Membrana Celular

MEMBRANA CELULAR

Toda membrana celular é composta por uma bicamada fosfolipídica, onde o fósforo fica no meio da bicamada, e o lipídio fica apontado para o meio externo e para o citoplasma.

A membrana plasmática ou celular separa o meio intracelular do extracelular, e é a principal responsável pelo controle de penetração e saída de substâncias da célula.
É responsável pela manutenção da cosntância do meio intracelular que é diferente do meio extracelular. Para que as células funcionem, cresçam e se multipliquem, é necessário que as substâncias adequadas sejam selecionadas e transferidas para dentro da célula, e as substâncias desnecessárias sejam impedidas de penetrar, ou então, eliminadas do citoplasma.
Graças a seus receptores específicos, a membrana tem a capacidadede reconhecer outras células e diversos tipos de moléculas, como por exemplo, hormônios.
A MP e as demais membranas celulares são constituídas principalmente de lipídeos, proteínas e hidratos de carbono, ligados aos lipídeos e proteínas.

Os lipídeos das membranas são moléculas longas com uma extremidade hidrofílica e uma cadeia hidrofóbica.
As macromoléculas que apresentam essa característica (parte hidrofílica soluvel em meio aquoso e parte hidrofóbica soluvel em lipídeos) são denominadas anfipáticas.

Molécula anfipática: são aquelas que apresentam características hidrofílicas e hidrofóbicas, sendo característica básica das estruturas celulares (moléculas fosfolipídicas das membranas).

A água não atravessa a bicamada fosfolipídica. Ela passa pelos poros facilitadores.
Os gases e alguns solventes orgânicos atravessam livremente a bicamada fosfolipídica.

A MP (membrana plasmática) é composta de fosfolipídeos e outros componentes, como o glicolipídeo e o colesterol.
O glicolipídeo (fosfolipídeo + colesterol) fica na porção extracelular.

O fosfatidil é composto de fosfato e cadeias lipídicas.

A fluidez (mobilidade) da MP dependerá do tamanho (quantidade de carbono) e sua conformação (presença de saturações) na parte lipídica.
Quanto menor o lipídio (menos carbonos ele tem), maior será sua mobilidade.
O lipídio pode se movimentar em rotação, flexão e flip-flop (inversão).

Entre os lipídeos freqüentes nas membranas celulares encontram-se os fosfoglicerídeos, esfingolipídeos e colesterol. Os fosfoglicerídeos e os esfingolipídeos contém o radical fosfato, e são chamados fosfolipídeos.
Outro constituinte anfipático importante das membranas celulares são os glicolipídeos. Os glicolipídeos mais abundantes nas células dos animais são os glicoesfingolipídeos, que são componentes de muitos receptores da superfície celular.

As membranas das células animais contém colesterol, o que não ocorre em células vegetais, que possuem outros esteróis.
Quanto maior a concentração de esteróis, menos fluida será a membrana.
Todas as membranas celulares apresentam a mesma organização básica, sendo constituídas por duas camadas lipídicas fluidas e contínuas, onde estão inseridas moléculas protéicas, constituindo um mosaico fluido.

As moléculas da camada dupla de lipídeos estão organizadas com suas cadeias apolares (hidrofóbicas) voltadas para o interior da membrana, enquanto as cabeças polares (hidrofílicas) ficam voltadas para o meio extracelular ou para o citoplasma, que são meios aquosos.

As proteínas, exceto quando fixadas ao citoesqueleto, se deslocam com facilidade no plano da membrana, o que permite concluir que a membrana é um fluido que permite a movimentação das proteínas dentro de uma matriz lipídica líquida.

Cada tipo de mebrana tem suas proteínas características, principais responsáveis pelas funções da membrana.

