Membrana Plasmática

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Composição: bicamada de lipídeos, com carboidratos e proteínas associados.
As membranas diferem entre si de acordo com os tipos e quantidades de lipídeos e proteínas que as compõem.
A associação entre lipídeos e carboidratos formam os glicolipídios e a associação entre lipídeos e proteínas formam as glicoproteínas. Esse conjunto de macromoléculas exteriores à membrana se chama glicocálice.
Os fosfolipídios são os lipídeos mais comuns na membrana.
Não é possível observar a membrana pela microscopia de luz, já que o aumento é insuficiente. Já na microscopia, é possível observar a estrutura trilaminar da membrana (duas unidades de membrana).
Funções da membrana
1) Gerar compartimentos (organelas). A compartimentalização e as proteínas presentes é que vão atribuir uma função a cada organela.
2) Sinalização: transmissão e recepção de informações.
3) Importação e exportação de moléculas.
4) Movimento e expansão da célula.
Lipídeos de membrana: fosfolipídios, glicolipídios e colesterol
Os fosfolipídios são formados por um glicerol (formado por três carbonos); cada um dos carbonos tem a capacidade de interagir com caudas de ácido graxo e o terceiro carbono vai interagir com um grupamento fosfato que, por sua vez, interage com um radical (R) variável que vai permitir os vários tipos de fosfolipídios. A cauda dos fosfolipídios é hidrofóbica (apolar), enquanto a cabeça é hidrofílica (polar).
O colesterol tem uma porção hidrofílica (representada pela hidroxila) menor que os outros lipídeos.
Interações da bicamada lipídica em microambiente aquoso
A bicamada lipídica é um arranjo que satisfaz ambas as partes e é energeticamente favorável. As cabeças hidrofílicas permanecem expostas à água nas duas superfícies da bicamada, e as caudas hidrofóbicas ficam protegidas da água e justapostas no interior, como em um sanduíche.
 
As mesmas forças que atuam sobre moléculas anfipáticas para que formem bicamadas conferem também a propriedade de auto selamento. Qualquer ruptura na bicamada cria uma ponta livre exposta à água. Como isso é energeticamente desfavorável, as moléculas da bicamada se rearranjam espontaneamente para eliminar a ponta livre. Caso a ruptura seja pequena, esse rearranjo espontâneo irá excluir as moléculas de água e reparar a bicamada, restaurando a lâmina contínua. 
Caso a ruptura seja grande, a lâmina pode enovelar-se sobre ela mesma e se quebrar em pequenas vesículas fechadas. Nos dois casos, as pontas livres são prontamente eliminadas. A não ocorrência de pontas livres tem uma profunda consequência: a única maneira que uma lâmina finita tem de evitar pontas livres é formar uma esfera fechada. Consequentemente, moléculas anfipáticas como os fosfolipídeos necessariamente se arranjam em compartimentos fechados. Esse comportamento notável, fundamental para a criação de uma célula viva, é, em essência, simplesmente resultado da estrutura de cada molécula, hidrofílica em uma das terminações e hidrofóbica na outra.
Fluidez da camada lipídica
Fluidez: capacidade de movimentação.
A fluidez da membrana celular – a facilidade com que as moléculas lipídicas se movem no plano da bicamada – é importante para as funções da membrana, devendo ser mantida dentro de certos limites. O grau de fluidez da membrana pode ser medido pelos movimentos dos fosfolipídeos.
O movimento de flip-flop não determina o grau de fluidez da membrana.
Geralmente, esse movimento é mediado por enzimas em situações especiais, como no processo de apoptose (morte celular programada). Esse movimento faz com que células que realizam fagocitose cheguem para remover essa célula que está morrendo.
Alguns fatores determinam o estado de fluidez da membrana, como:
a) Grau de insaturação das caudas de hidrocarboneto: quanto mais instauração, maior a fluidez da membrana.
b) Comprimento das caudas de hidrocarboneto: quanto mais curtas as caudas (13 carbonos), maior a fluidez da membrana. Imagine: quanto maiores as caudas, maiores as chances de se entrelaçarem.
c) Quantidade de colesterol: quanto maior a quantidade de colesterol, menor a capacidade de movimentação dos lipídeos, já que o colesterol “trava” o movimento.
 
