O que é uma Membrana Plasmática?

O que é uma Membrana Plasmática?

A membrana plasmáticacitoplasmática ou plasmalema, é a estrutura que define todas as células vivas, incluindo células procarióticas e eucarióticas. Estabelece uma fronteira entre o meio intracelular, o citoplasma e o meio extracelular, que pode ser a matriz de diferentes tecidos.

Ele aparece em micrografias eletrônicas como duas linhas escuras separadas por uma faixa central de cor clara, de 6 a 10 nm de espessura. Essa estrutura de três camadas está presente em todas as membranas encontradas nas células e, portanto, é chamada de unidade de membrana ou unidade de membrana.

A membrana celular não é impermeável, mas uma “porta” seletiva que a célula utiliza para capturar elementos do meio externo que são necessários para seu metabolismo e liberar substâncias que a célula produz que devem ser transportadas para o mundo exterior (sejam excretas, ou secreções de células para diversas funções relacionadas ao meio ambiente).

Sua  composição química
Açúcar
Todas as membranas citoplasmáticas são compostas principalmente de fosfolipídios e proteínas em proporções variadas e uma pequena fração de açúcares na forma de oligossacarídeos. Externamente, na grande maioria das células animais, a membrana plasmática possui uma camada rica em ésteres glicidílicos: o glicocálice ou glicocálice.  Entre outras funções, o glicocálice tem uma função de reconhecimento químico da célula para seu e também tem uma função protetora que impede que certos tipos de vírus ou bactérias se liguem à célula.

O lipídio
Os lipídios presentes nas membranas celulares pertencem principalmente ao grupo dos fosfolipídios. Essas moléculas são compostas por três grupos de moléculas menores ligadas entre si: um álcool, geralmente glicerol, duas moléculas de ácidos graxos e um grupo fosfato, que pode ou não conter uma segunda molécula de álcool. As proporções de fosfolipídios variam amplamente: constituem cerca de 50% da membrana plasmática e 90% da membrana mitocondrial.

A estrutura da membrana deve-se principalmente a esta bicamada fosfolipídica. Esses lipídios são moléculas longas com extremidades hidrofílicas (com afinidade pela água) e cadeias hidrofóbicas (sem afinidade pela água). Os grupos fosfato estão localizados na camada externa da estrutura de três camadas. A parte localizada entre as folhas de fosfato consiste em cadeias hidrofóbicas.

As membranas das células animais também contêm colesterol e as células vegetais contêm outros esteróis, que são importantes no controle da fluidez das membranas celulares. A uma dada temperatura, quanto maior a concentração de esterol, menos fluida a membrana se torna. Com poucas exceções, as células procarióticas não possuem esteróis.

A proteína
A proteína é a principal fonte de energia e o principal componente funcional das membranas celulares. A maioria das proteínas da membrana celular está embutida na bicamada fosfolipídica, interrompendo sua continuidade, e são integrinas. Outras proteínas periféricas estão ligadas às extremidades das integrinas. Algumas proteínas funcionam para transportar substâncias para dentro e para fora das células. Estes incluem glicoproteínas (proteínas ligadas a carboidratos). Algumas dessas proteínas formam junções entre as macromoléculas do citoplasma e a matriz extracelular, ou seja, junções fibrosas. Os grupos sanguíneos A-B-O, M-N e Rh e os fatores HLA são antígenos na superfície externa da membrana.

Principais características da membrana plasmática

A membrana celular é responsável por manter uma substância em um ambiente intracelular diferente do ambiente extracelular e por receber nutrientes e sinais químicos do ambiente extracelular. Para o funcionamento normal e normal da célula, é necessário selecionar as substâncias que entram e impedem a entrada de partículas indesejadas, e até mesmo eliminar as substâncias no citoplasma. Por ser o componente celular mais externo e possuir receptores específicos, a membrana tem a capacidade de reconhecer outras células e diferentes tipos de moléculas, como os hormônios.
As membranas celulares possuem mecanismos de adesão que vedam o espaço intercelular e a comunicação entre as células. Microvilosidades ou microvilosidades são comuns e se somam à superfície celular.

As membranas celulares não devem ser confundidas com paredes celulares (como células vegetais), que servem principalmente como proteção mecânica para a célula. Como a membrana citoplasmática não é muito forte, as plantas têm paredes celulares mais resistentes.

A membrana celular é uma camada fina e altamente estruturada de moléculas de lipídios e proteínas organizadas para manter o potencial elétrico da célula e para controlar o fluxo de substâncias dentro e fora da célula (permeabilidade seletiva da membrana). Sua estrutura só pode ser vagamente verificada com microscopia eletrônica de transmissão. Normalmente, essa membrana contém proteínas receptoras para moléculas específicas, receptores de membrana, que regulam o comportamento das células e, em organismos multicelulares, sua organização nos tecidos (ou colônias).

