Membranas Biológicas

prof. Antonio Dégas

Membranas Biológicas

Estrutura e Transporte


Objetivos deste Módulo de Estudos

Compreender a estrutura das membranas biológicas e a influência desta estrutura nas funções das membranas

Compreender as funções da membrana plasmática e principalmente, os transportes através da membrana


Organelas Membranosas

Quando nos referimos às Organelas Membranosas estamos nos referindo a todas as organelas que apresentam Membranas Biológicas em sua constituição.

Conforme você já pôde estudar na aula sobre Células Eucariontes, as organelas membranosas são:

A Membrana Plasmática As Mitocôndrias A Carioteca O Sistema de Endomembranas

– Retículo Endoplasmático– Complexo de Golgi– Lisossomos, Peroxissomos e Endossomos


Membranas Biológicas

Nesta aula abordaremos a estrutura da Membrana Plasmática, que é a mesma para todas as organelas membranosas.

Em seguida discutiremos as implicações desta estrutura para as funções desta organela, com ênfase para os transportes através da membrana.

As Organelas Membranosas podem ser observadas na imagem a seguir.

Carioteca


Modelo do Mosaico Fluido

O Modelo do Mosaico fluido diz que as membranas biológicas são formadas por uma bicamada de lipídios, na qual estão inseridas diversas proteínas.

Por isso dizemos que a membrana é LIPOPROTÉICA

LIPO : diz respeito aos lipídeos presentes nas membranas

PROTÉICA : diz respeito às proteínas presentes nas membranas

A imagem a seguir mostra um esquema deste modelo.



Bicamada de LipídeosBicamada de Lipídeos

ProteínasProteínas


Vejamos de que maneira essa estrutura influencia nas funções da Membrana Plasmática ...


Delimitação do Volume Celular e Permeabilidade Seletiva

A Membrana Plasmática é a organela que delimita o limite externo das células eucariontes animais.

Além disso é ela quem determina quais substâncias irão entrar ou sair das células, e em quais quantidade e velocidades isso vai acontecer.

A essa função de seleção denominamos PERMEABILIDADE SELETIVA.

Os mecanismos que determinam a permeabilidade seletiva são denominados mecanismos de transporte através da membrana.


Delimitação do Volume Celular e Permeabilidade Seletiva

As imagens a seguir mostram o seguinte experimento:

Se você colocar uma célula (vegetal ou animal) em soluções com diferentes concentrações de NaCl ou sacarose, devido a permeabilidade seletiva, o volume celular será alterado.

Esta célula vegetal foi colocada em soluções onde gradativamente (1, 2 e 3)foi aumentada a concentração de sacarose.Em seguida foi colocada em água pura (4).

Sabendo que a sacarose não entra na célula, você conseguiria explicar oque está acontecendo ?

(1) (2) (3) (4)

redução do volume do citoplasma

A célula abaixo é uma hemácia (glóbulo vermelho do sangue).Observe que ela foi colocada em meios com diferentes concentrações de NaCl.Quando a concentração de NaCl é 0,9% a célula apresenta-se na sua formacaracterística de disco bicôncavo.Em concentrações menores que 0,9% a célula murcha.Em concentrações maiores que 0,9% a célula incha gradativamente até estourar(hemólise)

Você conseguiria explicar o que está acontecendo ?


Vamos nos aprofundar um pouco mais na estrutura da

membrana plasmática para que possamos

compreender estes fenômenos ...


Composição Química das Membranas

Componente lipídico (bicamada de lipídeos)

– Principalmente Fosfolipídeos

Componente protéico (proteínas inseridas na bicamada)

– Proteínas Periféricas– Proteínas Integrais

Componente glicídico (carbohidratos)– Porção de carbohidratos dos glicolipídeos e glicoproteínas,

constituindo o glicocálix



Componente lipídico (bicamada de lipídeos)– Principalmente Fosfolipídeos (que são lipídeos ligados ao fosfato)

Os lipídeos são moléculas que apresentam uma região denominada cabeça

e outra região denominada cauda.

A cabeça do lipídeo é polar.

A cauda do lipídeo é apolar.

Estruturas polares têm afinidade por estruturas também polares.

Estruturas apolares têm afinidade por estruturas também apolares.



A água é um solvente universal, sendo a substância encontrada em maior

abundância nos seres vivos. Há água dentro e fora das células.

Acontece que a água é polar, e você já sabe que estruturas polares têm

afinidade por estruturas também polares.

Isso implica que toda substância polar terá afinidade pela água. Por este

motivo estas substâncias são denominadas hidrofílicas.

Já as substâncias apolares tendem a não gostar da água, sendo por este

motivo denominadas hidrofóbicas.


Lipídios

Cabeça: POLAR

Cauda: APOLAR


Disposição dos lipídeos em meio aquoso

Já que a molécula de lipídeo tem uma porção polar e outra apolar, imagine

o dilema de uma molécula de lipídeo colocada em água...

A cabeça da molécula vai querer ficar em contato com a água...

... enquanto a cauda vai querer se esconder da água.

Observe na imagem a seguir como os lipídeos podem se agrupar quando são

colocados em meio aquoso.

