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Membrana Plasmática

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A Célula

• A célula, em conceito muito amplo, pode ser considerada como:

– A unidade fundamental dos seres vivos.

– A menor estrutura biológica capaz de ter vida autônoma.

• As células existem como seres unicelulares, ou fazendo parte de seres mais complexos, os pluricelulares.

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Seres Vivos

• Com relação à suficiência de alimentação, os seres vivos, e também suas células constituintes, dividem-se em duas grandes classes:

– Autótrofos (auto, por si mesmo; trophos, nutrição) – aqueles que sintetizam todos os componentes moleculares que precisam para viver.

– Heterótrofos (heteros, diferente; trophos, nutrição) – aqueles que necessitam receber algumas moléculas (ou precursores), de outros seres vivos, ou de outras fontes.

– As algas verdes são um exemplo clássico de autótrofos e a Entamoeba coli, de heterótrofo. A Euglena viridis, em presença de luz, é autotrófica, em ausência, heterotrófica. Os vírus não são células, e utilizam parte da maquinaria de células hospedeiras para se reproduzirem.

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As Células

• As células, tanto de seres vivos uni, como pluricelulares, são classificadas em três tipos gerais de acordo com o refinamento estruturas:

– Procariócitos: as mais rudimentares, sem membrana nuclear.

– Eucariócitos: as mais sofisticadas, com membrana nuclear.

– Fotossintéticas: desenvolvimento intermediário entre as precedentes. Utilizam Energia Radiante para sintetizar biomoléculas.

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Membrana Plasmática

• Bicamada lipídica.

• 7,5 a 10 nm (não visíveis ao Microscópio Óptico)

• Constituída por dois folhetos: interno e externo (constituídos por fosfolipídios, colesterol, e glicoproteínas).

• Glicoproteínas representam 50% do peso:

- proteínas integrais (transmembrana) e

- proteínas periféricas.

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Estrutura de Membrana Plasmática

I- Modelo do Sanduíche

Dawson e Danielli (1935)

II- Modelo do Mosaico Fluido

Singer e Nicholson (1972)Formado por 2 camadas de lipídios com proteínas mergulhadas entre eles.

Formado por 2 camadas de lipídios envolvidas por 2 camadas de proteínas.

OBS: Na década de 70, testes com enzimas (fosfolipases) e com aquecimento mostraram que o modelo do sanduíche não era real. Criou-se o modelo atual (Mosaico Fluido).

Fosfolipídios Proteínas

Colesterol

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Modelo do Mosaico Fluido

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• Ao microscópio eletrônico, a membrana plasmática apresenta um aspecto trilaminar característico.

• São duas lâminas laterais mais densas, correspondendo aos pólos hidrófilos dos lipídios mais as proteínas, e uma lâmina central mais clara, que corresponde aos pólos hidrofóbicos da bicamada lipídica.

Estrutura da Membrana Plasmática

Membrana de hemácia ao Microscópio Eletrônico com aumento de 240.000 x

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ExtremidadeHidrofílica

CadeiaHidrofóbica

Meio extracelular

Meio intracelular

(a) Bicamada de fosfolipídios da membrana

Lipídios de Membrana Plasmática

• Os lipídios das membranas são moléculas longas com uma extremidade hidrofílica e uma cadeia hidrofóbica.

• As macromoléculas que apresentam esta característica de possuírem uma região hidrofílica e, portanto, solúvel em meio aquoso, e uma região hidrofóbica, insolúvel em água, porém solúvel em lipídios, são ditas anfipáticas.

• Lipídios da membrana plasmática: fosfoglicerídeos, esfingolipídios e colesterol.

• Os fosfoglicerídeos e os esfingolipídios contêm o radical fosfato e são chamados de fosfolipídios.

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Proteína transmembrana

Cadeia gilcídica de glicoproteína

Proteínaperiférica

Cadeia glicídica de glicolipídio

Outro constituinte anfipático importante das membranas celulares são os glicolipídios, designação genérica para todos os lipídios que contêm hidrato de carbono, com ou sem radicais fosfatos. Os glicolipídios mais importantes nas células dos animais são osglicoesfingolipídios, que são componentes de muitos receptores da superfície celular.

