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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE - UFCG CENTRO DE FORMAÇÕES DE PROFESSORES - CFP UNIDADE ACADÊMICA DE CIÊNCIAS DA VIDA - UACV
Membranas Celulares Estrutura e Transporte
Prof. José Ferreira Lima Júnior CAJAZEIRAS – PARAÍBA 2010
Objetivos desta aula
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.
Membranas Biológicas PRINCIPAIS FUNÇÕES:
Delimitação do volume celular Trocas entre a célula e o meio (mecanismos diversos) Manutenção de um potencial elétrico através da membrana Antigenicidade Reconhecimento, adesão e topo inibição Servir como ponto de fixação para enzimas e estruturas de sustentação
Carioteca
Membrana Plasmática Observação apenas pelo M.E. Pela foto abaixo, não há como identificar sua constituição.
Que modelo teórico tenta explicar a estrutura química das membranas?
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 natureza membrana é LIPOPROTÉICA
QUE TIPOS DE LIPÍDEOS E DE PROTEÍNAS ESTARIAM PRESENTES NAS MEMBRANAS CELULARES?
Modelo do Mosaico Fluido
Proteínas Bicamada de Lipídeos
ASSIM COMO NA ANATOMIA, SE HÁ UMA ESTRUTURA É PORQUE EXISTE UMA FUNÇÃO ASSOCIADA. DESSE MODO, COMO VOCÊS COMPREENDEM O PAPEL DESSA COMPOSIÇÃO LIPOPROTÉICA NA FISIOLOGIA CELULAR?
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.
PERMEABILIDADE SELETIVA
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.
redução do volume do citoplasma
(1)
(2)
(3)
(4)
Esta célula vegetal foi colocada em soluções onde gradativamente (1, 2 e 3)foi aumentada a [sacarose]. Em seguida foi colocada em água pura (4).
Hemácia exposta a meios com diferentes [NaCl]. Quando a [NaCl] é 0,9% a célula apresenta-se normal, forma de disco bicôncavo. O QUE ESTÁ ACONTECENDO ?
Isso já vimos no 2° grau, mas para entendermos as minúcias desse fenômeno, é necessário nos aprofundarmos um pouco mais na estrutura da membrana plasmática
Composição Química das Membranas
Componente lipídico (bicamada de lipídeos) – Principalmente Fosfolipídeos (fosfatidilcolina, fosfatidiletonolamina, fosfatidilserina, fosfatidiltreonina) – Esfingolipídeos (Hexoses: receptores de superfície) – Colesterol (células animais)
> [colesterol] > rigidez
Lipídios
Cabeça: POLAR
Cauda: APOLAR
Lipídios
Embora a organização molecular básica das membranas seja a mesma; elas variam muito na composição química e nas propriedades biológicas.
Exemplo: memb. dos microvilos das células epiteliais do revestimento intestinal(dipeptidases / dissacaridases)
Lipídios
Uma molécula de lipídeo pode se locomover de uma extremidade a outra de uma bactéria em apenas um segundo!
Bicamada lipídica
Interações hidrofóbicas
Como podem moléculas com estas preferências de dispor em soluções aquosas ?
UMA MANEIRA É FORMAR MICELAS, MICELAS, ESTRUTURAS GLOBULARES NAS QUAIS AS CABEÇAS POLARES (HIDROFÍLICAS) SÃO RODEADAS POR ÁGUA E AS CAUDAS HIDROCARBNADAS FICAM SEQUESTRADAS NO INTERIOR, INTERAGINDO UMAS COM AS OUTRAS.
LÂMINAS BIMOLECULARES: INTERIOR HIDROFÓBICO QUE AGE COMO UMA BARREIRA DE PERMEABILIDADE
Composição Química das Membranas
Componente protéico (proteínas inseridas na bicamada) – Proteínas Periféricas (ou extrínsecas): interações fracas (25-30%) – Proteínas integrais, intrínsecas ou transmembrana: fortes interações com a membrana; enzimas da membrana (70-75%) Podem formar canais transmembranares.
Proteínas na Membrana
multipasso
LECTINAS: possuem 2 sítios ativos para carboidratos
ERITRÓCITO: ideal para estudo das membranas
ESPECTRINA: proteína periférica, fibrosa e alongada malha na superfície interna da memb. da hemácia, pertence ao citoesqueleto.
BANDA 3: proteína transmemb. multipasso de forma pregueada; serve para passagem de íons.
GLICOFORINA: proteína integral transmembana que possui 1 segmento hidrofóbico e 2 hidrofílicos, sendo um de cada lado da membrana.
