Membrana Celular
A principal função da membrana celular é
manter, de forma seletiva, moléculas tão
diversas como proteínas e pequenos
solutos, no interior da célula. Assim, a
membrana funciona de forma eficiente para
regular seletivamente sua
permeabilidade. A composição da
membrana celular tem sido estudada de
forma intensa, a partir do uso de diversas
técnicas físicas e químicas, discutiremos a
seguir a evolução dos principais modelos
da membrana celular.
Membrana Celular
No livro clássico de Oparin, A Origem da
Vida, esse propôs que para qualquer forma
de vida, das mais simples que sejam, faz-
se necessária uma barreira física, que
separe a parte viva do meio que a cerca.
Esse trabalho destaca a necessidade de
uma membrana para isolar, até mesmo as
formas de vida mais simples, do meio
exterior.
Algumas funções da
membrana plasmática
SEPARAR
INTEGRAR
Determina a composição
diferencial entre o citosol
e o meio extracelular;
Barreira Seletiva;
Recepção de sinais
(proteínas com função
sensorial);
Importação e exportação
de substâncias;
Mobilidade Celular.
Modelos de Membrana Celular
Modelo de Robertson (1957). O estudo de eritrócitos realizados por Gorter & Grendel em
1925 indicou que o conteúdo lipídico das membranas ocupava uma área duas vezes maior
que a superfície da célula. Tal observação levou à hipótese da bicamada lipídica, com a parte
polar voltada para os meios intra e extra celular e a parte hidrofóbica voltada para o interior da
membrana, escondida do solvente. Posteriormente Schmitt e colaboradores, a partir de
estudos de polarização da luz, propuseram que eritrócitos apresentavam lipídios
perpendiculares ao plano da membrana, como espera-se de uma bicamada (Schmitt et al.,
1937, 1938). Outros cientistas propuseram a presença de proteínas nas membranas (Danielli
& Davson, 1935), com a participação protéica estendendo-se até 60 % da membrana.
Baseado nessas informações Robertson (1957, 1981) propôs que as proteínas estivessem
distribuídas sobre a superfície da membrana.
Modelos de Membrana Celular
O modelo de Robertson era coerente com a informação sobre a presença de proteínas nas
membranas, bem como com a presença da bicamada lipídica, contudo falhava ao colocar
proteínas globulares na superfície da membrana. A presença de uma camada de proteína na
membrana formava uma blindagem na superfície da membrana, o que impossibilita a
comunicação entre os meios intra e extra-celular.
Referências:
Robertson, J. D. (1957). J. Biophys. Biochem. Cytol., 3:1043-1048.
Robertson, J. D. (1981). J. Cell Biol. 91(3 Pt 2):189s-204s. Review.
Proteína
globular
Bicamada
lipídica
Modelos de Membrana Celular
Modelo de Stein & Danielli. Esse modelo
propõe a presença de um canal transmembrana
composto por proteínas, o que permite
comunicação entre os meios intra e extra
celular, aumentando a permeabilidade da
membrana celular. Nesse modelo toda a
membrana é revestida por proteínas Stein &
Danielli (1956). O principal problema desse
modelo é o envolvimento de toda a membrana
celular por proteínas, não há contato para
porção polar da bicamada lípídica com o
solvente do meio extracelular, ou com o
citoplasma, a bicamada lipídica fica blindada
pela proteína.
Referência: Stein, W. D. & Danielli, J. F. (1956). Discuss. Faraday Soc. 21:238-251.
Fonte: Garcia, E. A. C. Biofísica. Editora Savier, 2000 (pg.
5).
Modelo de Lucy & Glauert. Nesse
modelo o lipídeos formam micelas
globulares, que estão revestidas por
proteínas (Lucy & Glauert, 1964). Esse
modelo apresenta o mesmo problema do
modelo de Robertson, não há
comunicação entre os meios extra e intra
celular.
Referências: Lucy, J. A. & Glauert, A. M. (1964). J. Mol. Biol. 12: 727-748.
De Mello, W. C. (1972). Electrical phenomena in the heart, Academic Press, New York
and London.
Fonte: Garcia, E. A. C. Biofísica. Editora Savier, 2000 (pg. 5).
Modelos de Membrana Celular
Fonte: Garcia, E. A. C. Biofísica. Editora Savier, 2000 (pg.
5).
Modelo de Benson. Nesse modelo a
membrana é composta por uma matriz
protéica com lipídios dispersos. O
principal problema dessa proposta está
na inexistência de canais
transmembranas.
Referência: Benson, A. A. (1966). J.
Amer. Oil Chem. Soc., 43:265-270.
Modelos de Membrana Celular
Modelo de Lenard&Singer, , indicando duas proteína inseridas na
bicamada lipídica (elipsóides cinzas).