A MP possui grande variedade de proteínas, que podem ser divididas em dois grandes grupos: as integrais ou intrínsecas e as periféricas ou extrínsecas.
As moléculas das proteínas integrais, graças às regiões hidrofóbicas situadas na sua superfície, prendem-se aos lipídeos da membrana por interação hidrofóbica, deixando expostas ao meio aquoso apenas suas partes hidrofílicas. Algumas dessas moléculas protéicas atravessam inteiramente a bicamada lipídica, fazendo saliencia em ambas as superfíciesda membrana, sendo denominadas proteínas transmembrana.

As proteínas transmembrana podem atravessar a membrana uma única vez, ou então apresentar a molécula muito longa e dobrada, atravessando a membrana várias vezes, recebendo o nome de proteínas transmembrana de passagem múltipla.

A superfície externa da MP apresenta uma região rica em hidratos de carbono ligados à proteínas ou a lipídeos, denominada glicocálice.

Dentre as glicoproteínas que fazem parte do glicocálice, uma das mais abundantes é a fibronectina. Ela possui regiões que se combinam com moléculas do meio extracelular e da superfície de outras células. Tem a função de unir as células umas às outras e à matriz extracelular.
A glicoproteína laminina também estabelece conexão entre as células de tecidos epiteliais de revestimento e o colágeno da matriz extracelular.

O glicocálice é funcionalmente importante e sua composição não é estática; ela varia de um tipo celular para outro e, na mesma célula, varia com a região da membrana e conforme a atividade funcional da célula em determinado momento.

De modo geral, os compostos hidrofóbicos soluveis em lipídeos, como ácidos graxos, hormônios esteróides e anestésicos, atravessam facilmente a membrana. Já as substâncias hidrofílicas, insolúveis nos lipídeos, penetram nas células com mais dificuldade, dependendo do tamanho da molécula e, também, de suas características químicas. A configuração molecular poderá permitir que a substância seja transportada por intermédio de um dos mecanismos especiais desenvolvidos durante a evolução, como o trasnporte ativo e a difusão facilitada.

As proteínas são anfipáticas, permitindo sua adesão à MP.

Proteínas transmembranais: são fortemente aderidas à MP, e as atravessam.
Proteínas periféricas: são ligadas apenas a uma das extremidades da MP.
As proteínas transmembranais podem ser single pass (atravessam apenas uma vez a membrana), multi pass (atravessam a membrana várias vezes, indo e vindo).

Os canais de membrana transportam quantidades muito maiores que proteínas carreadoras.
A membrana interna dos lisossomos é forrada com glicolipídeos que evitam sua própria destruição pelos ácidos e enzimas do interior do lisossomo.

Qualquer membrana que mantenha a vida da célula ou das organelas celulares (lisossomo, mitocôndria) é uma membrana celular.
A membrana celular serve para individualizar diversas estruturas.
A membrana celular tem componentes com características anfipáticas: lipídeos, fosfolipídeos, proteínas, lipídeos neutros.
A permeabilidade seletiva se deve a bicamada fosfolipídica que esconde a parte hidrofóbica (porção lipídica) e expõe a hidrofílica (o fósforo) para o meio extracelular e para o citoplasma.
Os componentes da membrana são anfipáticos, e por isso formam a bicamada fosfolipídica (sua conformação depende da afipatia).

Memebrana biológica é aquela que dá limite às células e estruturas internas. É uma barreira seletiva, cujo transporte se dá pela ajuda de proteínas transportadoras (carreadoras) e de canais.
As proteínas carreadoras são lentas e específicas, e os canais são rápidos e inespecíficos. Ambos obedecem ao gradiente de concentração.
Os canais tem controle de abertura (elétricos, por exemplo). Os carreadores não tem controle; basta ser específico.
Para transporte contra o gradiente de concentração, há gasto de energia.

Proteínas transmembranares são fortemente ligadas à membrana.

As características que influenciam na fluidez da membrana são insaturação, colesterol, tamanho da cauda (cadeia carbônica).

