membrana plasmática

Membrana plasmática

e especializaçõesUniversidade Federal de Minas Gerais

Instituto de Ciências BiológicasDepartamento de Morfologia

Prof. Greg Kitten – Sala J3-339/310

PRINCIPAIS CONSTITUINTES DAS CÉLULAS

CONSTITUINTE EXTERNO- Membrana Plasmática (Plasmalema), Matriz Extracelular

CONSTITUINTES INTERNOS: Núcleo e Citoplasma.No citoplasma estão presentes:a) Citoesqueleto: Microfilamentos, Filamentos Intermediários eMicrotúbulos.

b) Organelas: Mitocôndrias, Retículo Endoplasmático, Aparelho deGolgi, Lisossomos, Peroxissomos.

c) Depósitos (Inclusões): Carboidratos, Proteínas, Lipídeos oupigmentos.

Espaço entre as organelas e os depósitos é preenchido pelaMatriz Citoplasmática (Citossol).

PRINCIPAIS CONSTITUINTES DAS CÉLULAS

CONSTITUINTE EXTERNO- Membrana Plasmática (Plasmalema)

Constituinte interno: o Citoplasma, onde se localizam:a) Citoesqueleto: Microfilamentos, Filamentos Intermediários eMicrotúbulos.

b) Organelas: Mitocôndrias, Retículo Endoplasmático, Aparelho deGolgi, Lisossomos, Peroxissomos.

c) Depósitos (Inclusões): Carboidratos, Proteínas, Lipídeos oupigmentos.

Espaço entre as organelas e os depósitos é preenchido pela MatrizCitoplasmática (Citossol).

Aula de hoje


FUNÇÕES DA MEMBRANA PLASMÁTICA OU CELULAR

Separa o meio intracelular do extracelular. Responsável pela constância do meio intracelular: controle da entrada e

saída de substâncias da célula. Barreira seletiva. Sinalização celular (receptores). Canais de comunicação: estabelece conexões com outras células e com

a matriz extracelular. Fixação ou movimentação da célula. Sistemas enzimáticos.

Constituição:1. Lipídios2. Proteínas3. Carboidratos

Embora a organização molecular básica das membranas seja a mesma, há diferençasna composição química e nas propriedades biológicas das membranas de diferentestipos celulares e organelas.

ESTRUTURA : Modelo do Mosaico Fluido

Duas camadas lipídicas, fluidas e contínuas onde se inserem moléculas protéicas.

Duas regiões hidrofílicas e uma região hidrofóbica.

Ao ME apresenta-se como uma estrutura trilaminar = unidade de membrana.

Membrana plasmática: estrutura

Singer e Nicholson (1972), o

modelo do mosaico fluído.

* Microscopia Eletrônica: estrutura trilaminar --> Unidade de membrana


Cell 1

Cell 2


Grupamentos

Não-polares

Grupamentos

polares

- As duas camadas lipídicas permanecem unidas por meiode interações hidrofóbicas das cadeias apolares de cadacamada.

* A membrana plasmática é ASSIMÉTRICA tanto na composição de lipídios quanto nas proteínas, carga elétrica (fosfatidilserina), distribuição de glicolipídios e glicoproteínas

- Uma mesma membrana pode apresentar diferentesregiões funcionais (ex, microvilos de células epiteliais dointestino delgado).


Métodos de estudo - membrana plasmáticaME

Criofratura

Fracionamento

Análise de expressão de proteínas


Ultra-estrutura da MP: análise por criofratura

Folheto interno(Protoplasmático)

Folheto Externo

Criofratura

Membrana plasmática: estruturaEstudo por Crio-fratura

Micrografia eletrônica de uma crio-fratura mostrando interior da membrana plasmática: face P(Protoplasmática) c/ maior número de partículas intramembranosas do que a face E(Externa).

face E

face P



Unidade de membrana:estrutura trilaminar vista ao ME (demonstração por deposição de Tetróxido de Ósmio).

Constituição:1. Lipídios2. Proteínas 3. Hidratos de carbono

· Embora a organização molecular básica das membranas seja a mesma há diferenças na composição química e nas propriedades biológicas das membranas de diferentes tipos celulares e organelas.