A proteína da esquerda é uma proteína extrínseca e a da direira uma
proteína intrínseca. Os fosfolipídios são indicados
com a cabeça polar em preto e a cauda hidrofófica pelas linhas que
saem da esfera preta.
Modelo de Lenard & Singer. Esse
modelo, mais realístico, prevê a presença
de proteínas numa bicamada lipídica
(Lenard & Singer, 1966), há previsão de
proteínas transmembranas que
atravessam a bicamada lipídica.
Referência: Lenard, J. & Singer, S. J.
(1966). Proc. Natl. Acad. Sc. 56:1828-
1835.
Modelos de Membrana Celular
Referência: Singer, S. J. & Nicolson, G. L.
(1972) Science, 175:720-731.
Proteína intrínseca, ou
transmembrana
Proteínas extrínsecasModelo de mosaico fluido. Experimentos
mais detalhados mostraram deficiências nos
diversos modelos de membrana celular.
Singer e Nicolson (1972) propuseram um
modelo de membrana constituído de uma
bicamada lipídica, onde encontram-se
inseridas proteínas. Há dois tipos de
proteínas inseridas na membrana, uma que
atravessa toda a membrana, chamada
proteína intrínseca, ou transmembrana. O
segundo tipo de proteína localiza-se sobre a
membrana, sendo encontrada tanto no
exterior como voltada para o citoplasma.
Esse segundo tipo de proteína é chamado
extrínseca.
Modelos de Membrana Celular
Referência: Singer, S. J. & Nicolson, G. L.
(1972) Science, 175:720-731.
Proteína intrínseca, ou
transmembrana
Proteínas extrínsecasEsse modelo prevê a passagen seletiva de
íons pelas proteínas intrínsecas, que são
chamadas de canais ou bombas como
veremos em detalhe no estudo do potencial
de membrana. Outra característica desse
modelo é liberdade de movimentação das
proteína na bicamada. De acordo com
características básicas do modelo,
mosaicismo e difusão, previu-se a liberdade
lateral e rotatória, assim como a distribuição
aleatória de componentes moleculares na
membrana.
Modelos de Membrana Celular
O modelo de mosaico fluido é usado até hoje, apesar de experimentos posteriores, terem
deixado claro que a liberdade de movimentação das proteínas transmembranas e
extrínsecas, não representa a realidade observada (Vereb et al., 2004). Uma das
características da membrana celular, não previstas no modelo de mosaico fluido, é que as
proteínas apresentam uma distribuição não aleatória, há uma concentração de proteínas em
regiões definidas na membrana, conhecidas como balsas lipídicas. Essas balsas lipídicas são
pequenas da membrana, onde alguns lipídios (normalmente esfingolipídeos e colesterol) e
proteínas estão concentrados.
Modelos de Membrana Celular
Balsas lipídicas, mostrando setores da membrana que fixam essas nas regiões indicas. Fonte: Vereb et al. 2004.
Modelo Atual da Membrana Celular
Um modelo para membrana celular mais realístico prevê além da clássica bicamada lipídica e
as proteínas transmembranas e extrínsecas os seguintes aspectos:
1) Distribuição não aleatória das proteína na membrana. O modelo original de mosaico fluido
prevê uma distribuição aleatórias das proteína na bicamada lipídica.
2) Contatos moleculares quase permanentes.
3) Domínios de membrana: difusão limitada, reorganização dinâmica.
4) Plataformas lipídicas.
5) Proteínas são importantes elementos estruturais.
6) Estruturação dinâmica.
