BIOMEMBRANAS

Editor Dimas Fernandes.

 

 1.1 INTRODUÇÃO

 As biomembranas têm particularidades que vão da estrutura comum a todas até as especializações.

Com a finalidade de uma divisão didática e participativa de todos os membros da equipe que realizou este trabalho, este foi dividido em quatro partes, sendo cada uma desenvolvida por um participante, e as respectivas referências bibliográficas, citadas ao final de cada parte.

 


 

 1.2 ESTRUTURA E COMPOSIÇÃO DAS BIOMEMBRANAS

 Por Marcella Silas Colocci

 

As células possuem envoltórios que separam e compartimentalizam funções e componentes químicos - as biomembranas. A célula é delimitada pela membrana plasmática, e no ambiente íntimo da célula existem as membranas das organelas (mitocôndria, retículo endoplasmático, aparelho de Golgi, por exemplo) e do núcleo3. A membrana plasmática é uma estrutura muita fina, medindo de 6 a 10 nm de espessura (De Robertis, 2006), não podendo ser vista em microscópio óptico (Alberts, 2006).

 

 

 

 

De todos os modelos propostos por aqueles que se dedicaram a explicar a composição das biomembranas, o único que prevaleceu foi o de Singer e Nicolson (1972), mais conhecido como MOSAICO FLUIDO, pois sugere que as proteínas estão imersas na bicamada lipídica, e estariam em movimento constante devido à fluidez dos lipídios na bicamada.1

 

A estrutura básica das biomembranas é constituída por bicamada lipídica, que constitui uma barreira com permeabilidade seletiva, com proteínas inseridas nela, as quais respondem pelas diferentes funções das membranas; e ligados aos dois componentes anteriores, encontram-se os carboidratos, que atuam na comunicação intercelular.1

 

Conhecendo a atuação dos componentes estruturais das biomembranas, entendem-se as funções destas.

 

 

 

 

 


 

LIPÍDIOS

 

São moléculas pequenas, possuindo uma cabeça polar, ou hidrofílica, e duas caudas apolares, ou hidrofóbicas, caracterizando-as, assim, como moléculas anfipáticas.1,2,3

 

  

Encontram-se três tipos de lipídios nas biomembranas: fosfolipídios, esfingolipídios e colesterol1, sendo os fosfolipídios os mais abundantes3. Nos fosfolipídios, seu caráter anfipático faz com que em solução aquosa suas caudas hidrofóbicas se agreguem e a cabeça hidrofílica fique em contato com a água. É por causa dessa propriedade, que in vitro, consegue-se produzir membranas artificiais.1

 

Os esfingolipídios compõem em menor quantidade as biomembranas, e subdividem-se em: esfingomielinas, cerebrosídeos e gangliosídeos. As esfingomielinas formam a bainha de mielina (estrutura isolante que acelera o impulso nervoso) dos neurônios (células nervosas); os cerebrosídeos encontram-se nas camadas não-citosólicas, ou seja, voltada para o meio extracelular (no caso da membrana plasmática) devido à sua ligação com moléculas de carboidratos encontradas fora do citoplasma; o colesterol, que é um esteroide, se dispõe entre as moléculas de fosfolipídios, influenciando a fluidez das biomembranas, deixando-as mais rígidas.1

 

 

Existe uma assimetria funcional entre as camadas lipídicas que compõem a bicamada importante, principalmente na conversão de sinais extracelulares em intracelulares, criando uma variação na distribuição de cargas elétricas entre as duas faces das membranas.1

 



PROTEÍNAS

As proteínas são as principais responsáveis pela variedade de funções exercidas pelas biomembranas, e quanto mais variadas as proteínas, mais complexas as funções das membranas. Entre suas funções, estão: o transporte de íons e moléculas polares, interação com hormônios, transdução de sinais por meio de membranas e até a estabilização estrutural.1

 

São moléculas maiores que os lipídios, e dividem-se em: integrais (ou intrínsecas) e periféricas (ou extrínsecas).  As integrais são as que estão imersas na bicamada lipídica, interagindo fortemente com as porções hidrofóbicas dos lipídios. Devido a essa imersão, essas proteínas apresentam três domínios: citoplasmáticos, transmembrana e não-citoplasmático (intracelular). São as integrais que os canais ou poros da membrana, atribuindo a esta propriedades seletivas. Atuam também como carregadoras, transportando substâncias através membrana.1