Disposição dos lipídeos em meio aquoso

UMA MICELA E UMA PORÇÃO DE BICAMADA DE LIPÍDEOS

UM LIPOSSOMO


Veja então que a disposição dos lipídeos em uma

bicamada, apresentada pelo Modelo do Mosaico Fluido,

faz sentido ...



Bicamada de LipídeosBicamada de Lipídeos

Lembre-se que há água dentro e fora da célula.Observe as caudas dos lipídeos se escondendo da água,

dentro da bicamada, e as cabeças, em contato com a água,voltadas para os meios intra e extra celular.


Uma simplificação útil ...

Vamos considerar que as bicamadas de lipídeos são praticamente apolares,

já que a maior parte dessas bicamadas é constituída pelas caudas apolares

dos lipídeos.

E lembre-se: quem é apolar tem afinidade por quem também é apolar.


Agora pare um pouco para pensar ...

A glicose precisa entrar nas células, para que elas obtenham a energia

necessária para seu funcionamento.

Já que a glicose se mistura facilmente com a água, deve ser hidrofílica, e

portanto, polar.

Se a glicose é polar e a bicamada de lipídeos praticamente apolar, então para

a glicose entrar na célula ela não poderá atravessar através da bicamada

(lembre-se de que quem é polar só tem afinidade por quem também é polar ).

Por onde será que a glicose irá passar para entrar nas células ???



Componente protéico (proteínas inseridas na bicamada)

– Proteínas Periféricas ou Extrínsecas• Interagem de forma fraca com a bicamada de lipídeos, podendo ser

facilmente extraídas das membranas

– Proteínas Integrais, Intrínsecas, ou Transmembrana• Interagem de forma bastante forte com a membrana, sendo de difícil

extração• Podem atravessar a bicamada mais de uma vez, chegando a formar

canais de passagem através dela


Proteínas na Membrana


Funções das Proteínas na Membrana

Nas membranas as proteínas podem realizar diversas funções, como:

• transportadores de substâncias que não conseguiriam atravessar a

bicamada• estruturas de ligação entre a célula e o meio extracelular (matriz), ou

ainda entre a célula e estruturas do citoplasma (citoesqueleto)• receptores de substâncias do meio extracelular, desencadeando uma

resposta intracelular (sinalização intracelular)• enzimas para diferentes reações químicas• antígenos que identificam que uma célula pertence a determinado

organismo


Vamos agora nos aprofundar um pouco no estudo dos

mecanismos de transporte de substâncias (solutos)

através das membranas ...


Transporte de Solutos Através da Célula

Existem dois tipos de transporte de solutos através da célula:

Transportes através da Membrana (nos quais os solutos atravessam a membrana através da bicamada ou de um transportador protéico)

Transporte em Quantidade, ou em Massa (nos quais a membrana da célula se deforma para a passagem de partículas que não conseguiriam atravessar a membrana)


Transporte em Quantidade

Nos transportes em quantidade as partículas não conseguem atravessar a membrana por uma questão de tamanho.

A membrana se deforma para a entrada dessas substâncias que devem necessariamente ser digeridas no meio intracelular. Nesses casos falamos em:

Endocitose

Existem dois tipos de endocitose:

Fagocitose Pinocitose

Microorganismo sendo fagocitadopor uma ameba

Nesse exemplo de FAGOCITOSE uma ameba emite prolongamentos de membrana (pseudópodos ou evaginações) para capturar um microorganismo


Nesse exemplo de PINOCITOSE a membrana de uma célula se dobra para dentro (invaginação) para que uma partícula seja levada para o interior do citoplasma.


Endocitose

Fagocitose: a célula emite evaginações, ou prolongamentos (pseudópodos), que capturam a partícula.

Pinocitose: a célula invagina (dobra para dentro) sua membrana em uma região específica, para captura da partícula.


Transporte em Quantidade

A célula pode ainda mandar para o meio extracelular resíduos da digestão de partículas ou do seu metabolismo (EXCREÇÃO), ou ainda, substâncias produzidas no meio intracelular e que serão de utilidade para outras células (SECREÇÃO).

Em ambos os casos falamos de um outro tipo de transporte em quantidade, que se diferencia das ENDOCITOSES devido a direção do processo (do meio intra para o extracelular), denominado

Exocitose


Resumindo os Transportes em Quantidade

Endocitose– Fagocitose

– Pinocitose

Exocitose– Excreção

– Secreção


Transportes Através da Membrana

Nos transportes através da membrana os solutos entram ou saem da célula atravessando a bicamada de lipideos, ou através de um transportador protéico.

Nesse caso, temos:

Transportes através da bicamada Transportes mediados por transportadores protéicos

Nessa discussão não será discutido o transporte de água através da célula, denominado OSMOSE (que será tema de nossa aula prática).


Uma pausa para relembrar ...

Quando uma substância é transportada através da membrana, ela pode sair ou entrar na célula.Acontece que isso pode se dar as custas de energia, ou não.

Quando um transporte precisa de energia para que possa acontecer é denominado TRANSPORTE ATIVO.