A membrana celular é permeável à água através de seus poros. Colocadas numa solução hipotônica, as células aumentam de volume devido à penetração da água. Se o aumento de volume for muito acentuado, a MP pode romper-se (lise celular).
Quando colocadas em uma solução hipertônica, as células diminuem de volume devido a saída de água.

Em células vegetais imersas em solução hipertônica, a perda de água gera a separação do citoplasma da parede celular (que é rígida), fenômeno chamado de plasmólise. Em meio hipotônico, a célula vegetal aumenta de volume, mas não se rompe, devido a parede de celulose.

As proteínas transmembrana formam poros funcionais, isto é, caminhos hidrofílicos pelos quais passam muitos íons e moléculas que não conseguem atravessar a barreira lipídica.

Muitas moléculas entram nas células ou delas saem por difusão passiva, isso é, o soluto penetra na célula quando sua concentração é menor no interior celular do que no meio externo, e sai da célula no caso contrário. A força que impulsiona o soluto para dentro ou para fora da célula é a agitação térmica das moléculas do soluto. Não se gasta energia, tratando-se de um processo físico de difusão a favor de um gradiente de concentração.

Outro processo de passagem através da membrana celular é o transporte ativo. Nesse caso há consumo de energia fornecida por ATP e a substância pode ser transportada de um local de baixa concentração para outro de alta concentração.
Portanto, o soluto, na difusão ativa, é transportado contra um gradiente, que pode ser apenas químico, no caso de solutos não eletrólitos, ou então um gradiente elétrico e químico, quando o soluto é ionizado.

Numerosas substâncias, como a glicose e alguns aminoácidos, penetram nas células por difusão facilitada, sem gasto de energia. Neste caso, a difusão se processa a favor de um gradiente, porém em velocidade maior do que na difusão passiva. A velocidade da difusão facilitada não é proporcional à concentração do soluto. Elevando-se gradativamente a concentração da molécula penetrante, chega-se a um ponto de saturação, além do qual a velocidade de penetração não aumenta mais. Esta e outras propriedades mostram que, na penetração facilitada, a substância penetrante se combina com uma molécula transportadora ou permease, localizada na MP. Quando todas as moléculas transportadoras estão ocupadas, a velocidade de penetração não pode aumentar.

A célula pode utilizar a energia potencial de gradiente de íons, geralmente Na+, mas também K+ e H+, para transportar moléculas e íons através da membrana. Nas células epiteliais de revestimento do intestino delgado, a penetração de glicose se faz concomitante com a penetração de Na+. Trata-se de um co-transporte, realizado com gasto de energia fornecido pelo gradiente de concentração de Na+. Portanto, íons Na+ penetram nas células epiteliais a favor de um gradiente, fornecendo energia para impulsionar as moléculas de glicose contra um gradiente. Esse tipo de co-transporte, que movimenta íons e moléculas na mesma direção chama-se simporte.
Em outros casos de co-transporte, foi observado que o íon que fornece energia e a molécula que é transportada movem-se em direções opostas, constituindo o que se denomina antiporte. Nos anteportes, quando o íon fornecedor de energia se movimenta para o citoplasma, a molécula transportada é transferida para fora da célula, e vice-versa.
Entretanto, as células também são capazes de transferir para seu interior, em blocos, grupos de macromoléculas (proteínas, polissacarídeos, polinucleotídeos) e, até mesmo, partículas visíveis ao microscópio óptico, como bactérias e outros microorganismos. Esse transporte depende de alterações morfológicas da superfície celular, onde se formam dobras que englobam o material a ser introduzido na célula.
O transporte em quantidade para dentro da célula, também chamado de endocitose, é feito por dois processos: fagocitose e pinocitose.

Quando a transferência de macromoléculastem lugar em sentido inverso, isto é, do citoplasma para o meio extracelular, o processo é chamado exocitose.
A exocitose é dificultada porque todas as membrans celulares tem carga elétrica negativa, devido aos radicais fosfato dos fosfolipídeos, e por isso se repelem. Para sua realização, a exocitose depende das proteínas fusogênicas, que possibilitam a fusão das membranas das vesículas de exocitose com a MP.