 

 


 

CARBOIDRATOS

Os carboidratos estão na porção extracelular da membrana plasmática e nas membranas das organelas, estão voltados pra dentro (para o lúmen). Eles podem se ligar às proteínas por cadeias pequenas (glicoproteínas) ou por cadeias longas de polissacarídeos (proteoglicanos), e ainda se ligam aos lipídios formando os glicolipídios.1,2

 

 

Os carboidratos que se localizam na parte de fora da membrana plasmática, formam um tipo especial de camada, conhecida como glicocálix, que por possuir muitos carboidratos carregados negativamente, é responsável pela carga elétrica negativa encontrada na superfície da célula. 1,4

 

Os carboidratos se destacam funcionalmente pelo reconhecimento molecular, facilitando, dessa maneira, a comunicação intercelular. Mas para reconhecer moléculas, antes eles precisam ser reconhecidos por proteínas específicas existentes para os diferentes tipos de carboidratos – as lecitinas, que não são enzimas, mas se ligam a esses de forma rápida, eficaz e reversível.1,3

 

A capacidade de integração com outras moléculas de maneira diversificada dá aos carboidratos uma excelente capacidade informacional.1

 

 

 

REFERÊNCIAS (Parte 1 - Marcella Silas Colocci)

 

 [1] CARVALHO, Hernandes F et al. A célula. 2 ed. São Paulo: Manole, 2009.

 

[2] DE ROBERTIS, E. M. F et al. Bases da biologia celular e molecular. 4 ed. Rio de Janeiro, RJ: Guanabara Koogan, 2006.

 

[3] ALBERTS, Bruceet al. Fundamentos da biologia celular. 2 ed. Porto Alegre, RS: Artmed, 2006

 

[4] GUYTON, Arthur C. et al. Tratado de fisiologia médica, 11 ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2006.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ASPECTOS FUNCIONAIS DA MEMBRANA PLASMÁTICA

 

(Parte 2 – Jéssica Fábia da Cruz Santos)

 


 

1.            Permeabilidade Seletiva E Transportes Por Membranas

 

A membrana plasmática possui um mecanismo que seleciona substancias, permitindo a sua entra e saída da célula (permeabilidade seletiva), regulando as trocas entre a célula e o meio.  Esse mecanismo é graças a uma camada fosfolipídica e proteínas que compõe a membrana. A passagem seletiva de substâncias, através da membrana, é feita por dois processos: transporte passivo e transporte ativo. Este último pode ser uniporte (o canal transporta uma molécula), co-transporte (duas moléculas passam pelo mesmo canal), este último dividido em: simporte, as moléculas passam pelo mesmo canal no mesmo sentido; antiporte, as moléculas passam por sentido diferente.

 

Transportes ativos: ocorrem com gasto de energia.  Existe o primário e secundário. Exemplo mais conhecido é a bomba de sódio (Na) e potássio (K).

 

Primário:

 

Neste processo, observa-se movimento de soluto contra o gradiente de concentração (solução menos concentrada para a mais concentrada).São sempre realizadas por permeases  presente na membrana plasmática. Há maior concentração de íons Na+ (sódio) fora da célula e K+ (potássio) dentro. Esses íons passam facilmente através da membrana plasmática pelo processo da difusão facilitada. Se houvesse um processo ativo capaz de manter essa diferença de concentração, o sódio e potássio tenderiam a igualar suas concentrações fora e dentro da célula. O potássio é necessário na síntese protéica e em algumas etapas da respiração.

 

 

 


 

Secundário

 

 É um mecanismo de transporte ativo através do qual uma substância é transportada contra um gradiente eletroquímico, aproveitando a "carona energética" de uma outra substância que é transportada a favor de seu gradiente eletroquímico, ambas sendo transportadas no mesmo sentido. Esse mecanismo é chamado de co–transporte ( duas moléculas passam pelo mesmo canal)

 

 

 

 

Legenda:

 

Primário - O canal que transporta gasta energia.

 

Secundário – A molécula X só gasta energia quando sai.


 

Transporte passivo: ocorre sem gasto de energia (difusão simples, difusão facilitada e osmose). Respeitando o gradiente ou contra um gradiente elétrico.

