Membrana celular (ou membrana plasmática ou membrana citoplasmática ou plasmalema)
É o envoltório que toda célula possui (define seu limites, e mantém as diferenças essenciais entre os meios interno e externo). Sua espessura está entre 6 a 9 nm, só visível ao microscópio eletrônico, são flexíveis e fluidas.
São estruturas altamente diferenciadas, destinadas a uma compartimentação única, na natureza. Elas são capazes de selecionar, por mecanismos de transporte ativo e passivo, os ingredientes que devem passar, tanto para dentro como para fora das células.
Estrutura básica da Membrana Plasmática
Figura: modelo mosaico fluido
Modelo Mosaico Fluido - Sugerido por Singer e Nicholson, onde as proteínas da membrana estão engastadas na camada lipídica, do lado interno, do lado externo, ou atravessando completamente a membrana. Existe uma grande variedade proteínas membranais. A fluidez esta condicionada ao tipo de ligações intermoleculares na membrana. O termo mosaico se deve ao aspecto da membrana na microscopia eletrônica.
Atualmente, o modelo do mosaico fluido é o mais aceito, por encontrar apoio em varias evidencias experimentais. Nenhum modelo está pronto, a evolução das pesquisas irá melhorar o conhecimento atual.
Ligações na Membrana
A membrana não é uma estrutura covalente.
As forças que mantém as biomoléculas na membrana , são coulombianas, hidrofóbicas,pontes de H, etc.
Composição e propriedades da Membrana.
Todas as membrana biológicas são constituídas por uma dupla camada lipídica aproximadamente (45%) e proteína (55%) é altamente higroscópica, seletivamente permeável (controla e entrada e saída de substâncias), possui poros, tem sistema para transporte ativo de íons, e diversas enzimas encravadas na dupla camada lipídica, que exercem várias funções.
Enzimas: É um importante catalisador que une ou separa moléculas.
As membranas plasmáticas de um eucariócitos contém quantidades particularmente grande de colesterol. As moléculas de colesterol aumentam as propriedades da barreira da bicamada lipídica e devido a seus rígidos anéis planos de esteróides diminuem a mobilidade e torna a bicamada lipídica menos fluida.
A maioria dos lipídios que compõe a membrana são fosfolipídios dos quais predominam: fosfatidilcolina, esfingomielina, fosfatidilserina e fosfalipidiletanolamina.
Estruturas da membrana:
- Poros ou canais: são "falhas" na membrana constituídas por proteínas ou por moléculas lipídicas. Permitem a passagem de moléculas pequenas cujo diâmetro seja inferior ao diâmetro do poro. Os poros têm diâmetro variável apresentando um valor médio de 0,8 nm. Esses canais podem ter carga positiva, negativa ou serem destituídos de cargas. Os canais com carga positiva facilitam a passagem de moléculas negativas e vice-versa.
Os canais podem apresentar portões.
- Zonas de difusão facilitada: são regiões que possuem moléculas de uma determinada espécie química, em alta concentração. Moléculas afins se difundem com facilidade através dessas zonas. Exemplos: lipídios e proteínas.
- Receptores: são locais (sítios) específicos da membrana onde podem se encaixar moléculas (mensageiras) que passam uma determinada informação à célula.
Alguns receptores podem estar acoplados a canais regulando, dessa forma, os processos de permeabilidade celular receptores, freqüentemente estão associados aos operadores.
- Operadores: são estruturas protéicas capazes de realizar transporte contra um gradiente de concentração do soluto transportado. Operam no sentido unidirecional e são dependentes do fornecimento de energia (ATP).
Como já foi mencionado nosso corpo é constituído predominantemente por água. E sabemos que as reações bioquímicas podem ocorrer somente nesta solução. Dentro da células existem um complexo ambiente químico, denominado meio intracelular, constituído principalmente por água, proteínas e saís inorgânicos (LIC).
As células estão imersas em uma outra grande solução, que é denominada meio extracelular (LEC). As soluções dentro e fora da células tem diferentes composições, e este fato é muito importante para a função da célula, em especial a célula do neurônio e células musculares, (células estas ditas excitáveis) que podem reagir a estímulos vindos do ambiente externo.
Os processos de membrana, são fenômenos que ocorrem na membrana celular que explicam como as células nervosas podem ser excitadas e transmitir esta excitação para outra parte do sistema nervoso e sistema muscular.
Fenômenos de Membrana
As células vivas mantém uma composição química constante e devem estar em equilíbrio com o meio onde vivem.
As células recebem do meio certas substâncias de que necessitam e eliminam para o meio as substâncias que lhe são inúteis ou que estejam em excesso.
O intercâmbio entre as substância do meio externo e o meio interno da célula é regulado pela semipermeabilidade da membrana. É um mecanismo complexo no qual figuram os processos de difusão e osmose, bem como o emprego de energia.
Quando o processo que dirigem as substâncias para o interior da célula são fornecidas pelo meio, ou dependem deste, fala-se em transporte passivo. Neste caso não há emprego da energia da célula. Nesse transporte interferem a difusão e a osmose.
Quando o movimento de substâncias para entrar ou sair das células dependem da energia derivada do metabolismo (ATP) trifosfato de adenosina, fala-se em transporte ativo.
Difusão: Quando uma substância é colocada em presença de outra igual, sendo que entre as mesmas há uma diferença de concentração, haverá um deslocamento espontâneo das "partículas" do meio (hipertônico) de maior para o meio de menor concentração (hipotônico). Depois de um certo tempo, o meio ficará homogêneo (isotônico) interrompendo o fenômeno. Esse processo denomina-se Difusão.
Esse processo se deve ao movimento Brauniano das moléculas e átomos das substâncias.
Osmose: A osmose, do grego "ósmos", significando "impulso" ocorre quando duas soluções de concentrações diferentes encontram-se separadas por uma membrana semipermeável. Neste caso, existe uma tendência do solvente (água), da solução menos concentrada, migrar para o ambiente onde se encontra a solução de maior concentração de sais, a qual sofre uma diluição progressiva até que as duas soluções atinjam as mesmas concentrações.
Transporte de íons e moléculas através da membrana
Difusão simples: ocorre sem gasto de energia (passivo), ATP intracelular nem ajuda de carregadores, a favor do gradiente de concentração do soluto e pode se dar tanto através dos poros como também através da dupla camada lipídica. A velocidade do transporte é diretamente proporcional à concentração do soluto a ser transportado, à área envolvida no processo e à temperatura. É inversamente proporcional à distância a ser percorrida e ao diâmetro da partícula. Íons atravessam pelos poros; água, pelos poros e pela dupla camada lipídica; gases e hormônios, pela dupla camada lipídica. ( isto se deve ao movimento aleatório e continuo devido a sua energia cinética) Ex: (CO² e O² entre capilar e células).
Difusão facilitada
Neste tipo de transporte a substância se utiliza também de seus movimentos aleatórios e contínuos nos líquidos corporais e passa também de um lado a outro da membrana celular. Porém, por ser insolúvel na matriz lipídica (não lipossolúvel) e de tamanho molecular grande demais para passar através dos diminutos "poros" que se encontram na membrana celular, a substância apenas se dissolve e passa através da membrana celular ligada a uma proteína carregadora específica para tal substância, encontrada na membrana celular. Em tal transporte também não há gasto de ATP intracelular. Na difusão facilitada, os sítios de ligação nas proteínas transportadoras são acessíveis as moléculas do soluto tanto no líquido intra como no extracelular. Isto permite que o soluto se movimenta através da membrana em qualquer direção. Obviamente, a velocidade com que as moléculas da proteína carregadora pode alternar-se, em seus estados, por meio de alterações conformacionais que efetivamente permite o transporte.
Exemplo: A glicose, importante monossacarídeo, atravessa a membrana celular de fora para dentro da célula (do meio de maior concentração para o meio de menor concentração de glicose) ligada a uma proteína carregadora específica para glicose.
Transporte ativo
Neste tipo de transporte a substância é levada de um meio a outro através da membrana celular por uma proteína carregadora que é capaz, inclusive, de transportar esta substância contra um gradiente de concentração, de pressão ou elétrico (a substância pode, por exemplo, ser transportada de um meio de baixa concentração para um de alta concentração da mesma). Para tanto, O carreador liga-se quimicamente à substância a ser transportada através da utilização de enzima específica, que capitalizaria tal reação. Além disso há um consumo de ATP intracelular para transportar a substância contra um gradiente de concentração.
EXEMPLO: Bomba de Sódio e Potássio - transporta constantemente, nas células excitáveis, através da membrana, íon sódio de dentro para fora e íon potássio de fora para dentro da célula. Ambos os íons são transportados contra um gradiente de concentração, isto é, de um meio menos concentrado para um mais concentrado do mesmo íon.
Normalmente o Na+ está mais concentrado no líquido extracelular do que no interior da célula, ocorrendo o inverso com o potássio.
A concentração de íons K+ é cerca de 10 vezes maior na célula do que no meio extracelular, enquanto que os íons Na+ estão cerca de 10 a 15 vezes mais concentrados no meio extracelular.
Se houvesse simplesmente uma difusão seria essa a concentração? É evidente que não, pois os íons estariam distribuídos igualmente nos dois meios. Então, para que isso aconteça é necessário que, à medida que os íons K+, por exemplo, saiam da célula , outros íons K+ devam entrar nela. Se eles estão menos concentrados fora da célula, deve existir um processo que os leve para o interior da célula, mantendo-se internamente numa concentração elevada. E o mesmo deve acontecer com os íons Na+ fora da célula.
Os íons K+ que são levados por difusão para fora da célula são transportados para seu interior por um mecanismo que requer energia.
Da mesma forma, os íons Na+ que, por difusão são levados para o interior da célula , dela são expulsos por transporte ativo.
O bombeamento dos íons K+ para o interior da célula e o de íons Na+ para o meio extracelular é feito com gasto de energia.
Estudos feitos levaram pesquisadores a acreditar na existência de substâncias, que funcionariam como transportadores (carrier) desses íons.
Endocitose e Exocitose
Nos itens anteriores, foram discutidos os mecanismos pelos quais pequenas moléculas e íons atravessam a membrana plasmática. Partículas maiores não conseguem atravessar a membrana, mas podem ser incorporada a célula por endocitose, ou ser eliminada da célula por exocitose.
A endocitose pode ocorrer por dois processos básicos: a fagocitose e a pinocitose.
A fagocitose (fagos = "comer"; citos = célula; ato da célula comer)
Consiste na absorção de moléculas maiores ou aglomerados de moléculas. A partícula a ser ingerida toca na membrana celular e esta forma projeções laterais, chamada pseudópodes que absorvem o alimento. A fagocitose é observada em alguns tipos de glóbulos brancos do sangue. Essas células atuam no mecanismo de defesa do nosso corpo contra infecções, fagocitando microorganismos patogênicos. Alem disso, fagocitam células debilitadas e restos celulares, realizando um importante serviço de "limpeza" de nosso corpo.
Ao contrário da fagocitose, que é realizada por algumas células especializadas, a pinocitose ocorre em praticamente todos os tipos celulares.
A pinocitose (Pinos = beber; ato da célula beber): é o processo geralmente utilizado pela membrana celular para absorver grandes moléculas de líquido, ou aglomerado de moléculas. Neste caso, ao invés de projeções laterais, a membrana sofre um processo de invaginação para o interior do citoplasma, permitindo a penetração do alimento. A pinocitose é utilizada para o transporte de gordura da cavidade intestinal até o outro lado da célula, para ser lançado nos vasos linfáticos.
Enquanto os mecanismos de digestão intracelular endocitose descritos envolvem a ingestão de materiais, a exocitose envolve a eliminação de material de dentro para fora da célula.
Por exocitose, são lançados para fora da célula secreções importantes que atuam em diversas etapas do metabolismo do nosso corpo.
Por exocitose, também são eliminados resíduos do material digestivo dentro da célula. Esse tipo de exocitose é denominada "clasmocitose" ou defecação celular.
Responda:
1- Descreva a estrutura básica da membrana celular.
2- Qual a função membrana plasmática?
3- O que é Difusão?
4- Diferencie difusão simples de difusão facilitada.
5- O que é o transporte ativo?
6- Diferencie difusão facilitada de transporte ativo.
7- O que é Osmose?
8- O que é Osmose reversa?