A membrana celular, por outro lado, não é rígida nem homogênea – muitas vezes é descrita como um fluido bidimensional com a capacidade de mudar de forma e invaginar no interior da célula, formando algumas das organelas.

Matrizes fosfolipídicas de membrana foram propostas pela primeira vez por Gorter e Grendal em 1825. No entanto, foi apenas em 1895 que Charles Overton confirmou essa teoria, quando observou que as membranas celulares permitem a passagem de apenas algumas substâncias, todas solúveis em gordura.

O transporte transmembranar
Mesmo em membranas não biológicas como plástico ou celulose, existem moléculas que podem passar por elas sob certas condições. Dependendo da natureza da membrana e das moléculas (ou átomos ou íons) presentes, o transporte transmembrana é dividido em:

Transporte Passivo – Quando não envolve o consumo de energia do sistema, apenas a energia cinética das moléculas é utilizada; o movimento ocorre em favor dos gradientes de concentração.
Transporte Ativo – Quando o transporte molecular envolve o uso de energia pelo sistema; no caso de células vivas, a energia utilizada é o trifosfato de adenosina (ATP); o movimento das substâncias ocorre contra um gradiente de concentração.
O transporte transmembranar pode ainda ser dividido em mediado, envolvendo osmose [transporte ativo e difusão facilitada, n.b. (transporte passivo)] e não mediado (difusão direta).

Transmissão passiva
O interior de uma célula – o citoplasma – é basicamente uma solução aquosa de sais e matéria orgânica. O transporte passivo de substâncias nas células pode ser por difusão ou osmose.

A difusão ocorre quando a concentração interna de uma substância (o soluto) é menor que a concentração externa, e as partículas tendem a entrar na célula. As substâncias tendem a sair quando a concentração interna é alta. Enzimas permeáveis ​​classificadas como facilitadoras da difusão podem auxiliar na difusão. Quando não há ação enzimática, é chamada de difusão simples.

Com relação à osmose, quando a concentração externa de uma substância é menor que a concentração interna, parte do fluido citoplasmático tende a sair, fazendo com que a célula murche – plasmólise. Quando a concentração interna é alta, o líquido do meio externo tende a entrar na célula, fazendo com que a célula inche-Turgence, mas ainda existe uma situação em que a célula encolhe e depois volta a água normal por motivos externos, então isso fato é chamado de deplasmólise, ou separação de parede de qualidade reversa. Nesse caso, se a diferença de concentração for muito grande, as células podem se romper. As células com vacúolos são mais resistentes às diferenças de concentração porque essas organelas funcionam retendo fluido, entre outras funções.

O transporte Ativo
O transporte ativo através das membranas celulares é realizado principalmente por ATPases, como as importantes bombas de sódio-potássio, que funcionam para manter o potencial celular.

Muitas células possuem ATPase de cálcio, que funciona quando as concentrações de cálcio intracelular são baixas e controla a concentração normal (ou de reserva) desse importante mensageiro secundário. Outra enzima entra em ação quando os níveis de cálcio aumentam muito. Isso sugere que os íons podem ser transportados por diferentes enzimas que não são permanentemente ativas.

Existem ainda dois processos em que não apenas moléculas específicas, mas também a própria estrutura da membrana celular estão envolvidas no transporte de substâncias (principalmente macromoléculas) para dentro e para fora da célula:

Endocitose – a membrana celular envolve partículas ou fluidos de fora – fagocitose ou pinocitose – e os transporta para dentro como vesículas; e
Exocitose – Uma vesícula contendo material que deve ser expelido se liga à membrana celular e, em seguida, expele seu conteúdo. Quando os resquícios da digestão intracelular realizada pela célula são eliminados, a exocitose pode ser subdividida em esquizofrenia, defecação celular ou esquizofrenia e secreções quando a célula libera material para o meio externo.
Em humanos e animais, as secreções servem como meio do corpo para eliminar resíduos metabólicos celulares que permanecem funcionalmente importantes.

Os vacúolos digestivos alofágicos, também conhecidos como lisossomos secundários, são formados pela fusão entre lisossomos primários e bolsas formadas por fagocitose ou pinocitose. Nesse vacúolo, parte do material é digerido e convertido em moléculas menores, que atravessam a membrana e se difundem no citoplasma. Outra parte não digerida permanece no vacúolo, que agora é o vacúolo ou remanescente. A citosquise termina quando os vacúolos restantes se fundem com a membrana plasmática da célula e expelem seu conteúdo para o ambiente externo.

O domínio de membrana

Microdomínios de membrana (jangadas lipídicas)
Os microdomínios de membrana, também conhecidos como jangadas lipídicas, são regiões especializadas na membrana plasmática de células animais onde as moléculas lipídicas se acumulam transitoriamente. [8] Esses domínios são ricos em esfingolipídeos e colesterol e, portanto, são mais rígidos que o restante da membrana. Glicoesfingolipídeos (cerebrosídeos e gangliosídeos) normalmente possuem ácidos graxos saturados de cadeia longa e formam agregados transitórios na camada externa, excluindo glicerofosfolipídios, geralmente compostos de grupos acil graxos insaturados e grupos acil saturados menores. Os grupos acil saturados longos de esfingolipídeos podem formar associações mais estáveis ​​e mais estreitas com sistemas de anéis de colesterol longos do que cadeias fosfolipídicas mais curtas e muitas vezes insaturadas.

