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Membrana Celular

 

A estrutura e função das células são criticamente dependentes de Membrana Celular, o que não só separam o interior da célula a partir do seu meio ambiente, mas também definem os compartimentos internos de células eucarióticas, incluindo o núcleo e organelos citoplásmicos.

A formação das Membrana Celular biológicas é baseado nas propriedades de lípidos, e todas as membranas celulares partilham uma organização estrutural comum: bicamadas de fosfolípidos com associadas proteínas.

Estas proteínas de membrana são responsáveis por muitas funções especializadas; alguns agem como receptores que permitem que a célula para responder a sinais externos, alguns são responsáveis pelo transporte seletivo de moléculas através da membrana, e outros participam no transporte de electrões e fosforilação oxidativa.

Além disso, as proteínas da membrana controlar as interações entre as células de organismos multicelulares.

Membrana Celular - O que é

A membrana celular (membrana do plasma) é uma membrana semi-permeável fina que envolve o citoplasma de uma célula.

A sua função é a de proteger a integridade do interior da célula, permitindo que certas substâncias para a célula, enquanto mantendo a outras substâncias. É também serve como uma base de fixação para o citoesqueleto em alguns organismos e a parede celular em outras. Assim, a membrana da célula, também serve para ajudar a suportar a célula e ajudar a manter a sua forma. células animais , células vegetais , células procarióticas e células fúngicas têm membranas celulares.

A estrutura da membrana celular

A membrana celular é composta principalmente de uma mistura de proteínas e lipídios . Dependendo da localização da membrana e função no corpo, lípidos pode fazer-se em qualquer lugar de 20 a 80 por cento da membrana, com o restante sendo proteínas. Enquanto os lípidos das membranas ajuda a dar a sua flexibilidade, proteínas monitorizar e manter o clima química da célula e auxiliar na transferência de moléculas através da membrana.

Membrana Celular - Lipídeos

Os fosfolípidos são um dos principais componentes das membranas celulares. Eles formam uma bicamada lipídica em que seus hidrofílico (atraída pela água) áreas cabeça organizar espontaneamente para enfrentar o citoplasma aquoso e do líquido extracelular, enquanto seus hidrofóbicas (repelidas pela água) áreas cauda enfrentar longe do citoplasma eo líquido extracelular. A bicamada lipídica é semi-permeável, permitindo que apenas certas moléculas para se difundem através da membrana.

O colesterol é um outro componente lipídica das membranas celulares. Isso ajuda a endurecer as membranas celulares e não é encontrada nas membranas das células vegetais.

Glicolipidos estão localizados na superfície das membranas celulares e possuem um hidrato de carbono da cadeia de açúcar ligada a eles. Eles ajudam a célula reconhecer outras células do corpo.

Proteínas da membrana celular

As proteínas estruturais ajudam a dar o apoio e forma da célula. Proteínas receptoras da membrana celular ajudam as células se comunicar com seu ambiente externo através do uso de hormônios, neurotransmissores e outras moléculas sinalizadoras proteínas.

Transporte, tais como proteínas globulares, as moléculas de transporte através das membranas celulares por meio de difusão facilitada. Glicoproteínas ter uma cadeia de carboidratos ligados a eles. Eles são incorporados na membrana celular e ajudar na célula para célula de comunicação e transporte molecular através da membrana.

Estruturas célula eucariótica

A membrana da célula é apenas um componente de uma célula.

As seguintes estruturas de células também pode ser encontrado em uma célula eucariótica típico de animais:

Centríolos - ajudar a organizar a montagem dos microtúbulos.
Cromossomos - casa de DNA celular.
Cílios e flagelos - ajuda na locomoção celular.
Retículo endoplasmático - sintetiza carboidratos e lipídios.
Complexo de Golgi - fabricantes, lojas e navios de certos produtos celulares.
Os lisossomos - digerir macromoléculas celulares.
As mitocôndrias - fornecem energia para a célula.
Núcleo - controla o crescimento celular e reprodução.
Peroxisomes - desintoxicar álcool, formam ácidos biliares, e usar o oxigênio para quebrar gorduras.
Os ribossomos - responsáveis pela produção de proteínas através de tradução .

Membrana Celular - Tipos

A Membrana Celular é a fronteira entre a célula e o seu meio ambiente. Ela regula o que entra e sai da célula.

A Membrana Celular é constituída por uma dupla camada fosfolipídica. 

As porções polares dos fosfolípidos contatam o solvente aquoso e as suas longas porções hidrofóbicas  situam-se no interior da membrana, longe da água.