Quando um transporte não precisa de energia para que possa acontecer é denominado TRANSPORTE PASSIVO.

A questão é: o que leva alguns transportes a precisarem de energia e outros não ??


Uma pausa para relembrar ...

Isso vai depender da diferença (gradiente) de concentração entre os meios através dos quais acontece o transporte.

Quando o transporte se dá do meio mais concentrado para o menos concentrado, dizemos que ele ocorre à favor de um gradiente de concentrações. Esse tipo de transporte não gasta energia. É portanto TRANSPORTE PASSIVO.

Quando o transporte se dá do meio menos concentrado para o mais concentrado, dizemos que ele ocorre contra um gradiente de concentrações. Esse tipo de transporte gasta energia. É portanto TRANSPORTE ATIVO.


Uma analogia útil ...

Quando o transporte se dá do meio mais concentrado para o menos concentrado, dizemos que o soluto desce a ladeira .... Portanto não gasta energia e é passivo.

Quando o transporte se dá do meio menos concentrado para o mais concentrado, dizemos que o soluto sobe a ladeira .... Portanto gasta energia e é ativo.


Características dos transportes através da bicamada

Para que uma substância possa atravessar a bicamada de lipídeos deve necessariamente ser apolar (você lembra por quê ?).

Nesse caso a substância será transportada à favor do gradiente o que implica dizer que será do meio de maior concentração para o de menor concentração. Os transportes através da bicamada são portanto transportes passivos.

O único tipo de transporte através da bicamada é a DIFUSÃO SIMPLES.


Características dos transportes mediados por transportador

Obs.: o transporte de íons utiliza canais iônicos que são proteínas de membrana,

mas que não apresentam necessariamente as 3 características acima.

A dinâmica do transporte através de canais iônicos é igual a da difusão simples.

Substâncias polares não conseguem atravessar a bicamada (você lembra

por quê ?).Devem portanto utilizar um transportador protéico para sair ou entrar na célula.A interação do soluto que está sendo transportado com o transportador faz com que os transportes mediados por transportadores apresentem as seguintes características:

Saturação Estéreo Especificidade Competição


Ao final deste Módulo de Estudos você será convidado a se

aprofundar mais sobre essas três características dos transportes

mediados por transportadores. Por enquanto vamos prosseguir

nossos estudos ...


Tipos de transportes mediados por transportador

Existem três tipos de transportes mediados por transportadores:

• Difusão facilitada

• Transporte Ativo

• Primário• Secundário

O quadro a seguir resume as principais características dos transportes através da membrana.

Transportes de Soluto Através da Membrana

A osmose não foi considerada por se tratar de transporte de solvente.


Pense um pouco sobre tudo o que foi dito até agora

sobre transporte e a estrutura das membranas.

Vamos concluir nossos estudos falando sobre os

glicídios das membranas ...



Componente glicídico (carboidratos)–Porção de carbohidratos dos glicolipídeos e glicoproteínas, constituindo o glicocálix

Nas membranas existem glicoproteínas e glicolipídeos. Estes são formados respectivamente por proteínas e lipídeos ligados a uma molécula de carbohidrato.

As glicoproteínas e glicolipídeos estão distribuídos nas membranas conforme pode ser observado na imagem a seguir.


Glicídeos


Glicídeos

} glicocálice

Observe que a parte carbohidrato dessas moléculas fica sempre

Voltada para o meio extracelular, constituindo uma verdadeira

camada de carbohidratos denominada GLICOCÁLICE.


Glicocálice em microvilosidades de célulasDe intestino de rato


Importância do Glicocálice

Proteção química e mecânica das superfícies celulares Reconhecimento e adesão celular Topo Inibição Especificidade celular Função enzimática Especificidade dos grupos sanguíneos do sistema ABO


Agora mãos à obra ...

Como Atividade Obrigatória deste Módulo de Estudos você deve realizar as seguintes leituras e logo após a seguinte Atividade que deve ser entregue, dentro do prazo estipulado, através do sistema, de forma individual.

Você deve realizar as seguintes leituras obrigatórias, para que possa realizar a atividade proposta a seguir:

• Livro Biologia Celular e Molecular, Junqueira e Carneiro, 7a. Ed.• ler da p.76 a 80 (paras no item “A Memmbbrana Plasmática é Assimétrica)• voltar a ler na p.82 (a partir do item “Glicocálice”)• parar na p.86 (no item “Transporte em Quantidade”)

• Livro Biologias Celular e Molecular, De Roberts e Hib, 3a. Ed.• ler da p. 43 a 48 (parar no item 3.6)• voltar no item 3.7 da p.49• ler até o item 3.14 da p. 54 (não se preocupar com as fórmulas apresentadas)


Agora mãos à obra ...

Após as Leituras Obrigatórias você deve elaborar uma pequena dissertação contendo os seguintes itens e utilizando suas próprias palavras:

• transportes através da membrana (explicando cada um dos citados neste roteiro, destacando as 3 características dos transportes mediados por transportadores)• funções do glicocálice (explicando cada uma das citadas neste roteiro)


Bons estudos !!!

Fim do Módulo de Estudos

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