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Proteínas da Membrana Plasmática

• A membrana plasmática possui grande variedade de proteínas, que podem ser separadas em dois grupos, as integrais ou intrínsecas e as periféricas ou extrínsecas, dependendo da facilidade de extraí-las da bicamada lipídica.

• As proteínas integrais estão firmemente associadas aos lipídios e só podem ser separadas da fração lipídica através de técnicas drásticas, como o emprego de detergentes.

• As proteínas extrínsecas podem ser isoladas facilmente pelo emprego de soluções salinas.

• Setenta por cento das proteínas da membrana são integrais.

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RegiãoHdrofílicada proteína

Bicamada defosfolipídios

Região hidrofóbicada proteína

Modelo do mosaico fluido

Proteínas da Membrana Plasmática

– Os resíduos hidrofóbicos das proteínas estão no mesmo nível das cadeias hidrofóbicas dos lipídios, e

– Os resíduos hidrofílicos das proteínas ficam na altura das cabeças polares dos lipídios, em contato com o meio extracelular ou com o citoplasma.

• As proteínas da membrana possuem resíduos hidrofílicos e hidrofóbicos, e ficam mergulhadas na camada lipídica, de tal modo que:

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Proteínas da Membrana Plasmática

• Algumas proteínas integrais atravessam inteiramente a bicamada lipídica, fazendo saliência em ambas as superfícies da 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 então o nome de proteínas transmembrana de passagem múltipla.

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Funções da Membrana Plasmática• Manutenção da integridade da estrutura da

célula;

• Controle da movimentação de substâncias para dentro e fora da célula (permeabilidade seletiva);

• Regulação das interações intercelulares;

• Reconhecimento através de receptores de antígenos de células estranhas e células alteradas;

• Interface entre o citoplasma e o meio externo;

• Estabelecimento de sistemas de transporte para moléculas específicas;

• Transdução de sinais extracelulares.

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Funções da Membrana Plasmática

Fibras da matrizextracelular

Citoesqueleto Citoplasma

Adesão do citoesqueletoà matriz extracelular

a

bReconhecimentocelular

c

d

Atividade enzimática

Transporte

e Junção Intercelular f Reconhecimento

célula-célula

Citoplasma

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Propriedades da Membrana Plasmática

Boa elasticidade Devido a presença de proteínas específicas que oferecem esta capacidade.

Boa capacidade de regeneração Ocorre regeneração rápida para pequenas rupturas de membrana.

Boa resistência elétrica Devido a presença dos lipídios que são bons isolantes térmicos e elétricos.

Baixa tensão superficial A força de união entre as moléculas de lipídios é pequena.

Permeabilidade seletiva A membrana seleciona tudo o que entra ou sai da célula.

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Poros ou Canais

• São passagens que permitem a comunicação entre o lado externo e o interno da célula.

• Os canais podem possuir carga positiva, negativa ou serem destituídos de carga elétrica. A carga se origina de grupos laterais de proteínas, como COO- e NH3

+.

• A natureza da carga seleciona os íons:

– Canais positivos, repelem cátions (+) deixa passar ânions (–).

– Canais negativos, repelem ânions (–) deixam passar cátions (+)

• Há canais sofisticados que possuem, além da barreira da carga, um ou dois portões que se abrem sob comando. O canal de Na+ é desse tipo.

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Poros ou CanaisDiâmetro dos Canais vs. Volume dos Transeuntes

• Além da carga, o diâmetro dos canais seleciona os passantes conforme o volume dos íons.

Concentração dos Íons e Direção do Transporte

• O trânsito, nos canais, é passivo, e se faz de acordo com o gradiente de concentração:

“Sempre do lado mais concentrado, para o menos

concentrado”

Canal protéico

Meio extracelular

Citoplasma

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Zonas de Difusão Facilitada (ZDF)

• São regiões que possuem moléculas de uma determinada espécie química, em alta concentração. Daí, moléculas afins se difundem com mais facilidade através dessas zonas.