 

Osmose

 A osmose é caracterizada pelo movimento do solvente entre dois meios com tonicidade diferente. Esse movimento não requer gasto energético e por isso é classificado como transporte passivo. 

 


 

Difusão 

 A difusão é caracterizada pelo movimento do soluto Entre dois meios com tonicidade diferente. Esse movimento não requer gasto energético e por isso é classificado como transporte passivo.

 

Difusão simples: é a passagem de soluto e de solvente de uma região de menor concentração para uma região de menor concentração, sem o auxílio de proteínas transportadoras. Ocorre sempre a favor do gradiente de concentração.

 


 

 
   

 

 

 

 

 

Difusão facilitada: é a passagem de substancias de um meio mais concentrado para um meio menos concentrado com um auxílio de proteínas transportadoras, enzimas carreadoras. Ex.: a glicose necessita de insulina para entrar nas células do fígado (hepatócitos).

 

 

Legenda:

 

j Proteína transportadora

 

k Substâncias

 

l Camada hidrofílica (afinidade com água)

 

m Camada hidrofóbica (sem afinidade com água)

 

 

 

REFERÊNCIAS (Parte 2 – Jéssica Fábia da Cruz Santos)

 

<http://www.infoescola.com/citologia/transporte-ativo/#>. Acesso em: 12 abr. 2012

 

<http://www.virtual.epm.br/material/tis/curr-bio/trab2004/1ano/membrana/ativo.htm>. Acesso em: 12 abr. 2012

 

<http://www.ceunes.ufes.br/downloads/2/edwineycupertino-Biomembranas%20-%20Parte%201.pdf>. Acesso em: 10 abr. 2012

 

<http://www.ceunes.ufes.br/downloads/2/edwineycupertino-Biomembranas%20-%20Parte%201.pdf>. Acesso em: 10 abr. 2012

 

<http://biomembracel.blogspot.com.br/>. Acesso em: 12 abr. 2012

 



2. Flexibilidade

Por  Adriana Tavares

As membranas, com sua estrutura contínua e irrompível, são também flexíveis para facilitar a comunicação da célula com o meio extracelular, permitindo assim o transporte em massa de macromoléculas. A entrada e saída dessas macromoléculas são feitas por mecanismos denominados Endocitose e Exocitose, no qual vesículas se formam na membrana ou dentro da célula, levando macromoléculas, material particulado e outras substâncias para o citoplasma ou para o meio extracelular. ¹

 

 

 Fig 1 – Processos de ingestão de moléculas – Exocitose, Endocitose (pinocitose) e Endocitose mediada por receptor. 

 


 

ENDOCITOSE

Na endocitose, a movimentação da membrana permite a invaginação e a formação de pseudópodes que englobam partículas e se desprende da membrana formando vesículas intracelulares.  Ela se divide em fagocitose e pinocitose.

 > Fagocitose

Células específicas, como macrófagos ou neutrófilos, irão emitir projeções citoplasmática chamadas pseudópodes para englobar partículas grandes, bactérias por exemplo, formando vacúolos chamados fagossomos. Essas projeções acontecem porque nelas se encontram proteínas contráteis actina e miosina. Dentro da vesícula a partícula será digerida com a ajuda dos lisossomos.

 

 

 
 

Fig.2 - Fagocitose (vesícula maior que 250 nm de diâmetro  - ocorrerá ingestão de material sólido) ¹ 

 

            **APLICAÇÃO**

A fagocitose é uma forma de defesa do organismo do mamífero contra infecções, nela os micro-organismos invasores são ingeridos e destruídos por enzimas ou radicais livres.

Na invasão de bactérias, as células ameboides, formada a partir de neutrófilos, lançam pseudópodes a sua volta fundindo-as. Ocupando um vacúolo chamado fagossomo, essas bactérias receberão a ação de  grânulos específicos que por meio de suas enzimas irão digerir tais bactérias.²

 


 

Emissão de pseudópodes


É o modo de locomoção das amebas e macrófagos.

Algumas células têm a capacidade de mudar sua forma e se movimentar, projetando-se para fora e formando pseudópodos, enquanto a outra extremidade segue projetando-se logo após; o resultado é a locomoção da célula.

 

Fig.3 – Movimento ameboide > formação de pseudópodes

 

  > Pinocitose

Na pinocitose serão ingeridas substâncias líquidas por invaginação da membrana plasmática, formando vesículas, as quais carregarão nutrientes para alimentação celular.