Fagocitose: processo pelo qual a célula, graças a formação de pseudópodos, engloba no seu citoplasma, partículas sólidas (maiores que 250nm) que, por suas dimensões, são visíveis ao microscópio óptico.
A fagocitose tem lugar quando a partícula se fixa a receptores específicos da membrana celular, capazes de desencadear uma resposta da qual participa o citoesqueleto. Nos protozoários, a fagocitose é um processo de alimentação; nos animais representa um mecanismo de defesa, através do qual células especializadas, chamadas células fagocitárias englobam e destróem partículas estranhas, principalmente microorganismos invasores.
A fagocitose consiste na formação de pseudópodes, que envolvem a partícula a ser englobada. Forma-se desse modo um vacúolo, o fagossomo, que é puxado pela atividade motora do citoesqueleto para a profundidade do citoplasma. O fagossomo se funde com lisossomos, ocorrendo então a digestão do material fagocitado pelas enzimas hidrolíticas dos lisossomos.
Nos mamíferos, a fagocitose é feita principalmente por células especializadas na defesa do organismo, como os neutrófilos e macrófagos.
Todavia, vários microorganismos desenvolveram durante a evolução diversos mecanismos para escapar à morte intracelular após serem fagocitados.

Pinocitose: é o englobamento de gotículas de líquido (moléculas menores que 250nm). Ocorre a invaginação de uma área localizada da membrana plasmática, formando-se pequenas vesículas que são puxadas pelo citoesqueleto e penetram no citoplasma. Na pinocitose não seletiva, as vesículas englobam todos os solutos que estiverem presentes no fluído extracelular. Mas na maioria das células, a pinocitose é seletiva, realizada em duas etapas. Na primeira, a substância a ser incorporada adere a receptores da superfície celular; na segunda, a membrana se afunda e o material a ela aderido passa para uma vesícula. Esta se destaca da superfície celular e penetra no citoplasma.

O material que é captado pela membrana celular é introduzido no citoplasma por meio das vesículas de pinocitose, passa para o interior dos endossomos, graças à fusão da membrana das vesículas de pinocitose com a membrana do compartimento endossomal.
A enorme quantidade de membrana retirada da superfície celular pelos processos de fagocitose e pinocitose é compensada pela devolução de membrana pelas vesículas de secreção, e também pelo retorno da membrana das vesículas de pinocitose depois que elas liberam suas cargas nos endossomos.

As substâncias que penetram na célula por pinocitose ou fagocitose, bem como componentes celulares desgastados pelo uso, podem sofrer ações de enzimas digestivas contidas nos lisossomos.
Lisossomos são corpúsculos esféricos, envolvidos por uma unidade de membrana, contém enzimas hidrolíticas com atividade máxima em pH ácido e, por isso, genericamente denominadas hidrolases ácidas.

Endocitose mediada por Receptor:
Muitas células se especializam na pinocitose de vários tipos de macromoléculas. A forma mais eficiente de capturar essas substâncias depende da presença de proteínas receptoras (receptores de carga) na MP. Os receptores de carga são proteínas transmembrana que se associam à macromoléculas específicas (ligantes) no meio estracelular e ao revestimento de clatrina no meio intracelular.
A reunião de trisquélions de clatrina abaixo dos receptores de carga puxa a membrana plasmática, formando uma depressão revestida por clatrina, a qual se torna uma vesícula de pinocitose, envolvendo o ligante, como se fosse uma gotícula de fluido prestes a se separar da superfície.
Para liberar essa vesícula de pinocitose, várias moléculas de dinamina, uma GTPase, envolvem a região de conexão da vesícula com a MP, estreitando-a até provocar a liberação da vesícula de sua região de membrana original para dentro do citoplasma. Este método de endocitose permite a célula a concentração do ligante dentro da vesícula de pinocitose.
Uma típica vesícula de pinocitose pode ter muito mais do que mil receptores de carga de vários tipos, porque eles podem se ligar a diferentes macromoléculas. Cada receptor de carga é ligado a sua própria adaptina, a proteína que apresenta um sítio de ligação para o domínio citoplasmático do receptor, assim como também um sítio de ligação para o trisquélion de clatrina.

Autofagia: degradação de porções do citoplasma pela atividade das enzimas lisossômicas. Vacúolos autofágicos ou autofagossomo (que contém organelas alteradas) se fundem ao lisossomo.

Microvilo ou microvilosidade é uma expansão do citoplasma recoberta por membrana e contendo numerososfeixes de microfilamentos de actina responsáveis pela manutenção da forma dos microvilos.
No intestino, sua função é aumentar a superfície de absorção das células, isto é, aumentar a área da membrana a fim de facilitar o transporte dos nutrientes da luz intestinal para dentro das células. São paralelos uns aos outros, formando uma camada muito regular, a borda estriada.
No rim, os microvilos são encontrados na superfície livre da camada única de células cúbicas que revestem os túbulos contorcidos proximais.

Estereocílios são prolongamento imóveis que aumentam a superfície de algumas células epiteliais (exemplo: células do epidídimo).

As glicoproteínas da membrana responsáveis pela aderência entre as células são denominadas CAMs. As CAMs são receptores da superfície especializados em reconhecer outras células e a elas aderir, para constituir os tecidos e órgãos.
Todas as CAMs são glicoproteínas integrais transmembrana, isto é, com uma extremidade da molécula exposta na superfície celular e outra extremidade no lado citoplasmático. São estruturas cuja função principal é unir fortemente as células umas às outras ou à matriz extracelular (desmossomos e junções aderentes); estrutura que promove a vedação entre as células (zônula oclusiva); estrutura que estabelece comunicação entre uma célula e outra (nexos, junção comunicante ou "gap junction").
Cada desmossomo tem a forma de uma placa arredondada e é constituído pelas membranas de duas células vizinhas. Na face citoplasmática de cada membrana há a placa do desmossomo. Nela se inserem filamentos intermediários que se aprofundam no interior da célula. Desse modo, o desmossomo são locais onde o citoesqueleto se prende a membrana celular. A capacidade do desmossomo para prender células vizinhas depende da presença de caderinas, proteínas transmembrana que exibem adesividade na presença de íons de Ca++.
Por isso, o desmossomo só tem poder de fixar as células quando há concentração de Ca++ no espaço extracelular normal. Baixas concentrações de Ca++ causam a separação das células.
As células dos epitélios apóiam na lâmina basal através de estruturas parecidas com os desmossomos, porém denominadas hemidesmossomos, por não possuirem a metade correspondente à outra célula epitelial.
Junção aderente: em certos epitélios de revestimento, circunda a parte apical da célula, como um cinto contínuo, sendo particularmente desenvolvida no epitélio colunar simples com borda estriada da mucosa intestinal.
Lônula oclusiva: é uma faixa contínua em torno da porção apical de certas células epiteliais, que veda, total ou parcialmente, o trânsito de íons e moléculas or entre as células. Outra função é permitir a existência de potenciais elétricos diferentes, consequência de diferenças na concentração iônica entre as duas faces da camada epitelial.
Complexo juncional: composto pela zônula oclusiva, zônula aderente e pela fileira de desmossomos. É uma estrutura de adesão e vedação.
Trama terminal: é a condensação de filamentos contendo actina, miosina e outras proteínas.
Junção comunicante ("gap junction"): trata-se de uma estrutura cuja função principal é estabelecer comunicação entre as células, permitindo que grupos celulares funcionem de modo coordenado e harmônico, formando um conjunto funcional. Os poros das junções comunicantes não permitem a passagem de macromoléculas como proteínas e ácidos nucléicos.