• Acredita-se que as ZDF sejam importantes trajetos para participantes de processos imunológicos das células, permeando antígenos e anticorpos. Hormônios esteróides também transitam através de ZDF.

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Receptores

• São sítios que possuem estrutura adequada à ligação de certas moléculas que, ao se ligarem deslancham uma série de processos celulares.

• Existem receptores na membrana e no citossol.

Membranaplasmática Hepatócito Colesterol

processado

Colesterol

Proteína

Partícula de LDL

Capa de fosfolipídioReceptor

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Receptores para Hormônios Protéicos e Esteróides

Hormônios esteróides

Núcleo Citoplasma

Receptor na membrana

Vaso sangüíneo

Hormônios protéicos

Membrana celular

Receptorcitoplasmático

Ativação do mensageiro secundário

Enzimas ativadas

Resposta na célula-alvoEstimula a síntese

protéica

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Operadores

• São mecanismos capazes de realizar transporte ativo, isto é, contra gradientes de concentração, elétrico, ou ambos.

• Os operadores utilizam ATP como fonte de Energia.

• O princípio operacional é simples: a molécula a ser transportada se encaixa no operador, que muda sua conformação, segurando-a. Uma molécula de ATP se encaixa na fenda que resultou da mudança de conformação do operador, é hidrolizada, e libera energia para outra mudança maior, com realização de Trabalho.

• O sentido normal do trânsito é unidirecional: operadores que introduzem substâncias na célula, não são os mesmos que excretam essas mesmas substâncias.

• Existe sempre uma molécula de ATP envolvida no processo.

• Bastante conhecida é a Na+–K+–Mg2+ ATPase, conhecida como sódio-potássio-ATPase, que participa de um operador muito importante, que é a bomba de sódio.

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Fisiologia da Membrana Plasmática

I.c - O sm ose

I.b - D ifusão Facilitada

I.a- D ifusão S im p les

I-Transportes Pass ivos II-Transporte A tiv o

III.b - P inoc itose

III.a- Fagocitose

III- Endocitoses

Transportes A través daM em brana P lasm ática

Obs: Concentração das Soluções•Solução Hipotônica = é a menos concentrada.

•Solução Hipertônica = é a mais concentrada.

•Soluções Isotônicas = são soluções iguais.

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Moléculas de corante Membrana

(a) Transporte passivo de um tipo de molécula.

Equilíbrio

(b) Transporte passivo de dois tipos de moléculas.

Equilíbrio

I- Transporte Passivo

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I.a -Difusão Simples

É a passagem de soluto do meio hipertônico para o meio hipotônico através de uma

membrana permeável.

A B

Antes Durante

C D

Depois

Solução Hipertônica

Solução hipotônica

Ocorre com:

O2,

CO2,

Íons minerais.

Soluções isotônicas

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I.b -Difusão Facilitada

É a passagem de soluto do meio hipertônico para o meio hipotônico, através de uma membrana

permeável, com ajuda das proteínas transportadoras (permeases).

A - Permeases incrustadas na membrana, prontas pra se ligarem a outros compostos.

B - Ao tocar na proteína receptora, a substância é capturada.

C - A permease muda de forma e se movimenta na camada de lipídio, levando a molécula capturada para o outro lado.

D - A substância transportada é liberada dentro da célula e a permease adquire sua configuração original.

IMPORTANTE:IMPORTANTE:

ocorre com:

aminoácidos,

monossacarídeos,

vitaminas.

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SoluçãoHipotônica

SoluçãoHipertônica Soluções Isotônicas

Molécula de açúcar(soluto)

Membrana

Osmose

I.c -Osmose

É a passagem de solvente do meio hipotônico para o meio hipertônico, através de uma membrana semi-permeável

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CélulaAnimal

Normal Hemólise

Plasmolisada

CélulaVegetal

Flácida Túrgida

MembranaPlasmática

(a) Solução Isotônica (b) Solução Hipotônica (c) Solução Hipertônica

Crenada

I.c -Osmose

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Pressão Osmótica

SC = SI - MSC: força de sucção celular total SI: sucção interna do vacúolo

M: força de resistência da parede celular.