(a) 			(b) 				(c)
As células podem restringir o movimento das proteínas de membrana
A formação de células híbridas de humanos e camundongos mostra que as proteínas de membrana podem mover-se lateralmente na bicamada lipídica. As proteínas de camundongo e humanas permanecem inicialmente confinadas em suas metades na recém-formada membrana plasmática da célula híbrida, mas se mistu ram logo após um curto período de tempo. Para marcar as proteínas, dois anticorpos foram ligados às proteínas humana e do camundongo e marcados com agentes fluorescentes diferentes (rodamina ou fluoresceína). Os dois anticorpos fluorescentes podem ser distinguidos no microscópio de fluorescência, pois a fluoresceína é verde, e a rodamina, vermelha.
Outro experimento que comprova a fluidez da membrana é o FRAP (Flurescence Recovery After Photobleaching, ou recobrimento fluorescente após fotoclareamento). Nele, algumas proteínas são marcadas com agentes fluorescentes e depois há o “apagamento” de uma região com o bleaching. Após algum tempo, é possível verificar que outras proteínas substituíram as apagadas e a membrana recuperou sua forma inicial.
Balsas lipídicas (Lipid raft)
Existem variações entre regiões que são mais ou menos fluidas nas membranas.
Essas regiões (ou domínios) mais rígidas são as balsas lipídicas. Elas têm uma importância fisiológica para nossas membranas porque permitem sinalizações na membrana.
As balsas lipídicas possuem composição diferente dos lipídeos fluidos, pois são compostas por lipídeos saturados, longos e intercalados com mais moléculas de colesterol, ou seja, têm todas as características que favorecem a rigidez. Muitas vezes estão associadas a moléculas sinalizadoras, ou seja, transporta sinais entre a bicamada lipídica da membrana.
A bicamada lipídica é assimétrica
Membranas celulares geralmente são assimétricas: a face voltada para o interior
da célula ou organela é diferente da face voltada para o exterior. As duas metades da bicamada frequentemente possuem composições diferentes de moléculas de
fosfolipídeos e glicolipídios. Alguns são predominantes em um lado da camada, como os glicolipídios; outros são exclusivos de uma face, como, por exemplo, o fosfatidilinositol que é exclusivo da face interna da membrana. Além disso, as proteínas são embebidas na bicamada com orientações específicas, o que é crucial para sua função.
Proteínas de membrana
· Integrais: Fortemente associadas à membrana. Em contato com detergente não se solta com facilidade da membrana. (A e B)
· Transmembrana: atravessa os folhetos interno e externo da bicamada de lipídeos. Podem ser de passagem única (proteínas unipasso) ou de múltiplas passagens (multipasso).
· Associada à membrana: associado à membrana por apenas um folheto da bicamada.
· Periféricas: Fracamente associadas à membrana. Em contato com detergente, se solta facilmente da membrana.
· Ligadas através de lipídeos: proteínas inteiramente externas à bicamada lipídica, de um lado ou de outro, conectadas à membrana apenas por um ou mais grupos lipídicos covalentemente ligados.
· Ligadas através de proteínas: proteínas ligadas indiretamente a uma das faces da membrana, mantidas no lugar apenas por meio de interações com outras proteínas de membrana.
Funções associadas às proteínas de membrana
Transportadoras: Bombeia de forma ativa Na+ para fora da célula e K+ para dentro.
Âncoras (Elos de ancoragem): Proteínas canais ou carreadoras. Ligam filamentos intracelulares de actina a proteínas extracelulares da matriz. Quando isso acontece, essas proteínas não têm a capacidade de se movimentarem na bicamada de lipídeos.
Muda sua conformação conforme a interação do ligante:
Receptoras: Liga PDGF extracelular e gera sinais intracelulares que acarretam o crescimento e a divisão celular.
Enzimas: Catalisa a produção intracelular de cAMP em resposta a sinais extracelulares.Agem na quebra de macromoléculas.
Glicocálice: Conjunto de glicolipídios (lipídeos + carboidratos) e glicoproteínas (proteínas + carboidratos) aderidos à membrana.
Funções dos glicolipídios e glicoproteínas:
· Proteção contra danos físicos e mecânicos;
· Adesão celular;
· Permitem a identificação entre células:
- Reconhecimento do ovócito;
- Reconhecimento do próprio e não-próprio (sistema ABO).
O reconhecimento de carboidratos da superfície celular de neutrófilos é o primeiro passo da sua migração do sangue para o local de infecção. Proteínas trans membrana especializadas (chamadas de lectinas) são produzidas pelas células da parede dos vasos sanguíneos (chamadas de células endoteliais) em resposta a sinais químicos oriundos dos locais de infecção. Essas proteínas reconhecem grupos açúcar específicos de glicolipídios e glicoproteínas da superfície de neutrófilos circulantes na corrente sanguínea. Os neutrófilos então se aderem à parede do vaso sanguíneo. Essa associação não é muito forte, mas leva a outra, uma interação proteína-proteína muito forte (não mostrada) que ajuda na migração do neutrófilo para fora do vaso, por meio das células endoteliais, até o tecido do local de infecção.Diapedese: saída do neutrófilo do vaso sanguíneo.
Domínios de membranaDomínio apical
As células podem restringir o movimento das proteínas de membrana.
· Apical: parte de cima
· Lateral: lateraisDomínio lateral
· Basal: parte de baixo
Via paracelular: via entre duas células. Geralmente, há a presença de proteínas que ligam as células e bloqueiam a passagem de algumas substâncias.
Via transcelular: via que passa por dentro da célula. As substâncias têm que ser selecionadas para conseguir passar do domínio apical para o tecido sob o domínio basal.Domínio basal
Em cada domínio, tem-se especializações de membrana que exercem diferentes funções.
No domínio lateral: 
1) Especializações de bloqueio (vedação) de substâncias (junções de oclusão) pela via paracelular; há uma aproximação máxima entre as membranas.
· Zônulas de oclusão:
· São associadas com proteínas que ligam uma membrana a outra, como ocludinas e claudinas, proteínas integrais transmembrana que “costuram” as membranas.
· Do lado de dentro dessas células, tem estruturas de citoesqueleto (actina).
· As zônulas de oclusão são assim chamadas quando acontecem em forma de cinturão ao ledor de toda a extensão lateral da célula.
· Ausência de espaço intermembranas na microscopia.
· Normalmente, está mais próxima ao ápice da célula.
 