Na membrana encontram-se proteínas de dois tipos:

Periféricas - encontram-se associadas à superfície da membrana, normalmente por interações não covalentes. Não atravessam a membrana. Muitas vezes podem ser removidas por tratamento das membranas com concentrações crescentes de sal, que enfraquecem as ligações iónicas entre estas proteínas e os fosfolípidos e/ou outros componentes membranares.
Integrais 
- encontram-se profundamente embebidas na membrana, atravessando-a e  contatando simiultaneamente com o citoplasma e com o meio extracelular. A sua remoção exige a utilização de detergentes.

A pH fisiológico, as macromoléculas que se encontram no Fluido IntraCelular (FIC) possuem na sua quase totalidade carga negativa.

Para contrabalançar estas cargas negativas, o FIC possui também elevadas concentrações de catião potássio (K+). A grande concentração destes solutos no FIC significa que se o Fluido ExtraCelular (FEC) não contivesse solutos, haveria uma grande tendência para a água se mover do FEC para o FIC, provocando aumento do volume celular para além da elasticidade da membrana, i.e., ruptura membranar e consequente morte da célula (choque osmótico).

O FEC deve possuir portanto solutos em quantidade suficiente para evitar a ocorrência de choque osmótico. Os solutos mais abundantes no FEC são o catião sódio (Na+) e o anião cloreto (Cl-). No entanto, os iões inorgânicos têm uma certa facilidade em atravessar a membrana, e portanto existe uma tendência para as suas concentrações se tornarem iguais no FEC e no FIC.

Como as macromoléculas não atravessam facilmente a membrana e ficam retidas dentro da célula isto significa que na situação de equilíbrio existe maior concentração de solutos no FIC do que no FEC, o que mais uma vez provoca choque osmótico. A célula deve portanto possuir mecanismos que evitem o choque osmótico. 

Em células animais, existe uma proteína cuja função é manter as concentrações de iões inorgânicos longe da posição de equilíbrio, evitando assim a sua acumulação no FIC e posterior choque osmótico: a bomba de Na+/K+ ( Na+-K+ ATPase).

A bomba de Na+/K+ é uma proteína mebranar cuja função é expulsar Na+ do FIC e recolher K+ do FEC. Para realizar este trabalho é necessária energia, porque a proteína vai ter de transportar os iões de zonas em que se encontram em baixas concentrações para zonas em que se encontram em grandes concentrações, i.e. contra a sua “tendência natural”. Esta energia é fornecida pelo ATP.

O mecanismo da bomba é o seguinte:

Na+ liga-se à proteína na face citoplasmática da bomba.
ATP fosforila a bomba, induzindo uma mudança conformacional.
Na nova conformação, o Na+ fica voltado para o FEC e não para o FIC. A proteína perde afinidade para o sódio, que se desliga e se difunde no FEC.
Nesta nova conformação, a bomba tem grande afinidade para o K+, que se liga à proteína na face extracelular da bomba.
A proteína é desfosforilada, voltando à conformação inicial, com baixa afinidade para o potássio e com os locais de ligação de iões voltados para o citoplasma. O K+ difunde-se então para o FIC, e o ciclo reinicia-se.

O processo gasta bastante energia (cerca de 1/3 do ATP total produzido pela célula em alguns casos), e tem como resultado a translocação de 3 mol Na+ para o FEC e de 2 mol de K+ para o FIC por cada mol de ATP hidrolizada.

Além da sua óbvia utilidade na manutenção do volume celular, os gradientes de Na+ e K+ têm também outras funções, p.ex. a transmissão do impulso nervoso em células nervosas e o fornecimento de energia para transporte ativo.

Transporte através da membrana

A natureza hidrofóbica do interior da membrana cria problemas à difusão de moléculas de interesse biológico através delas, uma vez que muitas destas são hidrofílicas. Os lípidos, gases e as vitaminas lipossolúveis atravessam facilmente a membrana sem necessidade de mecanismos de transporte (difusão simples), mas as outras substâncias necessitam quase sempre de mecanismos específicos para a sua translocação.

Estes mecanismos podem ser de vários tipos:

Difusão facilitada: Difusão em que intervêm moléculas transportadoras. Como em qualquer difusão, as moléculas movem-se segundo o seu gradiente de concentração,i.e., das zonas em que estão em grande concentração para as zonas em que a sua concentração é baixa. Atravessam a membrana através de porinas (proteínas integrais com estrutura semelhante a um tubo que atravessa a membrana de uma face à outra) ou poros. O transporte de substâncias também pode ser feito através de canais. Estes distinguem-se dos poros por não se encontrarem permanentemente abertos. Só abrem mediante estímulos específicos (um choque mecânico, uma mudança de potencial eléctrico, a ligação de uma molécula específica, etc.)