1 – LIPÍDEOS

Moléculas anfipáticas:

*Uma extremidade hidrofílica (polar) – cabeça.*Outra hidrofóbica (apolar) – duas caudas de ácidos graxos.

Principais tipos:

. Fosfolipídeos: contém radical fosfatoFosfoglicerídeos (4 tipos principais).Esfingolipídeos (fosfatidilinositol: sinalização celular).

. GlicolipídeosHidratos de carbono (carboidratos açúcares). Os mais abundantesnas células animais são os Glicoesfingolipídeos (Componentes de muitosreceptores celulares de superfície).

. ColesterolPresente em células animais, as vegetais têm outros esteróis.

Membrana plasmática: constituição

Composição Química de Membranas: Lípides

1. Fosfoglicerídeos: fosfatidilcolina*, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina.

Cabeça polar hidrofílica

Calda apolar hidrofóbica

Composição Química de Membranas: Lípides

2. Esfingolípides: esfingomielina

3. Colesterol

Lípides de membrana:Independente do tipo são ANFIPÁTICOS

Lipídeos possuem distribuição ASSIMÉTRICA

Glicolípides: apenas folheto externo

Fosfatidilserina: folheto interno

Características da Bicamada Lipídica


Síntese de proteínas da Membrana plasmática

* Síntese e secreção de proteínas damembrana plasmática:1) Síntese no RER;2) Transporte por vesículas ao CG3) Modificações estruturais adicionais

no CG4) Transporte por vesículas para a MP.

•Embora existam diferenças entre os lipídios que influem nas propriedades da membrana,a atividade metabólica da mesma depende principalmente de suas proteínas.

Fluidez da membrana plasmática

FLUIDEZ DA MEMBRANA É DEPENDENTE DE:

Composição Temperatura

Algumas células conseguem alterar a proporção das duplas ligações (em hidratos de carbononos ácidos graxos) de acordo com variações de temperatura para manter a fluidez e assim suahomeostasia.

Lipídios se movem lateralmente dentro de sua monocamada com velocidade alta (difusãolateral). Entretanto, uma molécula da monocamada interna raramente troca de lugar com um dacamada externa e vice versa, esse movimento é chamado de Flip-Flop.

As proteínas de membrana têm difusão rotacional e lateral

As proteínas se movem facilmente entre os lipídios. Algumas proteínas ficam presas aocitoesqueleto e não se movimentam.

FLUIDEZMovimento de RotaçãoMovimento Lateral (107 vezes/seg)Flip-flop (raro; flipases)


Fluidez pode ser alterada por temperatura, insaturação e tamanho das caudas hidrofóbicas de ác. Graxos, e presença de colesterol

+ duplas, + fluida

menor, + fluida


Deformação


Fluidez da Membrana plasmáticaEvidência experimental demonstrando a fluidez da membrana celular

A) Dois tipos de células(uma marcada e outranão-marcada)…

B)…foram induzidas a se fundirem.

C) Minutos após a fusão celular, as moléculas marcadas (em amarelo) se espalham por toda a superfície da (nova) célula fundida.

Demonstração dos movimentos das proteínas na bicamada lipídica

Restrição dos movimentos das proteínas na bicamada lipídica

Permeabilidade de uma bicamada lipídica

Difusão passiva

Transporte mediado por

proteínas

Tipos de proteínas transportadoras

BombasTransporte ativo Bombeiam íons e

pequenas moléculas, contra um gradiente de

[ ], às custas de ATP

Canais iônicosTransporte passivo movem íons e água

(seleção por tamanho e carga), a favor de um gradiente de [ ], sem

gasto de energia

TransportadoresTransporte passivo ou acoplado

Movem grande variedade de íons e moléculas específicas a favor ou

contra um gradiente de [ ]. Neste último o transporte é acolpado a um processo energeticamente

favorável.

Canal Iônico

Sistema de Biomembranas

Membrana Plasmática: Composição Química

Singer e Nicholson (1972), o

modelo do mosaico fluído.