 

 
 

Fig.4 - Pinocitose (vesícula menor que 150 nm de diâmetro -  ocorrerá ingestão de líquido)¹ 

 

 

Há também a endocitose mediada por receptor, nela ocorre o mesmo que na pinocitose, mas com a dependência de receptores específicos localizados na membrana celular. Esses receptores estão associados a uma proteína no citoplasma chamada clatrina que envolverá e englobará todo o complexo (molécula e receptor).

 
   

 

 

 

 

Fig.5 – Endocitose mediada por receptores associados à clatrina.

 

 



EXOCITOSE

O movimento agora é inverso: após a produção de moléculas pelo retículo endoplasmático, elas são modificadas no complexo de golgi e encaminhadas à membrana plasmática por meio de uma vesícula. A membrana da vesícula se funde com a membrana plasmática secretando a substância no meio extracelular.

 

 

 
 

 Fig. 6 – Exocitose > moléculas secretadas no meio extracelular.

 

 

 


 

3. Sinalização

As células possuem mecanismos de sinalização que permitem, através da membrana plasmática, a comunicação entre si e com o meio extracelular, ordenando suas ações e funções celulares. Muitas moléculas que carregam sinal são hidrofílicas, logo elas não atravessam a membrana plasmática, para isso precisam se ligar a uma proteína receptora transmembrânica, e assim realizar alterações intracelulares. Outras moléculas são hidrofóbicas, como os hormônios por exemplo, e atravessam a membrana por difusão encontrando a proteína receptora dentro da célula. ¹

 
 


Fig.7 – Sinalização hidrofílica (receptor na membrana plasmática da célula). & Sinalização hidrofóbica (receptor dentro da membrana)

 

A sinalização pode ocorrer por meio de contato entre a membrana da célula-alvo, que possui um receptor de superfície (transmembranar), e a membrana da célula sinalizadora. ¹

 
 


Fig.8 – Sinalização de contato com receptor de superfície.

 

 

 

 

 


 

A sinalização pode também ser liberada no meio intercelular, num processo chamado sinalização parácrina, atingindo células vizinhas ou a própria célula sinalizadora, especialidade chamada de autócrina. Esses processos são auxiliados por enzimas extracelulares. ¹

 


 

 

 Fig. 9 – Sinalização autócrina > receptores na própria célula.  &  Sinalização parácrina > receptores na célula vizinha (próxima). 



Na sinalização endócrina, a molécula sinalizadora, nesse caso os hormônios, é lançada dentro da corrente sanguínea num longo percurso até atingir a célula-alvo, onde se encontra o receptor.¹

 

 

Fig.10 – Sinalização endócrina > hormônios na circulação sanguínea para ser transportado até a célula-alvo.

 

 



E ainda a sinalização sináptica, na qual um impulso elétrico propagado pelo axônio de um neurônio pré-sináptico libera um neurotransmissor para a célula-alvo pelo espaço da fenda sináptica.¹

 

 

 

 Fig.11 – Sinalização sináptica > a célula sinalizadora (neurônio pré-sináptico) envia o sinal (neurotransmissor) à célula-alvo (neurônio pós-sináptico). 

 

Ocorre, então, uma cadeia de reações intercelular em busca de uma resposta específica. O resultado obtido dependerá da célula e do tipo de receptor, pois um mesmo sinal pode desencadear reações diferentes.¹

 


 

Os receptores ligados a essas reações podem ser de 3 tipos:

 

1- associados a canais iônicos – são canais ativados por neurotransmissores que se ligam a uma proteína, abrindo o canal e permitido a passagem de íons.¹

 

2- associados a enzimas – são proteínas transmembranares que ao se ligarem à molécula sinalizadora passa a ter uma capacidade enzimática e transmite o sinal para dentro da célula; permitindo, como efeito, a transcrição de genes específicos.¹

 

 
 

Fig.12 – Receptor associado à canal iônico ativado por neurotransmissor. & Receptor associado à enzima > proteína com capacidade enzimática.

 

3- associados a proteínas G – são proteínas que se ligam a proteínas G, ativando-as ou inibindo-as, para obtenção de determinadas respostas.