Transporte ativo. As moléculas movem-se contra o seu gradiente de concentração. É portanto um mecanismo que necessita de energia. Esta pode ser fornecida pelo ATP (ex. a bomba de Na+/K+) ou por outras formas.

Qualquer dos métodos pode ser utilizado para transportar mais do que uma espécie ao mesmo tempo. Neste caso, se as duas espécies se movem na mesma direção fala-se de simporte. Se se movem em direções opostas trata-se de um antiporte. O gradiente de Na+  é muitas vezes utilizado para realizar um simporte de açúcares para dentro da célula. Neste caso, a energia do gradiente de Na+ é utilizada para transportar os açúcares contra o seu gradiente de concentração (simporte ativo).

Algumas bactérias produzem ionóforos: substâncias hidrofóbicas com locais de ligação a iões e com grande facilidade de se difundir através da membrana. Em alguns casos os ionóforos formam poros através da membrana. Estas substâncias são antibióticos potentes, pois destroem os gradientes iónicos necessários para a manutenção das funções celulares.

Pinocitose: na superfície das membranas existem zonas revestidas com clatrina (poços revestidos). Muitas vezes estas zonas possuem também receptores específicos para proteínas transportadoras de sustâncias importantes (ex. colesterol ou ferro). Estas zonas têm grande tendência a invaginar (capturando assim porções do FEC) formando pequenas vesículas que, após perderem o seu revestimento de clatrina, se fundem com endossomas primários. Passado pouco tempo, encontram-se em endossomas perinucleares e após fusão com lisossomas ocorre a degradação dos conteúdos das vesículas. O ambiente acídico dos endossomas promove a separação dos receptores, que podem depois voltar à superfície para outro ciclo.

A fagocitose ocorre em macrófagos e neutrófilos. É um processo estimulado, ao contrário da pinocitose,que é constitutiva.

Membrana Celular - Célula

A Membrana plasmática (ou celular) engloba a célula, definindo seus limites, separa o meio intracelular do extracelular e é o principal responsável pelo controle da saída e entrada de substâncias da célula. Ela é constituída por duas camadas lipídicas fluidas e contínuas onde estão inseridas moléculas protéicas, receptores específicos, que confere o modelo mosaico fluido.

Estrutura e Composição da Membrana Celular

As moléculas lipídicas constituem 50% da massa da maioria das membranas de células animais, sendo o restante, constituído de proteínas. As moléculas lipídicas são anfipáticas, pois possuem uma extremidade hidrofílica ou polar (solúvel em meio aquoso) e uma extremidade hidrofóbica ou não-polar (insolúvel em água).

Membrana Celular

Os três principais grupos de lipídios da membrana são os fosfolipídeos, o colesterol e os glicolipídeos. Os fosfolipídeos possuem uma cabeça polar e duas caudas de hidrocarboneto hidrofóbicas (característica que confere a dupla camada lipídica). As caudas são normalmente ácidos graxos com diferenças no comprimento, o que influi na fluidez da membrana. As moléculas de colesterol aumentam as propriedades de permeabilidade das duplas camadas lipídicas. Ela torna a bicamada lipídica menos sujeit a a deformaç ões, e assim, diminui a permeabilidade da membrana.

Membrana Celular
Colesterol

Os glicolipídeos auxiliam na proteção da membrana plasmática em condições adversas, como pH baixo. Sua presença altera o campo elétrico através da membrana e das concentrações dos íons na superfície da membrana. Acredita-se que essas moléculas participem dos processos de reconhecimento celular, e alguns glicolipídeos propiciam pontos de entrada para algumas toxinas bacterianas.

A membrana plasmática não é uma estrutura estática, os lipídios movem-se proporcionando uma fluidez à membrana. Os lipídios podem girar em torno de seu próprio eixo, podem difundir-se lateralmente na monocamada, migrar de uma monocamada para outra (flip-flop) que acontece raramente, e movimentos de flexão por causa das cadeias de hidrocarbonetos.

Membrana Celular
Mobilidade dos fosfolipídeos: os tipos de movimentos possíveis das moléculas de forfolipídeos em uma bicamada lipídica

A fluidez da membrana plasmática depende também da temperatura e da quantidade de colesterol, pois quanto maior a temperatura e Proteínas da Membrana As proteínas de desempenham a maioria das funções específicas das membranas.