Proteínas da membrana plasmática

2 – PROTEÍNAS

Cada tipo de membrana tem suas proteínas características, principais responsáveis pela suafunção e caracterização.

* A orientação dessas proteínas na membrana é fixa devido ao seu modo de inserção e àfunção de seus domínios citoplasmáticos e não citoplasmáticos.

2 tipos principais

Integrais (intrínsecas)Firmemente associadas aos lipídios70%, maioria das enzimas

* Transmembrana: Atravessam inteiramente a camada lipídica uma única vez.* Transmembrana de passagem múltipla: Atravessando a membrana em vários pontos.

Periféricas (extrínsecas)Fracamente associadas aos lipídios

* Prendem-se aos lipídios da face interna ou externa da membrana por diversosmecanismos e freqüentemente elas se fixam a moléculas glicosiladas de fosfatidil inositol(glicosilfosfatidilinositol – GPI).

Principais tipos de proteínas:

3 proteínas extensamente estudadas:

Proteínas da membrana plasmática

Espectrina: Proteína associada ao citoesqueleto, não covalentemente associada a face citoplasmática damembrana da hemácea forma uma trama que confere a morfologia bicôncava da hemácea e aumenta suacapacidade de aguentar pressão enquanto passa pelos capilares (defeitos nessa proteína podem causar anemia).

Glicoforina: Glicoproteína transmembrana com estrutura similar de outras classes de interesse – receptores- serve de modelo para estudos dessas outras.

Banda 3: Proteína transmembrana de passagem múltipla; transportadora de ânions, auxilia na respiração -processo de carreamento do CO2.

3) GLICOCÁLICE

Região da membrana rica em hidratos de carbono ligados a proteínas ou a lipídios

Funcionalmente importante

Composição não é estática

Varia de um tipo celular pra outro e na mesma célula, varia de acordo com a atividadefuncional da célula em determinado momento.

* Elo de união funcional e dinâmico de uma célula com outra ou com a matriz extracelular dos tecidos.

Ex: Microfilamentos de actina + vinculina + proteína intrínseca da membrana 140Kd +Fibronectina + regiões da matriz extracelular = Fibronexus

Hidratos de carbono da Membrana Plasmática

Porções glicídicas dos glicolipídios+

Glicoproteínas integrais ou secretadas e adsorvidas na membrana+

Proteoglicanas secretadas e adsorvidas na membrana

Constituição do Glicocálice

Glicocálice

Funções:Adesão celularReconhecimento celularInibição por contato

...

Glicocálice- O glicocálice apresenta-se como um denso tapete formado por filamentos finos entremeados, cobrindo as microvilosidades. - Esta camada de glicocálice é observada tanto na superfície, como nos lados das microvilosidades, por entre elas. - No canto inferior direito, onde duas células estão próximas, suas microvilosidades são mantidas separadas pelo glicocálice que as reveste.

Glicocálice no epitélio intestinal. Aumento 65 000 X.

-Microvilosidades com membrana plasmática e citoplasma finamente granular em seu interior. - Glicocálice sob a forma de material filamentoso ramificado. -Unidade trilaminar de membrana (figura inferior).

Glicocálice no epitélio intestinal. Aumentos 200 000 X e 240 000 X.

- Protege a superfície das células de possíveis lesões;

- Proteção química da membrana celular ao ataque de proteases

- Proteção contra ressecamento e lubrificação da superfície celular:

camada altamente hidratada devido aos açúcares

- Confere viscosidade às superfícies celulares, permitindo o deslizamento de células em movimento como, por exemplo, as células sangüíneas;

- Apresenta propriedades imunitárias, por exemplo os glicídios do glicocálix dos glóbulos vermelhos que apresentam os antígenos próprios dos grupos sangüíneos do sistema sangüíneo ABO;

- Intervém nos fenômenos de reconhecimento celular, particularmente importantes durante o desenvolvimento embrionário.

- A inibição do crescimento celular por contato depende de glicoproteínas do glicocálice. Se tais proteínas forem perdidas ou modificadas, como acontece em alguns tumores malignos, mesmo o glicocálice ainda existindo, esta função será comprometida.