 

Ao receber o sinal, o receptor separa a proteína G do GDP tornando-a ativa com a ligação do GTP. Uma das suas subunidades se desprende e desliza pela membrana para encontrar outra proteína ou enzima para auxiliá-la junto com um segundo mensageiro na produção da resposta desejada.³

 

 
 


Fig.13 – Receptor associado à proteína G > proteína com ligação de energia e  surgimento de um segundo mensageiro produz a proteína Kinase A.    

 

REFERÊNCIAS (Parte 3 – Adriana Tavares)

 

1 – GARTNER, Leslie P.; HIATT, James L. Tratado de Histologia Em Cores.  AMADEU, Thaís P. et al. (trad.) Rio de Janeiro: Elsevier, 2007.

2 – JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Histologia Básica. 11ª ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008.

3 – STANDRING, Susan. Gray´s Anatomia: A base anatômica da prática clínica. Tradução da 40ª edição. Rio de Janeiro: Elsevier, 2010.

 

ASPECTOS FUNCIONAIS DA MEMBRANA PLASMÁTICA (continuação)

 

(Parte 4 – Andréia Nascimento)

 

4. Fluidez

 

A fluidez da membrana plasmática depende da temperatura, quantidade de colesterol e movimento dos lipídeos. Quanto maior for a temperatura e quantidade de colesterol menos fluida será a membrana. Os lipídeos de uma membrana são mais do que elementos estruturais, eles tem importantes efeitos nas propriedades biológicas, sua composição lipídica determina o estado físico, e este último determina a sua fluidez. A membrana plasmática não é uma estrutura estática, os lipídeosmovem-se proporcionando fluidez a membrana.

 

 

 

Os movimentos lipídicos:

 

ü   Rotação: Girar em torno do seu próprio eixo;

 

ü   Difusão Lateral: Podem difundir-se lateralmente na monocamada;

 

ü   Flip-Flop: Migrar de uma camada para outra raramente.

 

ü   Flexão: Realizar movimentos de flexão por causa das cadeias de hidrocarbonetos. As caudas são hidrofóbicas com diferenças no comprimento, o que também influi na fluidez da membrana.

 

 

 

 

 

5. Compartimentalização

 


A compartimentalização é importante para que alguns tipos de reação ocorram em local separado de outras reações, fazendo com que elas aconteçam de maneira organizada e selecionada. Algumas enzimas só são presentes em certas organelas, se o produto da reação dessa enzima for necessário para o momento da célula, o substrato, que pode ser usado por outras enzimas em outros locais da célula, será enviado para tal organela, onde ocorrerá a reação.

 

 

 

ESPECIALIZAÇÕES DA MEMBRANA PLASMÁTICA

 

A membrana plasmática possui várias especializações, seja ela de um organismo unicelular ou pluricelular, estas diferenciações são variadas em relação às designações celulares.

 

As especializações são:

 

·      Microvilosidades;

 

·      Invaginações;

 

·      Interdigitações;

 

·      Desmossomos;

 

·      Barra terminais; 

v 
Microvilosidades:

 

É uma frágil protuberância que se estende pela membrana. Ampliando a superfície de absorção. Ela se dá nas células epiteliais do intestino. 

v 
Invaginações:

 

São atividades que acontecem na base das células, e podemos encontra-las nas cavidades renais, pois elas exercem a função de reabsorver a água dos rins.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 v  Desmossomos:

São regiões especializadas existentes nas membranas adjacentes de células vizinhas. Acredita-se que funcionem como presilhas, aumentando a adesão entre uma célula e outra. A presença de Desmossomos em todas as células de um epitélio garante a formação de um revestimento contínuo e coeso. 

 

v  Interdigitações:

 

São dobras nas membranas plasmáticas limítrofes de duas células. É o resultado do processo de contraposição dos desmossomos, ocorre em células epiteliais. 

 

v  Barras Terminais:

 

Existem quando as membranas de duas células adjacentes se fundem em uma única estrutura.


 

 

 

 

 

 

 

REFERÊNCIAS (Parte 4 – Andréia Nascimento)

 

MARCONDES, Ayrton Cesar et al. Ciência da vida Biologia, Citologia, Histologia e Embriologia. São Paulo:Atual, 1997

 

JUNQUEIRA, Luiz C; CARNEIRO, José. Histologia Básica. 10 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan. 2004

 

<www.colegioweb.com.br>.

 

<www.slideshare.net>.

 

<www.ufpel.tche.br/cenbiot/Membranas>.