Proteínas na Membrana: funções TRANSPORTADORES de substâncias que não conseguiriam atravessar a bicamada ESTRUTURAS DE LIGAÇÃO entre a célula/meio extracelular (matriz) ou entre a célula/citoplasma (citoesqueleto) RECEPTORES de substâncias do meio extracelular, desencadeando uma resposta intracelular (sinalização intracelular/amplificação) ENZIMAS para diferentes reações químicas ANTÍGENOS que identificam que uma célula pertence a determinado organismo
COMO ESSAS PROTEÍNAS INTERAGEM FACE À NATUREZA ANFIPÁTICA DAS MEMBRANAS?
A MEMBRANA É UM FLUIDO QUE PERMITE A MOVIMENTAÇÃO DAS PROTEÍNAS DENTRO DE UMA MATRIZ LIPÍDICA LÍQUIDA
CÉL.
HUMANA + CÉL.
RATO
VÍRUS SENDAI
MOVIMENTO
DAS
PROTEÍNAS
Composição Química das Membranas
Componente glicídico (carboidratos) – Porção de carboidratos dos glicolipídeos e glicoproteínas, constituindo o glicocálix
QUAL SEU PAPEL BIOLÓGICO ?
Proteínas da membrana
Principais componentes:
Fibronectina: glicoproteína em forma de V, que tem função de unir as células umas às outras e à matriz. Possui 2 reg. de ligação: com moléculas do meio e da superf. de outras cél.
Vinculina: proteína que faz a ponte entre actina do citoesqueleto e uma prot. intrínseca da memb., que se liga à fibronectina.
FIBRONEXUS: FIBRONEXUS elo de união dinâmico entre macromoléculas protéicas do citoesq. de uma cél. e a superf. de outras ou a matriz extracelular.
Proteínas da membrana
Outros componentes:
Laminina: glicoproteína secretada por células epiteliais; compõe o glicocálix. Liga-se ao colágeno.
Colágeno: proteína da matriz extracelular que se liga à fibronectina e laminina.
Reconhecimento celular
Especificidade: as células se reconhecem mutuamente estabelecem
certos tipos de relacionamento. Ex.: cél. hepáticas e renais dissociadas e misturadas CULTIVO Inibição por contato: o cessar das mitoses
Major histocompatibility complex (MHC)
CÂNCER
Portanto,
a membrana é constituída por uma cadeia hidrofóbica média e duas cadeias hidrofílicas, sendo uma interna (lado citosólico) e outra externa.
Unidade de membrana
Também chamado membrana unitária, possui 2 lâminas escuras e uma clara
Apesar de morfologicamente parecidas, as unidades de membrana não são iguais, nem na morfologia nem nas funções.Exemplos:
# Mielina (memb. isolante) 18% proteínas # Mitocôndrias/cloroplastos(energética cel.) 75% proteínas # Memb. citoplasmáticas: em média 50% de conteúdo protéico.
RESUMINDO... AS BICAMADAS DE LIPÍDEOS SÃO PRATICAMENTE APOLARES.
A glicose precisa entrar nas células e ela se mistura facilmente com a água, deve ser hidrofílica, e portanto, polar.
Se a glicose é polar e a bicamada de lipídeos praticamente apolar... COMO RESOLVER ESSE PROBLEMA?
Transporte de Solutos pela 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)
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. PASSIVO
O QUE LEVA ALGUNS TRANSPORTES A PRECISAREM DE ENERGIA E OUTROS NÃO ??
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. 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. ATIVO
Características dos transportes através da bicamada Para que uma substância possa atravessar a bicamada de lipídeos deve necessariamente ser apolar 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.
Transporte pela Membrana
De modo geral, há uma relação direta entre a solubilidade de uma substância nos lipídeos e sua capacidade de penetração nas células.
AG / hormônios esteroidais / anestésicos / demais subst. hidrofóbicas
ÁGUA: grande permeabilidade porque há PÓROS FUNCIONAIS caminhos hidrófilos para transposição de íons e moléculas
Características dos transportes mediados por transportador Substâncias polares não conseguem atravessar a bicamada. 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
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.
Transporte em Quantidade Nos transportes em quantidade as partículas não conseguem atravessar a membrana por uma questão de tamanho. Daí,a membrana se deforma para a entrada dessas substâncias que devem necessariamente ser digeridas no meio intracelular. Fagocitose (defesa/alimentação) Endocitose Pinocitose
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.
prof. Antonio Dégas
Endocitose: macromoléculas (proteínas, polissacarídeos, polinucleotídeos) ou até bactérias e outros microrganismos.
Fagocitose: Fagocitose a célula emite evaginações ou prolongamentos (pseudópodos) que capturam as partículas.
Pinocitose: 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)
Resumindo os Transportes em Quantidade
Endocitose – Fagocitose – Pinocitose
Exocitose – Excreção – Secreção