Proteína da
classe
Cadeia lateral de
oligossacarídeo
Glicolipídio
Fosfolipídeo
Proteína
globularSegmento
hidrofóbico da
proteína Colesterol
Modelo Atual da Membrana Celular
Modelo de Singer e Nicolson (1972)Modelo do Mosaico Fluido
Proteínas embebidas na bicamada lipídica;
Estrutura molecular da membrana plasmática
Proteínas
Integrais (transmembranas)
Periféricas
Lipídeos
Glicolipídeos
Colesterol
Fosfolipídeos
Fosfatidilcolina
Fosfatidiletanolamina
Fosfatidilserina
Esfingomielina
Proteína / Lipídeo
• Proporção variável
Flip Flop Rotação Difusão Lateral
dependente da temperatura
1- Fluidez da membrana
Fluido Bidimensional movimentação dos fosfolipídeos dentro da bicamada
Composição Fosfolipídica
Natureza das caudas de hidrocarbonetos
Caudas curtas (maior fluidez) que caudas longas
Insaturação (maior fluidez) que saturação
INSATURADOS
- viscosa
+ fluida
SATURADOS
+ viscosa
- fluida
1- Fluidez da membrana
1- Fluidez da membrana
Colesterol Modula a fluidez das membranas em células animais
Enrijece a
bicamada lipídica,
tornando-a menos
fluida e menos
permeável
Diferenças na composição da bicamada entre as
faces citosólica e extracelular
2- Assimetria da Bicamada Lipídica
Barreira hidrofóbica impermeável a solutos e íons
tamanho da molécula
solubilidade da molécula (em óleo)
3- Permeabilidade da Bicamada Lipídica
Hidratos de carbono ligados covalentemente aos lipídeos e proteínas
Glicoproteínas GlicolipídeosProteoglicanas
oligossacarídeospolissacarídeos
glicosaminoglicanas
GLICOCÁLICE
OU
GLICOCÁLIX
Açucares de Membrana
Funções do Glicocálice
- proteção e lubrificação da superfície celular
- reconhecimento célula-célula e adesão celular
- propriedades enzimáticas (peptidase/glicosidase)
- especificidade do sistema sanguíneo ABO;
- alteração da superfície em células cancerígenas;
- ligação de toxinas, vírus e bactérias;
Funções do Glicocálice
Interação de Peptídeos Tóxicos com a
Membrana CelularA membrana celular animal apresenta uma bicamada lipídica de aproximadamente 60 Å de
extensão, o que possibilita que proteínas como o centro de reação fotossintético atravessem
a membrana, contudo peptídeos pequenos, como os mastoparanos e o anoplin, possuem
comprimento de 21 e 15 Å, respectivamente, não permitindo que esses peptídeos atravessem
a membrana celular. Resta a questão sobre a forma de ação desses peptídeos, visto que
evidências experimentais indicam que os mesmos atuem na membrana celular,
desestabilizando-a. Uma possível forma de ação desses peptídeos, é por meio do desmonte
da camada externa da membrana, o que levaria à sua desestruturação e consequente quebra
da membrana celular. A forma exata da ação dos peptídeos tóxicos com a membrana celular
é ainda matéria de debate. Um possível modelo de interação do peptídeo com a bicamada
está mostrado nos slides seguintes.
~60 Å
Ancoragem do peptídeo na
membrana celular.
Interação de Peptídeos Tóxicos com a
Membrana Celular
~60 Å
Início da desestabilização da
membrana celular.
Interação de Peptídeos Tóxicos com a
Membrana Celular
~60 Å
Início da desmontagem da
primeira camada lipídica.
Interação de Peptídeos Tóxicos com a
Membrana Celular
~60 Å
Início da desmontagem da
segunda camada lipídica.
Interação de Peptídeos Tóxicos com a
Membrana Celular
~60 Å
Início da passagem de
citoplasma para o meio
exterior e entrada de
substâncias do meio extra-
celular.
Interação de Peptídeos Tóxicos com a
Membrana Celular
~60 Å
Abertura de um grande canal
transmembrana.
Interação de Peptídeos Tóxicos com a
Membrana Celular
~60 Å
Fluxo de substâncias para o
interior e exterior da célula leva à
apoptose.
Interação de Peptídeos Tóxicos com a
Membrana Celular
Streptolisina
A toxina streptolisina é uma proteína produzida
pelo Streptococcus pyrogenes de massa
molecular 65 kDa. Essa toxina liga-se à
membrana celular, que apresenta colesterol na
sua superfície. Depois de ligar-se à membrana
a streptolisina polimeriza-se, formando poros
na membrana celular (figura ao lado). Esses
poros transmembranas podem ter até 350 Å de
diâmetro. Os diagramas esquemáticos nos
próximos slides ilustram os principais passos
na formação dos poros.
Referência: Bhakdi, S., Tranum-Jensen, J., &
Sziegoleit, A. (1985). Infec. Immun. 47:52-60.a) Membrana de eritrócito lisadas por streptolisina. b)
Oligômeros de streptolisina, mostrando diversas estruturas de
bastões.
a)
b)
Processo de formação de poros pela
streptolisina. 1) Associação reversível
das streptolisinas monoméricas com
membranas celulares contendo
colesterol.
1
Referência: Bhakdi, S., Tranum-Jensen, J., & Sziegoleit, A. (1985). Infec. Immun. 47:52-60.
Streptolisina
Processo de formação de poros pela
streptolisina. 2) Dois monômeros
reagem formando um dímero inserido na
membrana.
1
2
Referência: Bhakdi, S., Tranum-Jensen, J., & Sziegoleit, A. (1985). Infec. Immun. 47:52-60.
Streptolisina
Processo de formação de poros pela
streptolisina. 3) Oligomerização segue
pela adição sucessiva de monômeros.1
2
3
Referência: Bhakdi, S., Tranum-Jensen, J., & Sziegoleit, A. (1985). Infec. Immun. 47:52-60.
Streptolisina
Processo de formação de poros pela
streptolisina. 4) Há formação de um
poro transmembrana.1
2
3
4
Referência: Bhakdi, S., