Membrana Plasmática

1. Membrana Plasmática Direitos autorais reservados. Proibida a venda ou distribuição sem autorização.

2. A Célula • A célula, em conceito muito amplo, pode ser considerada como: • A unidade fundamental dos seres vivos. • A menor estrutura biológica capaz de ter vida autônoma. • As células existem como seres unicelulares, ou fazendo parte de seres mais complexos, os pluricelulares.

3. Seres Vivos • Com relação à suficiência de alimentação, os seres vivos, e também suas células constituintes, dividem-se em duas grandes classes: • Autótrofos (auto, por si mesmo; trophos, nutrição) – aqueles que sintetizam todos os componentes moleculares que precisam para viver. • Heterótrofos (heteros, diferente; trophos, nutrição) – aqueles que necessitam receber algumas moléculas (ou precursores), de outros seres vivos, ou de outras fontes. • As algas verdes são um exemplo clássico de autótrofos e a Entamoeba coli, de heterótrofo. A Euglena viridis, em presença de luz, é autotrófica, em ausência, heterotrófica. Os vírus não são células, e utilizam parte da maquinaria de células hospedeiras para se reproduzirem.

4. As Células • As células, tanto de seres vivos uni, como pluricelulares, são classificadas em três tipos gerais de acordo com o refinamento estruturas: • Procariócitos: as mais rudimentares, sem membrana nuclear. • Eucariócitos: as mais sofisticadas, com membrana nuclear. • Fotossintéticas: desenvolvimento intermediário entre as precedentes. Utilizam Energia Radiante para sintetizar biomoléculas.

5. Bicamada lipídica. 7,5 a 10 nm (não visíveis ao Microscópio Óptico) Constituída por dois folhetos: interno e externo (constituídos por fosfolipídios, colesterol, e glicoproteínas). Glicoproteínas representam 50% do peso: - proteínas integrais (transmembrana) e - proteínas periféricas. Membrana Plasmática

6. Formado por 2 camadas de lipídios envolvidas por 2 camadas de proteínas. Fosfolipídios Proteínas Colesterol Estrutura de Membrana Plasmática I- Modelo do Sanduíche Dawson e Danielli (1935) II- Modelo do Mosaico Fluido Singer e Nicholson (1972) Formado por 2 camadas de lipídios com proteínas mergulhadas entre eles. OBS: Na década de 70, testes com enzimas (fosfolipases) e com aquecimento mostraram que o modelo do sanduíche não era real. Criou-se o modelo atual (Mosaico Fluido).

7. Modelo do Mosaico Fluido

8. Membrana de hemácia ao Microscópio Eletrônico com aumento de 240.000 x Estrutura da Membrana Plasmática • Ao microscópio eletrônico, a membrana plasmática apresenta um aspecto trilaminar característico. • São duas lâminas laterais mais densas, correspondendo aos pólos hidrófilos dos lipídios mais as proteínas, e uma lâmina central mais clara, que corresponde aos pólos hidrofóbicos da bicamada lipídica.

9. Os lipídios das membranas são moléculas longas com uma extremidade hidrofílica e uma cadeia hidrofóbica. As macromoléculas que apresentam esta característica de possuírem uma região hidrofílica e, portanto, solúvel em meio aquoso, e uma região hidrofóbica, insolúvel em água, porém solúvel em lipídios, são ditas anfipáticas. Lipídios da membrana plasmática: fosfoglicerídeos, esfingolipídios e colesterol. Lipídios de Membrana Plasmática Meio extracelular Extremidade Hidrofílica Cadeia Hidrofóbica Meio intracelular (a) Bicamada de fosfolipídios da membrana • Os fosfoglicerídeos e os esfingolipídios contêm o radical fosfato e são chamados de fosfolipídios.

10. Cadeia glicídica de glicolipídio Proteína periférica Cadeia gilcídica de glicoproteína Proteína transmembrana Outro constituinte anfipático importante das membranas celulares são os glicolipídios, designação genérica para todos os lipídios que contêm hidrato de carbono, com ou sem radicais fosfatos. Os glicolipídios mais importantes nas células dos animais são os glicoesfingolipídios, que são componentes de muitos receptores da superfície celular.