SC = SI – M

SI = M

SC = 0

SC = SI – M

M = 0

SC = SI

SC = SI – M

M < 0

SC = SI – ( -M )

SC = SI + M

Célula Normal

P.C

M.P.

Núcleo

Citoplasma

Vacúolo

Célula Túrgida Em meio hipotônico

Célula plasmolisada

Em meio hipertônico

Célula Murcha

Ao ar atmosférico

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II- Transporte Ativo

É a passagem de soluto do meio hipotônico para o meio hipertônico, através de uma membrana permeável, com auxílio de proteínas

transportadoras.

Características:

1. Ocorre contra um gradiente de concentração.

2. Há gasto de energia (ATP).

3. Só ocorre em células vivas.

4. Utiliza-se das permeases, proteínas transportadoras.

5. Há acúmulo de mitocôndrias próximo ao local de transporte.

Bomba de Sódio e Potássio

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II- Transporte Ativo• Bomba de Na+ e K+

Este tipo de transporte se dá, quando íons como o sódio (Na+) e o potássio (K+), tem que atravessar a membrana contra um gradiente de concentração.

• Encontramos concentrações diferentes, dentro e fora da célula, para o sódio e o potássio.

• Na maioria das células dos organismos superiores a concentração do sódio (Na+) é bem mais baixa dentro da célula do que fora desta.

• O potássio (K+), apresenta situação inversa, a sua concentração é mais alta dentro da célula do que fora desta.

Meio extracelular

Citoplasma

Bomba de Na+ e

K+

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II- Direção do Transporte Ativo• UNIPORTE = transportadores que

carregam um único soluto em uma única direção.

Proteína ligante de Cálcio

• SIMPORTE = transportadores que carregam dois solutos na mesma direção.

Aminoácidos + sódio do intestino para as células

• ANTIPORTE = transportadores que carregam dois solutos em direções opostas.

Bomba Na+ e K+

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Resumo dos Tipos de Transporte através das Membranas Celulares

Difusão simples Difusão facilitada

Transporte passivo Transporte ativo

BAIXA CONCENTRAÇÃO DE SOLUTOS

ALTA CONCENTRAÇÃO DE SOLUTOS

Bicamada lipídica

Canal protéico

Molécula transportada

Energia

Proteína transportadora

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III- Endocitose

III.a - Fagocitose (“Fago = comer "), que envolve a ingestão de partículas grandes como microrganismos e pedaços de células, via vesículas grandes denominadas fagossomos, geralmente

maior que 250 nm de diâmetro. Ocorre com amebas e leucócitos.

Endocitose é o processo através do qual as células captam macromoléculas, substâncias particuladas e, em casos

especializados outras células. Dois tipos principais de endocitose podem ser distinguidos com base no tamanho das vesículas

endocíticas formadas:

III.b - Pinocitose (“Pino = beber "), que envolve a ingestão de fluidos e solutos através de vesículas pequenas de 150nm de diâmetro. Ocorre com a grande maioria das células.

FagossomaPseudópodo

Vacúolo digestivo Vacúolo residual

Clasmocitose

Alimento

Lisossomo primário

gotículas

Cél. intestinal invaginação

Pinossomo Vacúolo digestivo

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Endocitose

Meio extracelular

Citoplasma

MembranaPlasmática

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ExocitoseQuando a transferência de macromoléculas dá-se do citoplasma para o meio

extracelular, o processo recebe o nome de exocitose.

Por exemplo, as células secretoras de proteínas, como as do pâncreas exócrino, acumulam o produto de secreção em grânulos citoplasmáticos revestidos de membrana, que se fundem com a membrana celular e se abrem para o exterior da célula, eliminando assim, por exocitose, as macromoléculas secretadas.

