Membrana de plasma: características, funções e estrutura - Ciência - 2023

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o membrana plasmática,A membrana celular, plasmalema ou membrana citoplasmática, é uma estrutura lipídica que circunda e delimita as células, sendo um componente indispensável de sua arquitetura. As biomembranas têm a propriedade de encerrar uma determinada estrutura com seu exterior. Sua principal função é servir de barreira.

Além disso, ele controla o trânsito de partículas que podem entrar e sair. As proteínas das membranas atuam como "portais moleculares" com porteiros bastante exigentes. A composição da membrana também desempenha um papel no reconhecimento celular.

Estruturalmente, eles são bicamadas constituídas de fosfolipídios, proteínas e carboidratos dispostos naturalmente. Da mesma forma, um fosfolipídeo representa um fósforo com uma cabeça e uma cauda. A cauda é formada por cadeias de carbono insolúveis em água, agrupadas internamente.

Em vez disso, as cabeças são polares e se adaptam ao ambiente aquoso celular. As membranas são estruturas extremamente estáveis. As forças que os mantêm são as de van der Waals, entre os fosfolipídios que os compõem; isso permite que eles envolvam firmemente a borda das células.

No entanto, eles também são bastante dinâmicos e fluidos. As propriedades das membranas variam de acordo com o tipo de célula analisada. Por exemplo, os glóbulos vermelhos devem ser elásticos para se moverem através dos vasos sanguíneos.

Em contraste, nos neurônios, a membrana (bainha de mielina) tem a estrutura necessária para permitir a condução eficiente do impulso nervoso.

Características gerais

As membranas são estruturas bastante dinâmicas que variam amplamente dependendo do tipo de célula e da composição de seus lipídios. As membranas são modificadas de acordo com essas características da seguinte forma:

Fluidez da membrana

A membrana não é uma entidade estática, ela se comporta como um fluido. O grau de fluidez da estrutura depende de vários fatores, entre eles a composição lipídica e a temperatura a que as membranas estão expostas.

Quando todas as ligações existentes nas cadeias de carbono estão saturadas, a membrana tende a se comportar como um gel e as interações de van der Waals são estáveis. Ao contrário, quando há ligações duplas, as interações são menores e a fluidez aumenta.

Além disso, há um efeito do comprimento da cadeia de carbono. Quanto mais tempo, mais interações ocorrem com seus vizinhos, aumentando assim a fluência. À medida que a temperatura aumenta, a fluidez da membrana também aumenta.

O colesterol desempenha um papel indispensável na regulação da fluidez e depende das concentrações de colesterol. Quando as filas são longas, o colesterol atua como um imobilizador das mesmas, diminuindo a fluidez. Este fenômeno ocorre em níveis normais de colesterol.

O efeito muda quando os níveis de colesterol são mais baixos. Ao interagir com as caudas lipídicas, o efeito que provoca é a separação destas, reduzindo a fluidez.

Curvatura

Como a fluidez, a curvatura da membrana é determinada pelos lipídios que compõem cada membrana particular.

A curvatura depende do tamanho da cabeça e da cauda do lipídio. Aqueles com caudas longas e cabeças grandes são achatadas; aqueles com cabeças relativamente menores tendem a se curvar muito mais do que o grupo anterior.

Esta propriedade é importante nos fenômenos de evaginação por membrana, formação de vesículas, microvilosidades, entre outros.

Distribuição de lipídios

As duas “folhas” que compõem cada membrana - lembre-se que é uma bicamada - não possuem a mesma composição de lipídios em seu interior; por isso, diz-se que a distribuição é assimétrica. Esse fato tem consequências funcionais importantes.

Um exemplo específico é a composição da membrana plasmática dos eritrócitos.Nessas células sanguíneas, a esfingomielina e a fosfatidilcolina (que formam membranas com maior fluidez relativa) estão voltadas para o exterior da célula.

Os lipídios que tendem a formar estruturas mais fluidas estão voltados para o citosol. Esse padrão não é seguido pelo colesterol, que se distribui de maneira mais ou menos homogênea nas duas camadas.

Características

A função da membrana de cada tipo de célula está intimamente relacionada à sua estrutura. No entanto, eles cumprem funções básicas.

As biomembranas são responsáveis por delimitar o ambiente celular. Da mesma forma, existem compartimentos membranosos dentro da célula.

Por exemplo, mitocôndrias e cloroplastos são circundados por membranas e essas estruturas estão envolvidas nas reações bioquímicas que ocorrem nessas organelas.

As membranas regulam a passagem de materiais para o interior da célula. Graças a esta barreira, os materiais necessários podem entrar, de forma passiva ou ativa (com a necessidade de ATP). Além disso, materiais indesejados ou tóxicos não entram.

As membranas mantêm a composição iônica da célula em níveis adequados, através dos processos de osmose e difusão. A água pode fluir livremente dependendo do gradiente de concentração. Sais e metabólitos possuem transportadores específicos e também regulam o pH celular.

Graças à presença de proteínas e canais na superfície da membrana, as células vizinhas podem interagir e trocar materiais. Desta forma, as células se unem e os tecidos são formados.

