Biologia celular - Membranas Celulares: Estrutura, Funções e Especializações

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Resumo
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BIOLOGIA CELULAR
Aula 3 - Membranas celulares: estrutura, funções e especializações
Conteúdo
· Estudar as moléculas que compõem as membranas celulares e como é a estrutura dessas membranas;
· Analisar as funções exercidas pela membrana plasmática;
· Identificar as especializações que a membrana plasmática pode apresentar.
MEMBRANAS CELULARES
Uma das características das células eucariontes é a grande quantidade de membranas:Uma membrana que delimita seu espaço, chamada de membrana plasmática;
Uma membrana que delimita o espaço do núcleo, chamada de cariomembrana ou carioteca;
Diversas membranas que delimitam os espaços das organelas, como retículo endoplasmático, complexo de Golgi e muitas outras;
Todas essas membranas possuem uma estrutura muito parecida, e são compostas, basicamente, por lipídeos e proteínas.
Focaremos na membrana plasmática agora, 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 estrutura da membrana plasmática é formada pela combinação de 3 tipos de biomoléculas. São elas:
1. Lipídeos;
2. Proteínas;
3. Carboidratos;
Essas moléculas estão presentes em diferentes quantidades e em diferentes proporções.
Lipídeos da membrana plasmática
Os lipídeos são as biomoléculas mais abundantes na membrana plasmática e um grupo deles forma a estrutura básica da membrana. Os glicerofosfolipídeos são os mais comuns, encontrados na grande maioria das células. Por isso, serão os mais considerados aqui. Para simplificar, serão chamados apenas de fosfolipídeos.
ATENÇÃO!
Todos os lipídeos encontrados na membrana plasmática
possuem uma coisa em comum: são anfipáticos.
Isso quer dizer que eles possuem:
A. Uma parte que é polar, e, por isso, hidrofílica (que se relaciona com a água); e
B. Uma parte apolar e hidrofóbica (que não se relaciona com a água).
Esses lipídeos são os:
· Glicerofosfolipídeos (fosfolipídeos);
· Esfingofosfolipídeos; e
· Glicolipídeos.
ATENÇÃO!
Todos os lipídeos encontrados na membrana plasmática
possuem uma coisa em comum: são anfipáticos.
Isso quer dizer que eles possuem:
A. Uma parte que é polar, e, por isso, hidrofílica (que se relaciona com a água); e
B. Uma parte apolar e hidrofóbica (que não se relaciona com a água).
· Os Fosfolipídeos
· 
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.
Por causa dessa característica, quando esses lipídeos estão em contato com a água (lembrando que nosso corpo é formado por muita água), eles se organizam na forma de micelas, de lipossomos ou ainda de uma bicamada lipídica.
Nos três casos, as caudas apolares ficam voltadas para dentro e as cabeças polares ficam voltadas para fora.
Veja essas três estruturas:
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).
No caso da membrana plasmática, é exatamente isso que acontece: os fosfolipídeos se organizam formando uma dupla camada em que as cabeças (polares) ficam voltadas para fora e as caudas (apolares) ficam voltadas para dentro.
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 anfipático 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 fique menos fluida e, portanto, mais rígida.
Na imagem acima, vemos as duas camadas de fosfolipídeos (parte vermelha com amarelo) formando a estrutura básica da membrana celular.
Proteínas da membrana plasmática
As proteínas estão presentes na membrana em menor proporção, mas a sua quantidade pode variar entre as células.Estão apenas aderidas à superfície externa ou interna da membrana. Nessa mesma imagem, que já vimos tantas vezes, podemos observá-las:
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.
· 
Elas podem ser:Proteínas Periféricas
Proteínas Integrais
· 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
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.
 As células precisam se comunicar, passar informações umas para as outras
· Sinalização Celular
As células precisam se comunicar, passar informações umas para as outras, e receber essas informações. Tudo isso ocorre através da sinalização celular.
Se formos pensar de forma lógica, em organismos Unicelulares, essa conversa entre células pode parecer simples, e realmente se comparado com organismos Multicelulares, essa troca de informações entre células é mais descomplicada, porque as células basicamente respondem ao estímulo do meio.
Usaremos de exemplo uma única célula que seja um ser vivo: uma alga.
A. Essa alga responderá a um estímulo do meio (meio em que vive, em que reside), como por exemplo, a luminosidade. Algumas algas se movimentam formando bolhas (vacúolos com ar), dessa forma, boiando até a superfície de um lago. Isso acontece porque para elas existe o fototropismo, ou seja, elas precisam estar numa região com luz para que ocorra a fotossíntese.
B. Também há células que se movimentam em direção onde tem disponibilidade de oxigênio, isso nós chamamos de quimiotropia, e dentro dessa característica há um conjunto de respostas a um estímulo do meio.
Já no organismo multicelular é preciso ter respostas um pouco mais complexas, uma sinalização mais robusta e que seja compreendida por uma grande diversidade de células, caso contrário, uma substância cairia na corrente sanguínea e estimularia uma série de respostas, e não é bem assim.
Na verdade, nós temos hormônios, substâncias, sinalizadores que buscam seu alvo específico. Claro que, não funciona assim para todos os organismos vivos multicelulares. Podemos dizer que quanto mais complexa a organização celular de um organismo (como o ser humano), mais complexa serão seus mecanismos de sinalização. Seres que tem organização mais simples, tem esse mecanismo muito mais reduzido.
Então, o que se tem a partir das sinalizações?
Que tipo de sinal e que tipo de resposta posso obter?
A. Um exemplo de sinal e resposta é a proliferação celular, onde, a partir de um sinal de um hormônio por exemplo, eu posso ter uma resposta de proliferação de células (aumento de tamanho).
a) Exemplo de proliferação celular: Glândulas mamárias. 
Quando uma mulher está gravida, os seios crescem durante a gestação, há proliferação das células das glândulas mamárias, e isso é uma resposta que as glândulas dão a um sinal recebido, vindo direto dos hormônios da região uterina, que está avisando que um bebê vai chegar.
B. Outro sinal é a especialização celular. Algumas células podem se especializar,elas têm uma característica geral, e posteriormente podem apresentar uma especificidade.
b) Exemplo de especialização celular: No interior dos ossos, há a medula óssea, que é um tecido esponjoso com células que se dividem e formam os diferentes tipos celulares que estão presentes na corrente sanguínea. Então temos a partir de uma única célula (medula óssea), uma diferenciação e uma especialização destas células, então cada uma terá sua própria função, de acordo com a própria estrutura do organismo. 
Sendo assim, imagine um atleta que viaja para determinada cidade que fica a 2, 3 metros de altitude acima do nível do mar. Nessas cidades, o ar é mais rarefeito, portanto, com menos oxigênio. Logo, se esse atleta saísse de uma região litorânea e fosse a uma cidade de alta altitude, sentirá falta de ar e não conseguirá respirar direito, pela falta de oxigenação.
Ele precisará de uma quantidade maior de hemácias para compensar a falta de oxigênio. Quem vive ou migra para essas cidades passa por uma fase de aclimatação, ou condicionamento, onde o próprio organismo, em função do déficit de oxigênio, sinaliza as células da medula óssea e estimula uma maior produção de hemácias, essa maior produção aumenta a oxigenação e o atleta consegue por fim, uma boa performance.
c) Da mesma forma, caso haja uma infecção no corpo, essa mesma medula óssea se especializa na produção de mais células de defesa do organismo.Definição de fagocitose: processo realizado por células chamadas fagócitos que tem como uma das funções a proteção do organismo contra infecções. Então esse processo consiste na ingestão e destruição de partículas sólidas, como de células mortas, tecido, bactérias etc.
C. Temos também Interações Celulares. Essa interação ocorre por meio de receptores proteicos específicos presentes na membrana, que interagem com moléculas, como neurotransmissores, hormônios e fatores de crescimento. Essa interação acontece, por exemplo, na presença de um mecanismo chave-fechadura. Como citamos num processo de inflamação onde podemos observar os receptores específicos que vão se aderir a células inflamadas, que precisam ser fagocitadas.
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.
D. A sinalização também pode
levar ao Movimento Celular.
d) E esse movimento pode 
acontecer por exemplo desde em direção a luz, como falamos sobre o fototropismo, até em direção a um alimento.
E. A sinalização celular pode ainda levar a morte celular. A morte celular ou apoptose pode acontecer de madeira já mediada:
e) Por exemplo em caudas de girinos, a apoptose que acontece é justamente durante o processo de desenvolvimento desse organismo vivo. Enquanto ele está na água tem uma cauda e conforme se desenvolve a cauda vai regredindo, as células por apoptose vão morrendo, e aquele material é reaproveitado e é digerido por outras células, e no final temos a formação do sapo ou rã sem a cauda original.A morte celular programada ou apoptose celular é imprescindível para o desenvolvimento dos animais. Nos tecidos de um ser humano saudável, a cada dia, bilhões de células ativam um programa de morte intracelular, por mecanismos celulares complexos e variados.
Esse mecanismo de apoptose é um mecanismo programado, ou por estímulos externos ou estímulos endógenos, esse estímulo endógeno é o que acontece por exemplo no caso do 
girino citado acima. Já nos estímulos externos, o que pode provocar isso é por exemplo: 
f) Uma picada de um animal peçonhento, que vai levar a célula a morte não por uma programação interna (endógena), mas por causa de uma toxina externa, que desestabiliza a membrana plasmática, e essa desestabilização leva então a morte celular.