São elas que conferem as propriedades funcionais características de cada tipo de membrana.

As proteínas de membrana podem ser: Proteínas transmembrana: atravessam a bicamada lipídica e são anfipáticas. Elas podem atravessar a membrana uma única vez (proteína transmembrana de passagem única) ou então atravessando várias vezes a membrana (proteína transmembrana multipassagem.

As proteínas transmembrana podem ser em a hélice ou arranjados como barris b (figura abaixo). Podem ter a função de transportar íons, funcionar como receptores ou como enzimas. A grande maioria das proteínas de membrana multipassagem das células eucarióticas e da membrana bacteriana é formada por a hélices transmembrana, enquanto as barris b se restringem principalmente às membranas externas das bactérias, das mitocôndrias e dos cloroplastos.

Proteína banda 3 atua como transportador de ânions que permite que o HCO3- atravesse a membrana em troca do Cl-. As proteínas de membrana estão geralmente associadas a carboidratos, que são encontrados como cadeias de oligossacarídeos ligadas covalentemente às proteínas (glicoproteínas) e a lipídeos (glicolipídeos), ou como cadeias de polissacarídeos de moléculas de proteoglicanas. O glicocálice é uma zona onde se encontra vários desses carboidratos na superfície da membrana.

Transporte Ativo e Passivo

A bicamada lipídica serve como barreira, permitindo que a célula mantenha as concentrações de solutos no citosol, que são diferentes do meio extracelular. Para isso, a membrana desenvolveu mecanismos de transporte (proteínas carregadoras e de canal), ou O transporte passivo ou difusão facilitada ocorre quando as proteínas de transporte (canal) operam para importar moléculas específicas para dentro da célula, orientadas somente por um gradiente de concentração. A difusão passiva ocorre a favor de um gradiente, mas é um processo físico, que não utiliza proteínas transportadoras e não há gasto O transporte ativo ocorre contra um gradiente de concentração e é mediado por carreadoras, chamadas de bombas. A atividade bombeadora consome energia (ATP).

As proteínas que transportam somente um tipo de soluto é denominada uniporte, outras depende do transporte de um outro soluto, atuando como carreadores acoplados, que podem ser simportes (transferência do segundo soluto na mesma direção) ou antiporte (transferência do segundo soluto na direção oposta).

Produzem um liquido lubrificante e protetor, chamado muco. O muco é um material complexo, constituído principalmente por - O complexo de golgi também é responsável pela secreção da primeira parede que separa duas células vegetais em divisão. - O complexo de golgi origina os lisossomos, vesículas cheias de enzimas.

Lisossomo e seu papel

São pequenas vesículas , que contém enzimas digestivas de todos os tipos. Essas enzimas digerem material que a célula engloba e, As enzimas lisossômicas são produzidas no retículo rugoso, passam para o complexo de golgi, onde são empacotadas e liberadas na forma de vesículas ( lisossomos primários). Quando uma partícula de alimentos é englobadas por endocitose, forma-se um vacúolo aliment ar, um ou mais lisossomos fundem-se no fagossomo despejando enz imas digest ivas nele, assim forma-se o vac úolo digest ivo e as moléculas provenientes da digestão se fundem no citoplasma. O vacúolo cheio de resíduos é chamado de vacúolo residual.

Funções dos Lisossomos:

a) Heterofagica: substancias que entram na célula e são digeridas pelos lisossomos. Ex: fagocitose e pinocitose

b) Autofágica: Os lisosssomos digerem estruturas da própria celula. Ex: organelas que perdem sua função e são digeridas ou em c) Autolise: Os lisossomos rompem-se e matam as células como caso da silicose, doença pulmonar causada por inalação de pó de sílica, destruindo regiões do pulmão.

Peroxissomos

São estruturas em forma de vesículas, semelhantes ao lisossomos, contendo certas enzimas relacionadas a reações que envolvem oxigênio. Uma das enzimas é a catalase, que facilita a decomposição da água oxigenada em água e oxigênio. Além disso os grandes peroxissomos existentes nos rins e no fígado têm um importante papel na destruição de moléculas tóxicas.

As mitocôndrias

São pequenos orgânulos existentes apenas em células eucariontes . A membrana interna da mitocôndria apresenta dobras chamadas cristas mitocondriais, No interior da mitocôndria é repleto de um material de consistência fluida, chamada matriz mitocondrial. O papel da mitocôndria é a liberação de energia indispensável para o trabalho celular.