Zônula = cinturão
2) Estruturas de adesão que promovem a união entre duas células.
· Zônula de adesão
· Também possui actina associada como elemento de citoesqueleto de ligação.
· As proteínas que permitem a ligação celular são diferentes: pertencem à família das e-caderinas (dependentes do Ca+2 – podem se ligar ou se ligar na ausência ou presença do cálcio).
· Na microscopia é possível observar um espaço existente entre as células, já que sua função é apenas juntar as células, e não obstruir a passagem de substâncias.
· Mácula densa ou Desmossomos
· Grande espaço entre as células
· Placas de adesão (ancoragem): muito eletrondensas; contém proteínas associadas como desmogleínas e desmocolinas e permitem a adesão de proteínas do citoesqueleto (filamentos intermediários - se for no tecido epitelial são chamados de queratina). Quando o indivíduo possui deficiência dessas placas, pode desenvolver a epidermólise bolhosa simples, onde o material líquido do tecido conjuntivo vaza e forma bolhas, já que as células são facilmente separadas.
 
· Interdigitações
· Projeções laterais que permitem a adesão entre células.
· Projeções parecidas com quebra-cabeça. 
3) Comunicação entre duas células.
· Junções comunicantes ou “GAP junction”
· Permitem passagens de substâncias entre células. Essa passagem é feita por complexos proteicos que se arranjam e formam portões que podem estar fechados ou abertos. 
· Pontuais na membrana (vários pontinhos)
No domínio basal: 
· Hemidesmossomos:
· Estruturas de adesão entre os tecidos epitelial ao conjuntivo.
· Possuem placas de ancoragem (eletrondensas na microscopia).
· Microfilamentos da classe filamentos intermediários associados.
· Pregas basais
· Projeções da membrana na superfície basal da membrana.
· Função: aumentar a superfície de contato para favorecer o transporte de substâncias da célula para o vaso sanguíneo e vice-versa. 
 
Hemidesmossomos				Pregas basais
No domínio apical: 
· Microvilosidades: 
· Projeções de membrana no ápice da célula que aumentam a superfície de contato para favorecer o transporte de substâncias.
· O formato de dedos é mantido pela actina.
· Quando vista pela microscopia óptica, é chamada de orla estriada ou borda em escova.
	 	
· Cílios:
· Estruturas móveis na superfície das células que têm a função de varredura. Exemplo: traqueia.
· São constituídos de microtúbulos, estruturas que exercem função de movimento.
· São responsáveis pela defesa mecânica do organismo. Exemplo: poeira no nariz.
· Fazem movimentos em direção à orofaringe e ao estômago para a digestão dos agentes estranhos.
· Célula caliciforme: célula não ciliada em formato de cálice; possui glicoproteínas e liberam um muco de carboidratos para os cílios.
 