Na imagem abaixo, podemos observar as proteínas desempenhando suas funções:
Na imagem, observamos as proteínas da membrana atuando de diferentes formas: como transportadoras, como proteínas de adesão, como receptoras e como enzimas.
Carboidratos da membrana plasmática
Os carboidratos da membrana plasmática são oligossacarídeos encontrados na superfície externa das membranas celulares, constituindo o glicocálice.
Eles estão ligados às proteínas e aos lipídeos da membrana, formando glicoproteínas e glicolipídeos, como vemos na imagem: 
Na imagem, observamos os oligossacarídeos ligados às proteínas da membrana, formando glicoproteínas.
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.
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 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.
· 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
A membrana plasmática é descrita como um mosaico fluido, devido a sua organização molecular que lembra um mosaico (várias moléculas diferentes encaixadas umas nas outras) e a sua fluidez, que é determinada pela constante movimentação das moléculas que a compõe.
As moléculas que mais se movimentam são os fosfolipídeos, podendo apresentar quatro tipos de movimento:
· Difusão lateral; 
· Rotação;
· Flexão;
· Flip-flop.
A imagem ilustra esses movimentos.
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 constantemente trocando a posição dos ácidos graxos de sua cauda (flexão) e, mais raramente, mudam de um lado para o outro da membrana (flip-flop).ATENÇÃO!
No entanto, vimos que a quantidade de colesterol na membrana pode limitar esses movimentos, deixando a membrana menos fluida e mais rígida.
A temperatura também pode interferir na fluidez 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 ficam 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 ficam 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
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.
· Suporte físico para enzimas
Outra função da membrana plasmática é atuar como suporte físico para muitas enzimas que ficam fixadas 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 fica fixada na membrana plasmática, desempenhando seu papel no mecanismo de sinalização celular feito pelos hormônios esteroides.
· Formação de Vesículas para transporteA membrana plasmática também tem como função formar vesículas que participam do transporte de substâncias dentro da célula e também de substâncias de dentro para fora da célula (exocitose) e de fora pra dentro da célula (endocitose).
Esses processos serão melhor estudados na próxima aula, mas na imagem podemos observá-los.
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 (visto anteriormente)
· Especialização 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:
· Apical;
· Lateral; e
· Basal.
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 flagelos e cílios, estão relacionadas com o movimento celular.
Veja:
· Especializações da região Lateral
As células também podem apresentar outras especializações da membrana na superfície lateral delas. Essas especializações estão relacionadas com:
I. Adesão entre as células
II. Adesão entre as células e a matriz extracelular
III. Oclusão entre as células
IV. Comunicação entre as células
Algumas dessas especializações podem ser vistas na imagem abaixo. A imagem mostra as especializações da região lateral das células.
Para melhor compreender a membrana plasmática não pense nela apenas como uma parede, mas sim, pense nela como uma casa: ela tem que ter entradas (sistema de energia, portas e janelas) de energia, saída de fluidos (rede de esgoto), entre outras características que podem ser reconhecidas em uma única célula. Em uma casa, deixar entrar tudo ou qualquer um é loucura, da mesma forma em uma célula. As células têm equilíbrio do que entra e sai, e isso acontece por conta dos sinalizadores, pense neles como a campainha da célula, que permite a entrada e reconhece o que entra e o que sai.
Agora, imagine uma casa que por algum motivo tenha perdido suas portas e janelas, e está toda e completamente aberta, não controlando o que entra e o que sai, ou então uma casa que tem fornecimento de energia maior do que sua capacidade. Seria uma completa confusão. Da mesma forma com a célula: qualquer ação ou mecanismo que desestabilize a entrada e saída de fluidos por uma célula, vai causar um grande problema para o seu funcionamento. Uma célula que tem uma desestabilização dos seus fluidos tende a se programar e ter uma morte celular condicionada (apoptose), a célula também reconhece que não está saudável e acaba se matando. Esse “suicídio celular”, no caso, a chamada apoptose vai ser programada por um estímulo externo.
Agora vamos falar sobre um estímulo muito popular que é o uso de celulares (radiação), que chamamos de efeitos não térmicos. Nós temos radiação por todos os lados, seja radiação luminosa, do celular, monitor, nós estamos expostos a radiações no nosso dia a dia. E todo esse conjunto de radiações pode ser dividido em radiações ionizantes e não ionizantes.
A radiação ionizante é aquela que causa clara desestruturação no material genético e proteínas, no caso raio x, radiação ultravioleta etc. Radiações não ionizantes dão calor, radiação luminosa que esta presente na maior parte do dia a dia. As que parecem inofensivas são as não ionizantes, podem trazer um outro efeito chamado de efeito não térmico da radiação. A não ionizantes apesar de ser menos agressiva, pode causar problemas a longo prazo.