Os plastos

São orgânulos citoplasmáticos exclusivo de células vegetais. Os plastos podem ser incolores (leucoplastos) ou possuir pigmentos. Os leucoplastos são relacionados com a reserva de alimentos . A coloração de muitos órgão vegetais, como flores frutas e folhas deve-se aos c romoplast os. Nos c loroplast os oc orre a fot ossínt ese os x ant oplast os e os erit roplast os at uam c om filament os prot et ores.

Os cloroplastos: Estrutura e função

No interior do cloroplasto é preenchido com material amorfo , o estroma. Neste ficam mergulhadas lamelas, dispostas de maneira mais ou menos paralela ao eixo maior do cloroplasto. Perto das lamelas se encontra o tilacóide, que lembra pilhas de moedas. Cada pilha é chamada de granum. O conjunto deles se chama de grana. A clorofila fica concentrada principalmente nos grana.

Cílios: Os vacúolos

Qualquer pedaço no citoplasma delimitado por um pedaço de membrana lipoprotéica.

As variedades mais comuns são:

Vacúolos relacionados com a digestão intracelular (lisossomos)

Vacúolos contráteis (ou pulsáteis) (Protozoários de água doce)

Vacúolos vegetais (armazenam pigmentos, reserva energéticas e água)

As inclusões São formações não vivas existentes no citoplasma, como grãos de amido gotas de óleo. O conjunto de inclusões denomina-se paraplasma.

A seqüência das estruturas formadas durante a digestão intracelular é: Vacúolo alimentar, vacúolo digestivo e vacúolo

A diferença entre Peroxissomos e lisossomos é que os Peroxissomos liberam enzimas responsáveis à destruição de moléculas tóxicas que possuem oxigênio e lisossomos contém as enzimas se relacionam a digestão intracelular.

Vacúolo autofágico é um verdadeiro vacúolo digestivo que fazem reciclagem e renovação do material celular.

Proteínas sa Membrana Celular

As proteínas de desempenham a maioria das funções específicas das membranas. São elas que conferem as propriedades funcionais características de cada tipo de membrana. As proteínas de membrana podem ser:

Proteínas transmembrana: atravessam a bicamada lipídica e são anfipáticas. Elas podem atravessar a membrana uma única vez (proteína transmembrana de passagem única) ou então atravessando várias vezes a membrana (proteína transmembrana multipassagem. As proteínas transmembrana podem ser em a hélice ou arranjados como barris b (figura abaixo). Podem ter a função de transportar íons, funcionar como receptores ou como enzimas. A grande maioria das proteínas de membrana multipassagem das células eucarióticas e da membrana bacteriana é formada por a hélices transmembrana, enquanto as barris b se restringem principalmente às membranas externas das bactérias, das mitocôndrias e dos cloroplastos.

Membrana Celular

Proteínas periféricas: se prende a superfície interna e externa da membrana plasmática através de vários mecanismos.

Membrana Celular

Estudos realizados com eritrócitos (células vermelhas do sangue) revelaram que a maioria das proteínas periférica ligada a membrana dos eritrócitos, ligada ao lado citosólico da bicamada lipídica é a espectrina, uma proteína longa, fina, em forma de bastão, sendo o principal componente do citoesqueleto subjacente à membrana, mantendo a integridade estrutural e a forma bicôncava desta célula

A glicoforina é uma glicoproteína transmembrana dos eritrócitos, de passagem única com a maior parte de sua massa na superfície externa da membrana. Sua função ainda é desconhecida.

A proteína banda 3 é uma proteína multipassagem que tem a importante função de transportar O2 dos pulmões para os tecidos e auxiliar o transporte de CO2 dos tecidos para os pulmões. O CO2 é transportado no plasma sanguíneo como bicarbonato (HCO3-), a proteína banda 3 atua como transportador de ânions que permite que o HCO3- atravesse a membrana em troca do Cl-.

As proteínas de membrana estão geralmente associadas a carboidratos, que são encontrados como cadeias de oligossacarídeos ligadas covalentemente às proteínas (glicoproteínas) e a lipídeos (glicolipídeos), ou como cadeias de polissacarídeos de moléculas de proteoglicanas. O glicocálice é uma zona onde se encontra vários desses carboidratos na superfície da membrana.

Membrana Celular

Fonte: www.ncbi.nlm.nih.gov/biology.about.com/www.ebah.com.br/www2.ufp.pt

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