Por fim, as membranas abrigam um número significativo de proteínas de sinalização e permitem a interação com hormônios, neurotransmissores, entre outros.

Estrutura e composição

O componente básico das membranas são os fosfolipídios. Essas moléculas são anfipáticas, têm uma zona polar e outra apolar. O polar permite que eles interajam com a água, enquanto a cauda é uma cadeia de carbono hidrofóbica.

A associação dessas moléculas ocorre espontaneamente na bicamada, com as caudas hidrofóbicas interagindo entre si e as cabeças apontando para fora.

Em uma pequena célula animal, encontramos um número incrivelmente grande de lipídios, da ordem de 10⁹moléculas. As membranas têm aproximadamente 7 nm de espessura. O núcleo interno hidrofóbico, em quase todas as membranas, ocupa uma espessura de 3 a 4 nm.

Padrão de mosaico fluido

O modelo atual de biomembranas é conhecido como "mosaico fluido", formulado na década de 1970 pelos pesquisadores Singer e Nicolson. O modelo propõe que as membranas são compostas não apenas de lipídios, mas também de carboidratos e proteínas. O termo mosaico se refere a essa mistura.

A face da membrana que fica voltada para o lado externo da célula é chamada de face exoplasmática. Em contraste, a face interna é a citosólica.

Essa mesma nomenclatura se aplica às biomembranas que compõem as organelas, exceto que a face exoplasmática, neste caso, aponta para o interior da célula e não para o exterior.

Os lipídios que constituem as membranas não são estáticos. Estes têm a capacidade de se mover, com certo grau de liberdade em regiões específicas, através da estrutura.

As membranas são compostas por três tipos fundamentais de lipídios: fosfoglicerídeos, esfingolipídios e esteróides; todos são moléculas anfipáticas. Descreveremos cada grupo em detalhes abaixo:

Tipos de lipídios

O primeiro grupo, formado pelos fosfoglicerídeos, vem do glicerol-3-fosfato. A cauda, de natureza hidrofóbica, é composta por duas cadeias de ácidos graxos. O comprimento das cadeias é variável: podem ter de 16 a 18 carbonos. Eles podem ter ligações simples ou duplas entre os carbonos.

A subclassificação deste grupo é dada pelo tipo de head que apresentam. As fosfatidilcolinas são as mais abundantes e a cabeça contém colina. Em outros tipos, moléculas diferentes, como etanolamina ou serina, interagem com o grupo fosfato.

Outro grupo de fosfoglicerídeos são os plasmalogênios. A cadeia lipídica está ligada ao glicerol por uma ligação éster; por sua vez, há uma cadeia de carbono ligada ao glicerol por meio de uma ligação de éter. Eles são muito abundantes no coração e no cérebro.

Os esfingolipídios vêm da esfingosina. A esfingomielina é um esfingolipídeo abundante. Os glicolipídios são constituídos por cabeças feitas de açúcares.

A terceira e última classe de lipídios que compõe as membranas são os esteróides. Eles são anéis feitos de carbonos, unidos em grupos de quatro. O colesterol é um esteróide presente nas membranas e particularmente abundante nas de mamíferos e bactérias.

Jangadas de lipídios

Existem áreas específicas das membranas dos organismos eucarióticos onde o colesterol e os esfingolipídeos estão concentrados. Esses domínios também são conhecidos como jangadas lipídio.

Dentro dessas regiões, eles também abrigam diferentes proteínas, cujas funções são a sinalização celular. Acredita-se que os componentes lipídicos modulem os componentes proteicos em jangadas.

Proteínas de membrana

Uma série de proteínas está ancorada na membrana plasmática. Estes podem ser integrais, ancorados em lipídios ou localizados na periferia.

As integrais passam pela membrana. Portanto, eles devem possuir domínios de proteína hidrofílicos e hidrofóbicos para interagir com todos os componentes.

Nas proteínas ancoradas aos lipídios, a cadeia de carbono está ancorada em uma das camadas da membrana. A proteína realmente não entra na membrana.

Por fim, os periféricos não interagem diretamente com a zona hidrofóbica da membrana. Em vez disso, eles podem ser ligados por meio de uma proteína integral ou pelas cabeças polares. Eles podem estar localizados em ambos os lados da membrana.

O percentual de proteínas em cada membrana varia muito: de 20% nos neurônios a 70% na mitocondrial, pois necessita de uma grande quantidade de elementos protéicos para realizar as reações metabólicas que ali ocorrem.

Referências

Kraft, M. L. (2013). Organização e função da membrana plasmática: passando por jangadas lipídicas. Biologia molecular da célula, 24(18), 2765-2768.
Lodish, H. (2002). Biologia molecular da célula. 4ª edição. Ciência de Garland
Lodish, H. (2005). Biologia celular e molecular. Panamerican Medical Ed.
Lombard, J. (2014). Era uma vez as membranas celulares: 175 anos de pesquisas sobre limites celulares. Biologia direta, 9(1), 32.
Thibodeau, G. A., Patton, K. T., & Howard, K. (1998). Estrutura e função. Elsevier Espanha.