- Nos processos de adesão entre óvulo e espermatozóide.

Importância do glicocálice

Funções do Glicocálice - ex 1

reconhecimento célula-célula e adesão celular:

Funções do Glicocálice – ex 2

Determinação antigênicaEx: especificidade do sistema sanguíneo ABO

ligação de hormonas, toxinas, vírus e bactérias

Funções do Glicocálice – ex 3

Funções do Glicocálice – ex4

inibição por contato: inibição do movimento ou da

proliferação das células normais resultante do

contato célula à célula

Especializações e

Junções Intercelularesda

Membrana Plasmática

Especializações e junções da Membrana plasmática

- Projeções da superfície celular em forma de dedo de luva.

- Contém numerosos filamentos de actina (responsáveis pela manutenção da forma dos microvilos).

- Aumentam a superfície de absorção das células. Ex: intestino delgado (Células prismáticas), rins (células do TCP).

- filamentos de actina.

- borda estriada (vista ao MO)

Microvilos (ou microvilosidades)

Especializações da Membrana plasmática

Microvilos

Microvilos: observe os feixes de filamentos dispostos paralelamente.Célula intestinal (delgado) especializada para a absorção de nutrientes.--> Os microvilos têm a função de aumentar a área absorvente.

Cílios e Flagelos


- Prolongamentos longos dotados de motilidade, presentes na superfície de algumas células epiteliais.

- Estão inseridos em corpúsculos basais (que são estruturas eletrodensas situadas no ápice da célula).

- Microtúbulos

- OBS.: a estrutura dos corpúsculos basais é semelhante aos dos centríolos (veremos na aula de citoesqueleto !!)

Flagelos: geralmente únicos e longos são encontrados, no corpo humano, apenas nos espermatozóides.

- Prolongamentos longos que aumentam a superfície de algumas células epiteliais.

- Não possuem a estrutura nem a capacidade de movimento dos cílios verdadeiros.

- Ramificam-se frequentemente, e são mais compridos que os microvilos.

Ex: Epidídimo (contribuem para o processo de maturação do espermatozóide);

Estereocílios


- Encontrado tb em células sensoriais do ouvidointerno e da retina.

Aula prática: Estrutura trilaminar (ao MET) da membrana plasmática

Membrana plasmática ao ME de transmissão. Observe duas unidades de membrana (aspecto trilaminar)separados por um espaço intercelular.

Microvilosidades cortadas transversalmente em célula intestinal mostrando unidade de membrana

Aula prática: faces E e P; glicocálice, microvilos

Crio-fratura mostrando interior da membrana plasmática: face P c/ maior número de partículas intramembranosas do que a face E.

face E

face P

MET mostrando glicocálice em célula abosrtiva intestinal.

FUNÇÕES:Zônula oclusiva (Junções impermeáveis):

-Promover vedação entre as células.

Junções aderentes (Zonula de adesão e Desmossomos):

- Unir as células umas as outras e à matriz extracelular.

Junções comunicantes (Gap-junctions)

- Estabelecer comunicação entre as células.

Junções Intercelulares

1) Zônula oclusiva

2) Zônula de adesão

3) Desmossomos

4) Junções comunicantes

Estruturas associadas à membrana plasmática que

contribuem para a coesão e comunicação entre as células.

Complexo

Juncional

Estruturas Juncionais

Estruturas Juncionais

- Faixa contínua em torno da porção apical de certas células epiteliais.

- Os folhetos externos das MPs das células vizinhas se fundem vedando o espaço

intercelular.

- Veda o trânsito de moléculas e íons por entre as células.

- Forma compartimentos funcionalmente separados

1 - Junção oclusiva

A) depressões, e B) saliências observadas por criofratura.Célula epitelial do intestino.