11. A membrana plasmática possui grande variedade de proteínas, que podem ser separadas em dois grupos, as integrais ou intrínsecas e as periféricas ou extrínsecas, dependendo da facilidade de extraí-las da bicamada lipídica. As proteínas integrais estão firmemente associadas aos lipídios e só podem ser separadas da fração lipídica através de técnicas drásticas, como o emprego de detergentes. As proteínas extrínsecas podem ser isoladas facilmente pelo emprego de soluções salinas. Setenta por cento das proteínas da membrana são integrais. Proteínas da Membrana Plasmática

12. Proteínas da Membrana Plasmática • As proteínas da membrana possuem resíduos hidrofílicos e hidrofóbicos, e ficam mergulhadas na camada lipídica, de tal modo que: • Os resíduos hidrofóbicos das proteínas estão no mesmo nível das cadeias hidrofóbicas dos lipídios, e • Os resíduos hidrofílicos das proteínas ficam na altura das cabeças polares dos lipídios, em contato com o meio extracelular ou com o citoplasma. Região Hdrofílica da proteína Bicamada de fosfolipídios Região hidrofóbica da proteína Modelo do mosaico fluido

13. Algumas proteínas integrais atravessam inteiramente a bicamada lipídica, fazendo saliência em ambas as superfícies da membrana, sendo denominadas proteínas transmembrana. As proteínas transmembrana podem atravessar a membrana uma única vez, ou então apresentar a molécula muito longa e dobrada, atravessando a membrana várias vezes, recebendo então o nome de proteínas transmembrana de passagem múltipla. Proteínas da Membrana Plasmática

14. Funções da Membrana Plasmática • Manutenção da integridade da estrutura da célula; • Controle da movimentação de substâncias para dentro e fora da célula (permeabilidade seletiva); • Regulação das interações intercelulares; • Reconhecimento através de receptores de antígenos de células estranhas e células alteradas; • Interface entre o citoplasma e o meio externo; • Estabelecimento de sistemas de transporte para moléculas específicas; • Transdução de sinais extracelulares.

15. Citoplasma Fibras da matriz extracelular Funções da Membrana Plasmática c Atividade enzimática Reconhecimento celular b a Adesão do citoesqueleto à matriz extracelular e Junção Intercelular f Reconhecimento célula-célula d Transporte Citoplasma Citoesqueleto

16. Propriedades da Membrana Plasmática

17. São passagens que permitem a comunicação entre o lado externo e o interno da célula. Os canais podem possuir carga positiva, negativa ou serem destituídos de carga elétrica. A carga se origina de grupos laterais de proteínas, como COO- e NH3+. A natureza da carga seleciona os íons: Canais positivos, repelem cátions (+) deixa passar ânions (–). Canais negativos, repelem ânions (–) deixam passar cátions (+) Poros ou Canais • Há canais sofisticados que possuem, além da barreira da carga, um ou dois portões que se abrem sob comando. O canal de Na+ é desse tipo.

18. Diâmetro dos Canais vs. Volume dos Transeuntes Além da carga, o diâmetro dos canais seleciona os passantes conforme o volume dos íons. Poros ou Canais Concentração dos Íons e Direção do Transporte • O trânsito, nos canais, é passivo, e se faz de acordo com o gradiente de concentração: “Sempre do lado mais concentrado, para o menos concentrado” Meio extracelular Canal protéico Citoplasma

19. São regiões que possuem moléculas de uma determinada espécie química, em alta concentração. Daí, moléculas afins se difundem com mais facilidade através dessas zonas. Acredita-se que as ZDF sejam importantes trajetos para participantes de processos imunológicos das células, permeando antígenos e anticorpos. Hormônios esteróides também transitam através de ZDF. Zonas de Difusão Facilitada (ZDF)

20. São sítios que possuem estrutura adequada à ligação de certas moléculas que, ao se ligarem deslancham uma série de processos celulares. Existem receptores na membrana e no citossol. Receptores Partícula de LDL Capa de fosfolipídio Receptor Proteína Colesterol Membrana plasmática Colesterol processado Hepatócito

21. Receptores para Hormônios Protéicos e Esteróides Vaso sangüíneo Hormônios esteróides Hormônios protéicos Membrana celular Receptor na membrana Receptor citoplasmático Ativação do mensageiro secundário Enzimas ativadas Estimula a síntese protéica Resposta na célula-alvo Núcleo Citoplasma

22. São mecanismos capazes de realizar transporte ativo, isto é, contra gradientes de concentração, elétrico, ou ambos. Os operadores utilizam ATP como fonte de Energia. O princípio operacional é simples: a molécula a ser transportada se encaixa no operador, que muda sua conformação, segurando-a. Uma molécula de ATP se encaixa na fenda que resultou da mudança de conformação do operador, é hidrolizada, e libera energia para outra mudança maior, com realização de Trabalho. Operadores • O sentido normal do trânsito é unidirecional: operadores que introduzem substâncias na célula, não são os mesmos que excretam essas mesmas substâncias. • Existe sempre uma molécula de ATP envolvida no processo. • Bastante conhecida é a Na+–K+–Mg2+ ATPase, conhecida como sódio-potássio-ATPase, que participa de um operador muito importante, que é a bomba de sódio.