Evidências de membranas celulares vêm se acumulando desde o advento do modelo de organização de membranas e mostraram que, particularmente em membranas de superfície celular, a proporção de heterogeneidade lateral parece variar de centenas de nanômetros a alguns micrômetros. Essas heterogeneidades são frequentemente consideradas “microdomínios”.

Os microdomínios são mais espessos e mais ordenados do que outras regiões da bicamada lipídica. Eles se comportam como “jangadas esfingolipídicas líquidas ordenadas flutuando em um mar de fosfolipídios líquidos desordenados” e também são consideradas balsas lipídicas.

Como as cadeias de hidrocarbonetos dos esfingolipídios são mais longas e retas do que as do restante da membrana lipídica, os sítios de microdomínio mantêm certas proteínas da membrana unidas de forma mais eficiente. Essa separação lateral de proteínas e lipídios no domínio jangada é importante porque jangadas lipídicas podem ajudar a organizar proteínas de membrana, concentrando-as para transporte nas membranas das vesículas ou convertendo sinais extracelulares em intracelulares durante a sinalização celular.
DIGS (Domínio Rico em Glicolipídeos Insolúveis em Detergente)

A partir de alguns estudos relacionados à definição de montagens glicolipídicas em membranas, observou-se que proteínas específicas de membrana e glicolipídios formam complexos insolúveis em Triton X-100 (detergente) a 4oC.

Parton e Simons cunharam o termo DIGS para esses domínios de membrana ricos em colesterol e glicoesfingolipídeos que têm a especificidade de serem insolúveis em detergentes.

DIGS pode ser isolado por centrifugação em gradiente de sacarose devido ao seu alto teor de lipídios. A fração DIG flutuou nesses gradientes em baixa densidade e se separou bem de outros materiais solúveis em Triton X-100.
A fração DIG isolada das células é rica em glicoesfingolipídeos e esfingomielina. Além disso, uma grande fração do colesterol da membrana está associada ao DIG, enquanto a maioria dos glicerofosfolipídios é dissolvida em Triton X-100.

A proteína de microdomínio

As balsas lipídicas são compostas principalmente de dois tipos de proteínas de membrana intactas: proteínas ancoradas à membrana por duas longas cadeias de ácidos graxos saturados covalentemente ligadas por resíduos Cys (dois grupos palmitoil ou um grupo palmitoil e um grupo miristoil) e proteínas ancoradas por GPIs. Essas âncoras lipídicas, bem como as longas e saturadas cadeias acil de esfingolipídeos, formam ligações mais estáveis ​​com colesterol e grupos acil longos na balsa do que com fosfolipídios adjacentes.

As proteínas da membrana podem entrar e sair das balsas lipídicas em escalas de tempo de segundos. No entanto, muitas dessas proteínas existem principalmente em microdomínios.

A fração da superfície celular ocupada pelas balsas pode ser estimada a partir da fração da membrana plasmática que resiste à dissolução por detergentes, que em alguns casos pode chegar a 50%: as balsas cobrem metade do oceano. A maioria das células expressa mais de 50 tipos diferentes de proteínas plasmáticas, então é provável que jangadas individuais contenham apenas um subconjunto de proteínas de membrana, e essa separação de proteínas de membrana é funcionalmente importante. Para processos envolvendo a interação de duas proteínas de membrana, sua presença em uma única balsa aumentaria muito a probabilidade de colisões. Por exemplo, alguns receptores de membrana e proteínas de sinalização foram observados para co-localizar em jangadas de membrana.
Caveolinas e Caveolae

A caveolina é uma proteína de membrana integral com dois domínios globulares ligados por um domínio hidrofóbico semelhante a um grampo que liga a proteína à camada citoplasmática da membrana plasmática. A caveolina forma dímeros e se liga a regiões ricas em colesterol da membrana, e a presença de dímeros de caveolina faz com que a bicamada lipídica associada se dobre para dentro, formando ondulações (“cavidades”) na superfície da célula.

As cavéolas são microdomínios distintos envolvendo duas camadas da bicamada lipídica – a camada citoplasmática, da qual se projeta o domínio globular caveolina, e a camada celular externa é a típica balsa esfingolipídeo/colesterol associada a proteínas ancoradas em GPI. Caveolae são microdomínios associados a uma variedade de funções celulares, incluindo tráfego na membrana intracelular e transdução de sinais externos em respostas celulares. Receptores para insulina e outros fatores de crescimento, bem como certas proteínas ligadas a GPI e proteínas quinases associadas à sinalização transmembrana, parecem estar localizados em jangadas e possivelmente também em poços.

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