberão esses sinais 
através de receptores específicos (como proteínas receptoras, que estão ancoradas na membrana celular). 
- Organelas x Citosol: As biomembranas internas possuem diversas funções, tais quais: 
• Controle de atividades celulares. 
• Organização dos sistemas enzimáticos. 
 
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• Execução de funções especializadas -> Lisossomos: Dentro dos lisossomos ocorre a digestão através de 
enzimas hidrolíticas e proteolíticas, etc, que trabalham em pH ácido, diferente do pH citosólico, que é de 7,2. 
Assim, diante dessa necessidade de diferença de pH, fica clara a importância de separar os compartimentos 
para a realização das funções específicas desses. 
- Lembrando: Já que existe uma grande variedade enzimática dentro dos lisossomos, por que elas não lisam os 
componentes celulares da membrana? A resposta é simples, isso se deve por conta das assimetrias entre as moléculas 
de fosfolipídios, proteínas, etc, fazendo com que se torne possível uma diferenciação entre os tipos dessas moléculas 
que podem ou não ser digeridas -> Processo que envolve a comunicação e o reconhecimento celular. 
- Modelo do Mosaico Fluido: 
• Proposto por Singer e Nicolson, em 1972. 
• Mosaico: Proteínas embebidas na bicamada lipídica -> Ou seja, as moléculas estão misturadas umas nas 
outras. 
• Fluido: Proteínas e lipídeos apresentam-se em movimento nas membranas -> Não são moléculas estáticas. 
GLICOCÁLIX (CARBOIDRATOS 
- Podem formar diferentes formas e arranjos, como os glicolipídios, as glicoproteínas, entre outros -> Lembrar que isso 
são lipídeos/proteínas ligadas a açucares, e não ao contrário!!! 
- Está presente apenas na face externa da membrana, voltado ao meio extracelular. 
- Participa do reconhecimento celular e da adesão. 
- Situações que o glicocálix atua no reconhecimento celular: Transfusões sanguíneas (diferentes arranjos de açúcares 
definem os tipos sanguíneos), diapedese (esse reconhecimento permite o aumento da permeabilidade do vaso e 
consequente migração dos macrófagos e neutrófilos para o meio extravenoso -> Lembrando que esse reconhecimento 
se dá pela presença de oligossacarídeos na superfície das células de defesa, que serão reconhecidos por proteínas 
receptoras das células endoteliais). 
 
- Além disso, ele atua no reconhecimento de patógenos, sinalizadores químicos. 
- Células metastáticas: Perdem o glicocálix, logo quando vão para outros tecidos, elas perdem a capacidade de serem 
reconhecidas como estranhas, logo não podem ser destruídas pelas células imunológicas do tecido que elas migraram -
> Logo, se instalam e se reproduzem, gerando metástases no local. 
 
 
 
 
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LIPÍDEOS 
- São biomembranas são constituídas, basicamente, por três tipos principais de lipídeos: Os fosfolipídios , o colesterol e 
os glicolipídeos. 
- Lembrando que as diferentes células e organelas possuem diferentes composições lipídicas em suas membranas 
(lembrar dos lisossomos). 
 
- Fosfolipídios são compostos anfipáticos, possuindo cabeça hidrofílica e cauda hidrofóbica. 
- Os fosfolipídios saturados tendem a formar membranas menos fluidas e mais rígidas (neurônios), enquanto os 
insaturados tendem a formar uma membrana mais fluida e menos rígida -> Lembrando que os extremos de fluidez e 
rigidez são ruins para a célula, pois a chance de ruptura é muito grande. 
- Colesterol também é anfifílico, possuindo uma parte polar (hidroxila) e uma parte apolar (maior parte do colesterol). 
- Lembrando que os fosfolipídios são dinâmicos, podendo fazer rotação, flexão, difusão lateral (translocação) e flip-flop 
(inversão do fosfolipídio da monocamada interna com o da mesma direção da externa -> Mais raro – Acontece quando 
a célula entrar em processo apoptótico, pois sinaliza que a célula necessita desse processo -> Um exemplo de marcador 
de membrana para a apoptose é a fosfotidilserina expressa na camada externa - realizada pela enzima flipase -> 
Annexin V marca justamente essas fosforidilserinas na membrana externa para a realização de exames). 
- Assimetria de membrana: Os fosfolipídios vão se arranjar de diferentes formas nas diferentes membranas. Isso é 
muito importante na comunicação e reconhecimento entre as células. 
- Leshimaniose: Infecta algumas células, principalmente os macrófagos. Para conter essa infecção, outras células do 
sistema imune podem utilizar os fosfolipídios como mecanismos de sinalização para responder e tentar controlar a 
proliferação desse microorganismo. Esse sinal chega no sistema imunológico, desencadeando uma resposta 
imunológica. 
- Colesterol: Em eucariotos a sua presença é similar a dos fosfolipídios. 
• Localizam-se entre as caudas dos fosfolipídios.• É um estabilizador do estado de rigidez e fluidez da membrana. 
• Os anéis aromáticos controlam (aumentam e diminuem) a rigidez da membrana, aumentando a resistência aos 
movimentos gerados pelas caudas flexíveis dos fosfolipídios. 
• Dificulta a cristalização a baixas temperaturas, pois sua posição entre os fosfolipídios impede uma 
aproximação muito grande entre eles, a ponto de apresentar um risco a lise -> Controla a fluidez da membrana 
também!!! -> Impede que as cadeias apolares se aproximem muito e se rompam. 
 