23. Solução Hipotônica = é a menos concentrada. • Solução Hipertônica = é a mais concentrada. • Soluções Isotônicas = são soluções iguais. Fisiologia da Membrana Plasmática Obs: Concentração das Soluções

24. I- Transporte Passivo Moléculas de corante Membrana Equilíbrio (a) Transporte passivo de um tipo de molécula. Equilíbrio (b) Transporte passivo de dois tipos de moléculas.

25. A B C D Antes Durante Depois I.a -Difusão Simples Ocorre com: O2, CO2, Íons minerais. É a passagem de soluto do meio hipertônico para o meio hipotônico através de uma membrana permeável. Solução hipotônica Solução Hipertônica Soluções isotônicas

26. I.b -Difusão Facilitada É a passagem de soluto do meio hipertônico para o meio hipotônico, através de uma membrana permeável, com ajuda das proteínas transportadoras (permeases). A - Permeases incrustadas na membrana, prontas pra se ligarem a outros compostos. B - Ao tocar na proteína receptora, a substância é capturada. • IMPORTANTE: • ocorre com: • aminoácidos, • monossacarídeos, • vitaminas. C -A permease muda de forma e se movimenta na camada de lipídio, levando a molécula capturada para o outro lado. D - A substância transportada é liberada dentro da célula e a permease adquire sua configuração original.

27. I.c -Osmose É a passagem de solvente do meio hipotônico para o meio hipertônico, através de uma membranasemi-permeável Solução Hipotônica Solução Hipertônica Soluções Isotônicas Molécula de açúcar (soluto) Membrana Osmose

28. I.c -Osmose Célula Animal Normal Hemólise Crenada Membrana Plasmática Célula Vegetal Flácida Túrgida Plasmolisada (a) Solução Isotônica (b) Solução Hipotônica (c) Solução Hipertônica

29. Célula Túrgida Célula plasmolisada Célula Murcha Em meio hipotônico Em meio hipertônico Ao ar atmosférico P.C M.P. Vacúolo Núcleo Citoplasma Pressão Osmótica SC: força de sucção celular total SI: sucção interna do vacúolo M: força de resistência da parede celular. SC = SI - M Célula Normal SC = SI – M M < 0 SC = SI – ( -M ) SC = SI + M SC = SI – M SI = M SC = 0 SC = SI – M M = 0 SC = SI

30. II- Transporte Ativo É a passagem de soluto do meiohipotônicopara o meiohipertônico, através de uma membrana permeável, com auxílio de proteínas transportadoras. • Características: • Ocorre contra um gradiente de concentração. • Há gasto de energia (ATP). • Só ocorre em células vivas. • Utiliza-se das permeases, proteínas transportadoras. • Há acúmulo de mitocôndrias próximo ao local de transporte. Bomba de Sódio e Potássio

31. Bomba de Na+ e K+ Este tipo de transporte se dá, quando íons como o sódio (Na+) e o potássio (K+), tem que atravessar a membrana contra um gradiente de concentração. Encontramos concentrações diferentes, dentro e fora da célula, para o sódio e o potássio. Na maioria das células dos organismos superiores a concentração do sódio (Na+) é bem mais baixa dentro da célula do que fora desta. O potássio (K+), apresenta situação inversa, a sua concentração é mais alta dentro da célula do que fora desta. II- Transporte Ativo Meio extracelular Bomba de Na+ e K+ Citoplasma

32. UNIPORTE =transportadores que carregam um único soluto em uma única direção. Proteína ligante de Cálcio SIMPORTE =transportadores que carregam dois solutos na mesma direção. Aminoácidos + sódio do intestino para as células ANTIPORTE =transportadores que carregam dois solutos em direções opostas. Bomba Na+ e K+ II- Direção do Transporte Ativo

33. Resumo dos Tipos de Transporte através das Membranas Celulares ALTA CONCENTRAÇÃO DE SOLUTOS Molécula transportada Proteína transportadora Canal protéico Bicamada lipídica Energia Difusão simples Difusão facilitada Transporte passivo Transporte ativo BAIXA CONCENTRAÇÃO DE SOLUTOS

34. Pseudópodo Fagossoma Alimento Clasmocitose Vacúolo residual Lisossomo primário Vacúolo digestivo Pinossomo Vacúolo digestivo gotículas Cél. intestinal invaginação III- Endocitose Endocitose é o processo através do qual as células captam macromoléculas, substâncias particuladas e, em casos especializados outras células. Dois tipos principais de endocitose podem ser distinguidos com base no tamanho das vesículas endocíticas formadas: III.a - Fagocitose (“Fago = comer "), que envolve a ingestão de partículas grandes como microrganismos e pedaços de células, via vesículas grandes denominadas fagossomos, geralmente maior que 250 nm de diâmetro. Ocorre com amebas e leucócitos. III.b -Pinocitose (“Pino = beber "), que envolve a ingestão de fluidos e solutos através de vesículas pequenas de 150nm de diâmetro. Ocorre com a grande maioria das células.

35. Meio extracelular Endocitose Membrana Plasmática Citoplasma

36. Exocitose Quando a transferência de macromoléculas dá-se do citoplasma para o meio extracelular, o processo recebe o nome de exocitose. Por exemplo, as células secretoras de proteínas, como as do pâncreas exócrino, acumulam o produto de secreção em grânulos citoplasmáticos revestidos de membrana, que se fundem com a membrana celular e se abrem para o exterior da célula, eliminando assim, por exocitose, as macromoléculas secretadas. CITOPLASMA MEIO EXTRACELULAR MEMBRANA PLASMÁTICA VESÍCULA

37. Exocitose Meio extracelular Membrana Plasmática Citoplasma

38. Especializações da Membrana Plasmática Baso-Lateral 1. Zônulas de Oclusão ou Junções Oclusivas 2. Zônulas de Adesão 3. Desmossomos 4. Junções tipo GAP ou Junções Comunicantes 5. Lâmina basal 6. Hemidesmossomos 1 2 3 4 6 5

39. Junções Celulares Zônulas de Oclusão (ZO) Zônulas de Adesão (ZA) Desmossomos (D) Junções Comunicantes (JC)

40. Zônulas de oclusão São as junções mais apicais. São caracterizadas pela íntima justaposição das membranas celulares de células vizinhas, com a fusão dos folhetos externos das membranas. Formam uma barreira que impede a passagem de moléculas por entre as células epiteliais. Junções Celulares

41. Zônulas de adesão Esta junção circunda toda a volta da célula e contribui para a aderência entre células vizinhas. Nesta zônula há uma discreta separação entre as membranas celulares e um pequeno acúmulo de material elétron-denso na superfície interna (citoplasmática) dessas membranas. Junções Celulares

42. Junções comunicantes ou gap junctions ou néxus Caracterizam-se pela aposição das membranas de células adjacentes. São formadas por hexâmeros protéicos, cada um com um poro hidrofílico central de 1,5 nm. Estes canais permitem a passagem de moléculas informacionais, como AMP cíclico, GMP, íons, etc, e podem propagar informações entre células vizinhas. Junções Celulares

43. Desmossomos ou máculas de adesão São estruturas complexas em forma de disco, constituídos pelas membranas de células contíguas. Na região do desmossomo, as membranas celulares se afastam deixando entre elas um espaço de 30 nm ou mais. - Alguns desmossomos contêm um material eletrodenso no espaço intercelular. Na face citoplasmática de cada membrana existe uma placa circular constituída de ao menos 12 proteínas na qual se prendem filamentos intermediários de queratina (tonofilamentos). Junções Celulares

44. Junções Celulares Junções de oclusão Trama terminal: estrutura localizada no pólo apical das células e que contém a proteína espectrina, filamentos de actina e filamentos intermediários. Junções comunicantes Desmossomos Hemidesmossomos

45. Morfologicamente, estas estruturas têm o aspecto de meio desmossomo, localizado na membrana da célula epitelial. Auxiliam a fixação da célula epitelial à membrana basal subjacente e são mais freqüentes onde o epitélio está sujeito a atritos fortes. Hemidesmossomos Hemidesmossomo Lâmina rara Lâmina densa da membrana basal Fibrila de colágeno em corte transversal

46. Especializações da Membrana Plasmática Superficial • Cílios: extensões filamentosas e móveis da superfície de certas células (traquéia e fossas nasais mecanismos de defesa; tubas uterinas movimento do ovócito e zigoto). Contêm em seu interior nove pares de microtúbulos periféricos e um par central, dispostos circularmente. • Estereocílios:são expansões longas e filiformes da superfície livre de certas células epiteliais;não possuem movimentos e são encontrados nas células epiteliais que revestem o ducto deferente. Aumentam a superfície celular, facilitando a absorção de água e outras moléculas. • Flagelos: têm estrutura semelhante à dos cílios, porém são mais longos. Estão presentes nos espermatozóides. • Microvilosidades ou microvilos: expansões digitiformes do citoplasma recoberta por membrana e contendo numerosos microfilamentos de actina. Aumentam a superfície de absorção (intestino delgado e túbulos contorcidos proximais dos rins).

47. Especializações da Membrana Plasmática Superficial Microvilosidades Cílios Estereocílios fim

48. Glicocálix ou Glicocálice • Cobertura formada por carboidratos ligados a proteínas e lipídios da membrana plasmática formando glicoproteínas e glicolipídios que participam: - da adesão celular; - do reconhecimento celular; - da determinação de grupos sangüíneos; - da inibição por contato (determina o crescimento dos órgãos); - proteção da superfície celular às lesões mecânicas e e químicas.