VESÍCULA

MEMBRANAPLASMÁTICA

CITOPLASMA MEIO EXTRACELULAR

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Exocitose

Meio extracelular

MembranaPlasmática

Citoplasma

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1. Zônulas de Oclusão ou Junções Oclusivas

2. Zônulas de Adesão

3. Desmossomos

4. Junções tipo GAP ou Junções Comunicantes

5. Lâmina basal

6. Hemidesmossomos

1

2

3

4

5

6

Especializações da Membrana Plasmática Baso-Lateral

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Zônulas de Oclusão (ZO)

Zônulas de Adesão (ZA)

Desmossomos (D)

Junções Comunicantes (JC)

Junções Celulares

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Junções Celulares

• Zônulas de oclusão

- São as junções mais apicais.

- São caracterizadas pela íntima

justaposição das membranas

celulares de células vizinhas, com a

fusão dos folhetos externos das

membranas.

- Formam uma barreira que impede a

passagem de moléculas por entre

as células epiteliais.

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Junções Celulares

• Zônulas de adesão

- Esta junção circunda toda a volta da

célula e contribui para a aderência

entre células vizinhas.

- Nesta zônula há uma discreta

separação entre as membranas

celulares e um pequeno acúmulo de

material elétron-denso na superfície

interna (citoplasmática) dessas

membranas.

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Junções Celulares

• Junções comunicantes ou gap junctions ou néxus

- Caracterizam-se pela aposição das

membranas de células adjacentes.

- São formadas por hexâmeros

protéicos, cada um com um poro

hidrofílico central de 1,5 nm.

- Estes canais permitem a passagem

de moléculas informacionais, como

AMP cíclico, GMP, íons, etc, e podem

propagar informações entre células

vizinhas.

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Junções Celulares• Desmossomos ou

máculas de adesão

- São estruturas complexas em

forma de disco, constituídos pelas

membranas de células contíguas.

- Na região do desmossomo, as

membranas celulares se afastam

deixando entre elas um espaço de

30 nm ou mais.

- Alguns desmossomos contêm um

material eletrodenso no espaço

intercelular. Na face citoplasmática

de cada membrana existe uma

placa circular constituída de ao

menos 12 proteínas na qual se

prendem filamentos intermediários

de queratina (tonofilamentos).

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Junções de oclusão

Trama terminal:

estrutura localizada no pólo apical das células e que contém a proteína espectrina, filamentos de actina e filamentos intermediários.

Junções comunicantes

Desmossomos

Hemidesmossomos

Junções Celulares

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Hemidesmossomos

- Morfologicamente, estas

estruturas têm o aspecto de meio

desmossomo, localizado na

membrana da célula epitelial.

- Auxiliam a fixação da célula

epitelial à membrana basal

subjacente e são mais freqüentes

onde o epitélio está sujeito a

atritos fortes.

Hemidesmossomo

Fibrila de colágenoem corte transversal

Lâmina densada membrana basal

Lâmina rara

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Especializações da Membrana Plasmática Superficial

• Cílios: extensões filamentosas e móveis da superfície de certas células

(traquéia e fossas nasais mecanismos de defesa; tubas uterinas

movimento do ovócito e zigoto). Contêm em seu interior nove pares

de microtúbulos periféricos e um par central, dispostos circularmente.

• Estereocílios: são expansões longas e filiformes da superfície livre de certas

células epiteliais; não possuem movimentos e são encontrados nas células

epiteliais que revestem o ducto deferente. Aumentam a superfície celular,

facilitando a absorção de água e outras moléculas.

• Flagelos: têm estrutura semelhante à dos cílios, porém são mais longos.

Estão presentes nos espermatozóides.

• Microvilosidades ou microvilos: expansões digitiformes do citoplasma

recoberta por membrana e contendo numerosos microfilamentos de actina.

Aumentam a superfície de absorção (intestino delgado e túbulos contorcidos

proximais dos rins).

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Especializações da Membrana Plasmática Superficial

MicrovilosidadesCílios

Estereocílios

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Glicocálix ou Glicocálice

• Cobertura formada por carboidratos ligados a proteínas e lipídios da

membrana plasmática formando glicoproteínas e glicolipídios que

participam:

- da adesão celular;

- do reconhecimento celular;

- da determinação de grupos sangüíneos;

- da inibição por contato (determina o crescimento dos órgãos);

- proteção da superfície celular às lesões mecânicas e e químicas.