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• Os procariotos não possuem colesterol para controlar a rigidez e fluidez da membrana, logo elas usam outros 
mecanismos -> Elas têm a capacidade de sintetizar diferentes fosfolipídios e enviá-los para as membranas, 
para que elas possam ajustar-se às condições diferentes de temperatura. 
• Vírus da Rubéola se ancoram em células do sistema imunológico ricas em colesterol -> O objetivo disso era 
atrair o vírus para fagocitá-lo e ser digerido, porém, evolutivamente, ele desenvolveu mecanismos para burlar 
esse sistema de defesa. 
• Balsas lipídicas: São domínios de membrana ricos em colesterol, regiões mais espessas na membrana, pois 
além de conter as proteínas e os fosfolipídios, ainda são muito ricas em colesterol -> Facilita a ancoragem de 
diversas proteínas e sinalizadores. 
• Cavéolas: Pequenas depressões que sucedem as balsas lipídicas, que servem como um fosso para o 
armazenamento de algumas substâncias -> No caso das células musculares lisas, serve para o armazenamento 
de cálcio, já que não tem retículo sarcoplasmático como as esqueléticas. 
PROTEÍNAS 
- Conferem individualidade e especificidade as membranas, podendo variar sua composição entre 50% e 75% da massa 
de uma membrana. 
- Principais funções das proteínas na membrana plasmática: 
• Transportadoras: Transportar moléculas para dentro ou fora da célula. 
• De ancoragem: Função mais estrutural da célula. 
• Receptores: Captação de sinais químicos. 
• Enzimas: Catálise de reações químicas. 
- De acordo com o modo com o qual interagem com a membrana, podem ser classificadas em intrínsecas (integrais) ou 
periféricas (extrínsecas). 
- Integrais: São proteínas que atravessam a membrana e vão apresentar porções expostas tanto na face extracelular 
quanto na intracelular (obrigatoriamente) -> Para conseguirem atravessar a membrana, elas têm que ser moléculas 
anfipáticas (obrigatoriamente), sendo compostas por aminoácidos hidrofílicos nas extremidades e aminoácidos 
hidrofóbicos no meio externo da proteína, que está em contato com a parte interna da bicamada (lembrando que 
quando a proteína for oca - transportadora - a parte interna da proteína pode ser inteiramente hidrofílica, mesmo no 
meio, pois só assim é que torna-se possível a passagem de compostos polares -> Ex: Aquaporina). 
• Unipasso: Normalmente receptoras -> Atravessa a bicamada apenas uma vez. 
• Multipasso: Poros de entrada -> Atravessa a bicamada mais de uma vez. 
 
- Periféricas: São proteínas que não atravessam a membrana, podendo ficar ligadas a proteínas integrais, a própria 
bicamada lipídica ou até mesmo aderidas aos açúcares do glicocálix. 
• Pode ser exposta a face externa (meio extracelular) ou a face interna (meio intracelular). 
 
