Bicamada lipídica: características, estrutura, funções - Ciência - 2023

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o bicamada lipídica É uma membrana laminar bimolecular delgada de lipídios anfipáticos, ou seja, eles contêm uma porção hidrofóbica e outra hidrofílica. Possui uma permeabilidade muito baixa para íons, assim como para a maioria das moléculas solúveis em água, porém é muito permeável à água.

Em soluções aquosas, lipídios polares, como os fosfoglicerídeos, se associam para formar diferentes tipos de agregados, chamados micelas, monocamadas lipídicas e bicamadas. Nessas estruturas, as cabeças dos lipídeos polares, que são hidrofílicas, são direcionadas externamente para entrar em contato com a água, enquanto as caudas (hidrofóbicas) ficam todas dispostas na extremidade oposta.

Os seres vivos possuem membranas celulares constituídas principalmente de fosfolipídios e glicolipídios, formando uma bicamada lipídica. Esta bicamada constitui uma barreira de permeabilidade que permite regular o conteúdo interno de sais e eletrólitos da célula. Para isso, eles possuem estruturas chamadas bombas de íons.

Os primeiros cientistas a propor o modelo de bicamada lipídica para membranas celulares foram os Drs. Evert Gorter e F. Grendel (1925), da Universidade de Leiden, na Holanda, modelo confirmado em 1950 por estudos de microscopia eletrônica.

Existem vários usos atuais e potenciais de bicamadas lipídicas, mas até agora, o mais bem-sucedido comercialmente falando tem sido o uso de vesículas artificiais (lipossomas) na medicina, para a administração de medicamentos a pacientes com câncer.

Caracteristicas

Bicamadas lipídicas são estruturas laminares muito finas e frágeis que apresentam algumas características biologicamente importantes, como:

Permeabilidade

Uma das principais características da bicamada lipídica é sua permeabilidade seletiva. Na verdade, essas membranas são muito impermeáveis aos íons e à maioria das moléculas polares, com a água sendo uma exceção importante, pois pode passar facilmente através da membrana.

Um exemplo dessa permeabilidade seletiva é o sódio e o potássio, cujos íons atravessam a membrana mais de um milhão de vezes mais devagar do que a água. Já o indol, composto orgânico heterocíclico, atravessa a membrana mil vezes mais que o triptofano, outra molécula estruturalmente semelhante a esta.

Antes mesmo de conhecer a dupla natureza da membrana, o cientista Charles Overton apontou (1901) que os coeficientes de permeabilidade de pequenas moléculas estão diretamente relacionados à solubilidade relativa que apresentam em solventes orgânicos e na água.

Assimetria

Cada uma das camadas que constituem a membrana é estrutural e funcionalmente diferente umas das outras. Um exemplo funcional dessa assimetria é a bomba de sódio-potássio. Essa bomba está presente na membrana plasmática da grande maioria das células de organismos superiores.

A bomba Na⁺ - K⁺é orientado de forma a expelir Na⁺ dentro da célula, ao introduzir íons K⁺. Além disso, este meio de transporte necessita de energia na forma de ATP para sua ativação e só pode ser utilizado se estiver dentro da célula.

Os componentes de cada camada também são diferentes, as proteínas de membrana são sintetizadas e inseridas de forma assimétrica na bicamada, como os lipídios, mas estas, ao contrário das proteínas, não apresentam uma assimetria absoluta, com exceção de glicolipídios.

No caso dos eritrócitos, por exemplo, as esfingomielinas e as fosfatidilcolinas estão localizadas na camada externa da membrana, enquanto a fosfatidiletanolamina e as fosfatidilserinas estão internamente posicionadas. O colesterol é um constituinte, entretanto, de ambas as camadas.

Uma das causas da assimetria na distribuição dos fosfolipídios é que a maioria desses constituintes são sintetizados dentro da célula e, portanto, são inicialmente incluídos na camada interna, e de lá alguns deles irão migrar para a camada externa com a ajuda de enzimas chamadas flipases.

Fluência

Bicamadas lipídicas não são estruturas rígidas, mas sim estruturas fluidas e dinâmicas, onde os lipídios e muitas proteínas estão constantemente se movendo lateralmente.

Os lipídios se difundem lateralmente na membrana a uma taxa média de 2 µm por segundo. O deslocamento lateral das proteínas nas bicamadas, por outro lado, pode variar dependendo do tipo de proteína; enquanto alguns são tão rápidos quanto lipídios, outros permanecem praticamente imóveis.