Zônula oclusiva / Zônula de oclusão / Tight Juntions

a | Freeze-fracture replica electron microscopic image of intestinal epithelial cells. Tight junctions appear as a set of continuous,

anastomosing intramembranous particle strands or fibrils (arrowheads) on the P face with complementary vacant grooves on the

E face (arrows). (Mv, microvilli; Ap, apical membrane; Bl, basolateral membrane.) Scale bar, 200 nm.

b | Ultrathin sectional view of tight junctions. At kissing points of tight junctions (arrowheads), the intercellular space is obliterated.

c | Schematic of three-dimensional structure of tight junctions. Each tight-junction strand within a plasma membrane associates laterally

with another tight-junction strand in the apposed membrane of an adjacent cell to form a paired tight-junction strand, obliterating the

intercellular space (kissing point).

-Dispor-se em cinturão (belt) ao redor do corpo da célula, fazendo a

união desta com várias células vizinhas. Nesta junção o citoesqueleto

ancorado é composto de microfilamentos de actina.

- Material granular entre as membranas (caderina).

- São sensíveis aos níveis de Ca++.

- Encontrada em diversos tipos de tecido.

2 - Zonula de adesão

- Placa arredondada, descontínuo.

- Constituído pelas membranas de duas células vizinhas.

- Material granular entre as membranas: caderina (glicoproteína transmembrana)

- Na face citoplasmática do desmossomo placa elétrondensa (inserem-se os filamentos

intermediários = tonofilamentos).

- Representam locais onde o citoesqueleto (através dos tonofilamentos) se prende à membrana

celular - elo de ligação do citoesqueleto com as células vizinhas.

- Composição molecular complexa (no citossol e entre as membranas): desmoplaquinas I e II,

desmocalmina, queratocalmina, caderina (desmogleína e desmocolina).

- A função dos desmossomos depende da presença de caderina nas membranas e de Ca++.

- Frequentes em células submetidas à tração (p.ex., epiderme).

3 - Desmossomo

Especializações basais: Hemidesmossomo

Epitélio sobre uma membrana não-celular (lâmina basal)

Filamentos que prendem

as células epiteliais à

matriz extracelular.

Diferenças protéicas: Não

possuem desmogleína,

porém Integrina.

Uma das

proteínas

de filamentos

intermediários

Especializações basais - Hemidesmossomo

Lâmina basal

- Não visível ao MO com colorações

de rotina, exceto:

- Em lâminas basais de glomérulo

renal e túbulos renais.

- Nos glomérulos, a membrana basal

além de ter uma função de suporte,

tem um papel importante na filtração

do plasma.

(coloração: Picro-sírius-Hematoxilina)

- Estabelece comunicação entre as células.

- Cada junção é constituída por um conjunto de tubos protéicos paralelos (conexons) que

atravessam a membrana de duas células.

- Cada conexon é formado pela união de tubos menores: conexinas.

- Epitélios de revestimento, glandular, muscular liso, muscular cardíaco, células nervosas.

4 - Junção comunicante (Gap Junction)

- passam pelo poro: nucleotídeos, aa, íons, cAMP, e

outras moléculas de baixa massa molecular.

- o canal é aberto ou fechado sob estímulo próprio:

é dependente de íons Ca++.

Gap-junctions

R

E

S

U

M

O

The End

Extras


Estrutura da membrana plasmática

Estrutura trilaminar (ME): unidades

de membrana

http://www.the-aps.org/education/lot/cell/picute.htm

Lipídeos possuem distribuição ASSIMÉTRICA

- Variam comparando-se as monocamadas- Variam comparando diferentes membranas- Variam comparando-se diferentes células

Comparação de monocamadas externa e internaGlicolípides: apenas externamente

Lipid rafts

Influências sob a fluidez da membrana:-Temperatura-Presença de insaturações nas caudas hidrofóbicas-Tamanho das caudas hidrofóbicas-Presença de colesterol

+ duplas, + fluida

menor, + fluida

Presença de colesterolDiminui a permeablidadeFluidez alterada de acordo com a temperatura-37oC: diminui a fluidez-baixas temp: aumenta a fluidez [GK??]

Proteínasimportante componente funcional

>Interações com matriz extracelular

>Interações com meio intracelular(citoesqueleto)

>Transdução de informações para o interior da célula

Funções gerais

Interações das proteínas com a bicamada lipídica

Transmembrana – passagem única / passagem múltipla

Ancoradas por lipídeos – GPI

Periféricas

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