· Estereocílios:
· Estruturas que, do ponto de vista morfológico, são muito parecidos com os cílios, porém são mais longas e estão presentes em menor quantidade nas células.
· Constituídos de actina.
· Função: aumentar superfície de contato para promover transporte de substâncias pra dentro e para fora da célula.
· Presentes no epidídimo e no ducto deferente.
Transporte de membrana
O transporte de íons, moléculas de glicose e água é dependente de proteínas de transporte de membrana. Apenas gases e moléculas lipídicas conseguem atravessar a bicamada sem a presença de proteínas.
Essas proteínas são necessárias tanto a camada externa da célula quanto a camada das organelas.
O pH dos lisossomos é ácido – mantido pela presença de proteínas transportadoras (bombas de prótons), que possibilitam a passagem de íons H+ para o interior da organela.
Os solutos atravessam as membranas por transporte passivo ou ativo
Gradiente de concentração: diferença de concentração de uma determinada molécula considerando dois lados da membrana.
Fluxo favorável (a favor do gradiente): quando as moléculas saem de um meio mais concentrado para um meio menos concentrado. Não gasta energia.
Fluxo desfavorável (contra o gradiente): quando as moléculas saem de um meio menos concentrado para um meio mais concentrado. Demanda energia.
Transporte passivo: Não há gasto de energia. A favor do gradiente de concentração. Às vezes pode até produzir energia.
· Difusão simples: as moléculas atravessam pelos lipídeos, ou seja, não dependem de proteínas transportadoras. Exemplo: gases CO2, O2, N2.
· Difusão facilitada: depende de proteínas para realizar o transporte.
- Proteínas carreadoras: mudam sua conformação devido a ação que querem exercer (abrem e fecham).
- Canal iônico: especializado no transporte de íons.
Transporte ativo: Há gasto de energia. Contra o gradiente de concentração.
· Primário: a energia gasta para promover o transporte é o ATP. Geralmente essas proteínas são chamadas de bombas.
· Secundário ou Acoplado: a energia gasta para promover o transporte não é o ATP. O transporte de uma substância gera energia para o transporte de outra.
As proteínas de transporte também podem ser classificadas quanto a quantidade e direção que as moléculas estão sendo transportadas.
· Transporte uniporte: transportam apenas um tipo de substrato e em uma única direção.
· Transporte simporte: transportam duas ou mais substâncias diferentes na mesma direção. Nesse caso, se as substâncias estiverem contra o gradiente de concentração, nenhuma delas produz energia; sendo assim, a energia utilizada é obrigatoriamente do ATP.
· Transporte antiporte: transportam duas ou mais substâncias diferentes em direções opostas.
Os gradientes de concentraçãoe as forças elétricas direcionam o transporte passivo
No transporte passivo, a energia do transporte é fornecida pelo próprio gradiente de concentração entre dois compartimentos.
Além disso, a diferença entre cargas (meio mais ácido no interior da célula) nos meios intracelular e extracelular influencia o transporte de substâncias.
Um gradiente eletroquímico possui dois componentes. A força motora líquida (o gradiente eletroquímico) que tende a mover um soluto carregado (íon) através de uma membrana é a soma do gradiente de concentração do soluto e da voltagem através da membrana (o potencial de membrana, que é representado aqui pelos sinais + e – na membrana). A largura da seta verde representa a magnitude do gradiente eletroquímico para um soluto positivamente carregado em duas situações diferentes. Em (A), o gradiente de concentração é suplementado por um potencial de membrana que aumenta a força motora. Em (B), o potencial de membrana age contra o gradiente de concentração, diminuindo a força motora para o movimento do soluto.
Transporte ativo mediado por ATP
A cada 3 Na+ que saem, entram 2 K+
A bomba de Na+ -K+ usa a energia da hidrólise de ATP para bombear Na+ para fora da célula e K+ para dentro, ambos contra seus gradientes de concentração.
Suas funções são:
- Manter a diferença de gradiente de concentração (mais sódio do lado de fora e potássio do lado de dentro); esse fator desencadeia outros como:
- Geração de energia;
- Ajuda a manter o balanço osmótico das células animais: a difusão da água é conhecida como osmose. Se a concentração de solutos dentro de uma célula for maior do que aquela no exterior, a água se moverá para dentro por osmose, fazendo com que a célula inche. Contudo, se uma célula for colocada em uma solução de alta concentração salina, a água se moverá para fora. A força motora para o movimento da água é equivalente a uma diferença em pressão de água e é denominada pressão osmótica.
Potencial de membrana
O canal iônico é a favor do gradiente de concentração, diferente da bomba. Essa conformação pode mudar a concentração de íons dentro da célula, modificações de cargas elétricas dentro e fora da célula e permite que as células respondam a sinais elétricos.
Transporte ativo secundário ou transporte ativo acoplado
Uma molécula é transportada a favor do gradiente de concentração, gerando energia para transportar uma outra molécula contra o gradiente de concentração.
São usados na obtenção de nutrientes.
Membrana Plasmática