A difusão transversal, também chamada de flip-flop, por outro lado, é muito mais lenta para lipídios e nunca foi observada em proteínas.

Por outro lado, a fluidez da membrana pode variar dependendo da ordem relativa dos ácidos graxos dos lipídios. Quando todos os ácidos graxos são ordenados, a bicamada fica em um estado rígido, enquanto no estado fluido eles estão relativamente desordenados.

Essas mudanças podem ser devido a variações de temperatura; a transição do estado sólido para o estado fluido ocorre abruptamente quando a temperatura ultrapassa um limite conhecido como temperatura de fusão, que depende do comprimento das cadeias de ácidos graxos, bem como do seu grau de insaturação.

Os lipídios constituintes da membrana são de natureza diferente e, portanto, podem ter diferentes temperaturas de fusão. Devido a isso, em diferentes temperaturas, fases sólidas e fluidas podem coexistir na mesma camada dupla.

Outras características

As bicamadas lipídicas, graças às interações covalentes e às forças atrativas de van der Waals, tendem a ser extensas, bem como a se fecharem de forma que não haja extremidades expostas. Sua capacidade de autorreparação também é característica, pois a falta de continuidade não é energeticamente favorável à sua estrutura.

Estrutura

Existem diferentes modelos para explicar a estrutura da bicamada lipídica:

Modelo Davson e Danielli

Foi proposto em 1935, e afirma que as membranas contêm uma fase contínua de hidrocarbonetos, aportada pelos lipídios que compõem a membrana.

Modelo de membrana de unidade

Erguido por J.D. Robertson, esta hipótese é uma modificação do modelo Davson e Danielli. Ele postulou que a membrana unitária era composta de uma camada dupla de lipídios polares misturados.

Esses lipídios foram orientados com as cadeias de hidrocarbonetos para dentro, formando uma camada contínua de hidrocarbonetos, enquanto as cabeças hidrofílicas apontavam na direção oposta.

Além disso, essa membrana unitária era coberta em ambos os lados por uma única camada de moléculas de proteína dispostas de forma estendida.

Modelo globular

Também conhecido como modelo de subunidade. De acordo com esse modelo, as membranas seriam constituídas por um mosaico de subunidades repetitivas de lipoproteínas entre 4,0 e 9,0 nm.

Padrão de mosaico fluido

Foi proposto por S.J. Singer e G.L. Nicholson em 1972 e é o modelo mais aceito. Segundo ela, os fosfolipídios da membrana estão dispostos em camadas duplas, formando uma matriz de cristais líquidos.

De acordo com esse modelo, as moléculas lipídicas individuais podem se mover livremente lateralmente, o que explicaria a flexibilidade, fluidez, resistência elétrica e permeabilidade seletiva que essas membranas apresentam.

As proteínas que fazem parte da bicamada, segundo o modelo, devem ser globulares. Além disso, algumas proteínas estariam parcialmente embutidas na bicamada, enquanto outras estariam totalmente embutidas nela.

O grau de penetração das proteínas globulares na bicamada seria definido por sua sequência de aminoácidos, bem como pela presença de grupos R apolares na superfície desses aminoácidos.

Composição

As bicamadas naturais são compostas principalmente de fosfolipídios. São compostos derivados do glicerol que se caracterizam por possuírem uma cabeça hidrofílica e duas caudas hidrofóbicas.

Quando os fosfolipídios entram em contato com a água, eles podem se organizar de diferentes maneiras. A forma mais estável é como uma bicamada com as caudas voltadas para dentro e as cabeças voltadas para o lado de fora da bicamada.

Os glicolipídeos também fazem parte da bicamada lipídica. Esses compostos, como o próprio nome indica, são lipídios associados aos açúcares, derivados, no caso dos animais, de um composto conhecido como esfingocina.

Outro componente importante da membrana é o colesterol, um lipídio insaponificável. Ele está presente nas camadas interna e externa da bicamada.É mais abundante na membrana plasmática do que na membrana das organelas.

As membranas também estão associadas a muitos tipos de proteínas, que podem ser de dois tipos, extrínsecas ou intrínsecas. Proteínas extrínsecas ou periféricas são fracamente ligadas à membrana e podem ser facilmente separadas delas.

As proteínas intrínsecas ou integrais estão fortemente associadas à bicamada e não se destacam dela facilmente. Eles representam cerca de 70% das proteínas de membrana. Alguns deles funcionam como receptores de sinais externos à célula e sua transmissão para o interior.

Outras proteínas estão associadas à fusão de duas bicamadas diferentes. Entre eles estão os que permitem a união do espermatozóide com o óvulo durante a fertilização; também aqueles que permitem que os vírus penetrem nas células hospedeiras.

Além disso, as bombas iônicas são proteínas integrais que atravessam a bicamada que permitem a troca de íons entre o interior e o exterior da célula, através da bicamada lipídica, contra um gradiente.

Características

A principal função biológica da bicamada lipídica é a separação de compartimentos aquosos com diferentes composições, como separar o protoplasma celular de seu ambiente. Sem essa delimitação física entre os compartimentos, a vida como a conhecemos seria impossível.

Essa função é tão importante que praticamente todos os seres vivos possuem uma membrana composta por uma bicamada lipídica. A exceção é representada por algumas espécies de arquéias, nas quais a membrana é uma monocamada lipídica.

As bicamadas lipídicas participam da transmissão do impulso nervoso interneuronal. Os neurônios não estão fisicamente ligados uns aos outros, mas separados por um pequeno espaço chamado sinapse. As vesículas carregadas com neurotransmissores intervêm para construir uma ponte sobre este espaço interneuronal.

Outra função da bicamada é servir como uma base estrutural ou esqueleto de suporte, ao qual alguns sistemas de transporte, bem como algumas enzimas, estão fortemente ligados.

Organelas com bicamada lipídica

Nos procariotos, a bicamada lipídica está presente apenas na membrana celular, enquanto nos eucariotos existem diferentes organelas ou organelas que podem ter uma ou duas bicamadas lipídicas.

-Organelas com duas bicamadas lipídicas

Núcleo

Organela celular presente em células eucarióticas e contendo a maior parte do material genético organizado em cromossomos.

A membrana nuclear é composta por duas bicamadas lipídicas separadas por um espaço denominado perinuclear. Ambas as camadas são chamadas de membrana nuclear externa e interna e são diferenciadas por sua composição protéica.

Mitocôndria

Organela responsável pela respiração celular, processo pelo qual a energia necessária para a atividade celular é fornecida. Possui membrana dupla, a externa lisa e a interna dobrada, formando giz laminar ou em forma de dedo.

A função dessas dobras é aumentar a área de superfície interna, que é o local onde ocorrem as reações metabólicas.

Cloroplasto

Organela presente em plantas superiores e outros organismos eucarióticos fotoautotróficos. Possui duas bicamadas lipídicas concêntricas separadas por um espaço intermembrana. A camada externa é mais porosa do que a interna devido à presença de proteínas chamadas porinas.

-Organelas com bicamada lipídica

Além da membrana plasmática, que foi amplamente discutida neste artigo, outras organelas, como o retículo endoplasmático, o aparelho de Golgi e os lisossomas, possuem uma única camada lipídica.

Retículo endoplasmático (ER)

Um complexo de membranas citoplasmáticas associadas (ER rugoso) ou não (ER liso) aos ribossomos, e que participa da síntese de lipídios e fosfolipídios (ER liso) ou de peptídeos e proteínas (ER rugoso), graças aos ribossomos aderidos aos seus paredes.

Aparelho de Golgi

Um complexo de membranas de paredes lisas que participam do armazenamento, modificação e embalagem de substâncias proteicas.

Lisossomos

Organelas vesiculares que contêm enzimas envolvidas na degradação de materiais estranhos. Eles também degradam componentes celulares desnecessários e até células danificadas ou mortas.

Formulários

A principal aplicação das bicamadas lipídicas é no campo da medicina. Os lipossomas são estruturas vesiculares delimitadas por bicamadas lipídicas. Eles são formados artificialmente por oscilação sônica de suspensões aquosas de fosfoglicerídeos.

Se íons ou moléculas forem incluídos na suspensão aquosa, então alguns desses elementos estarão contidos nos lipossomas. Com base nestes princípios, as drogas foram encapsuladas em solução dentro de lipossomas.

Os lipossomas contendo fármaco são administrados por injeção no paciente. Uma vez dentro, eles viajam pelo sistema sanguíneo, até chegarem ao local alvo. No local de destino, eles quebram e liberam seu conteúdo.

O uso de bicamadas lipídicas como biossensores para o diagnóstico de doenças também foi testado; bem como para a possível detecção de armas biológicas. Por último, foi testado com sucesso quanto à permeabilidade ao medicamento.

Referências

VOCÊS. Andersen, II Koeppe, E. Roger (2007). Espessura da bicamada e função da proteína da membrana: uma perspectiva energética. Revisão Anual de Biofísica e Estrutura Biomolecular.
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