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- Há mecanismos diferentes para desestruturar as membranas plasmáticas, através da extração de componentes 
dessas, tais quais: 
• Uso de detergentes -> Consegue desagregar a membrana ao formar micelas mistas de lipídio e detergente. 
• Mudança iônica do meio, com alteração do pH -> Faz com que as proteínas se “soltem” da membrana. 
• Uso de enzimas específicas -> Fosfolipases, proteases, etc. 
• Lembrando que o uso de cada técnica depende do objetivo em promover essa lise -> Ex: retirar ácido nucleico, 
utilizar os monômeros da bicamada, etc. 
MEMBRANAS DE ORGANELAS 
- Representa a maior quantidade de biomembranas das células eucarióticas. 
- Funções: 
• Controle de atividades celulares. 
• Organização dos sistemas enzimáticos. 
• Execução de funções especializadas. 
ESPECIALIZAÇÃO DE MEMBRANAS 
----- Porção Apical ----- 
- Microvilosidades: São modificações formadas na porção apical de algumas células -> Lembrando que nem toda célula 
tem superfície apical, basal, etc. 
• São estruturas digitiformes -> Em forma de dedos. 
• Funções: Servem para aumentar a superfície de contato das células -> Importantíssimo para a absorção, por 
exemplo, nas células intestinais. 
- Estereocílios: 
• São encontrados no ouvido interno -> Lá tem células especializadas em absorver ondas sonoras, que vão fazer 
com que esses estereocílios vibrem. Essa vibração gera um estímulo mecânico para a percepção das nossas 
células nervosas. 
- Cílios: São encontrados em células do sistema respiratório (filtrar impurezas), da tuba uterina (movimentação do 
ovócito II e do zigoto), etc. 
- Flagelos: Basicamente, são estruturas de locomoção, normalmente sendo únicas ou duplas. São mais longos que os 
cílios. 
----- Porção Basolateral ----- 
- São especializações específicas para manter a união/justaosição das células. 
- Ocorrem com maior frequência em células de tecidos específicos, como o epitelial, muscular, etc. 
- Junção Oclusiva: 
• É formada por uma série de proteínas, que servem para fazer uma selagem das células, bloqueando, assim, o 
espaço intercelular, evitando a permeabilidade entre as células -> Junta as células e, ao mesmo tempo, evita o 
efluxo de nutrientes e íons para o meio. 
 
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• Está presente nas células epiteliais (intestino). 
• Por que as células intestinais tem que ser muito unidas? Por muitos motivos, dentre eles para evitar o refluxo 
dos nutrientes para o lúmen intestinal, evitando a perda desses para o meio. 
- Junção Aderente: 
• Tem função exclusiva de unir uma célula a outra -> Permite uma forte união lateral entre as células. 
• São compostas por um complexo de proteínas. 
• Unem feixes de filamentos de actina entre as células. 
- Desmossomos: 
• Basicamente funcionam como junções aderentes, porém com uma diferença: Além de unir uma célula a outra 
lateralmente, os desmossomos conectam a membrana da célula com seu citoesqueleto -> Conectam aos 
filamentos intermediários (filamentos que dão sustentação a célula) -> Isso é importante, pois as células 
epiteliais, por exemplo, estão sujeitas a grandes trações, podendo se romper, caso não estejam fortemente 
unidas umas as outras -> Ao unir através do citoesqueleto, o desmossomo confere uma maior resistência às 
células. 
• São compostos por um complexo proteico. 
- Hemidesmossomos: 
• Possui a metade da estrutura de um desmossomo. 
• Como eles ficam localizados no limite da superfície basal do tecido, não há mais células para unir, apenas a 
membrana basal do tecido epitelial. O tecido que vai se conectar com essa membrana já é o tecido conjuntivo 
-> Ou seja, essa célula não é mais ancorada com outra célula do tecido epitelial, e sim com a membrana basal 
do tecido epitelial, que se comunica com o tecido conjuntivo. 
- Junções Comunicantes: 
• Além de unir as células, elas permitem o transporte e a transferência de nutrientes e íons de uma célula para 
a outra em um mesmo tecido. 
• Logo, elas servem para permitir a comunicação entre as células de determinado tecido, para que elas se 
comportem da mesma maneira -> Exemplo: Há uma absorção de pouca glicose, sendo necessário o aumento 
da absorção dessa. O sinal químico será difundido através das junções comunicantes e todas as células do 
tecido vão se comportar de maneira a aumentar a absorção de glicose. 
- Lembrando que cada especialização será composta por grupos específicos de proteínas. 
 
- Lembrando que essas junções podem estar presentes em outros tecidos, sem ser o epitelial, como o muscular, 
nervoso e conjuntivo(mais difícil).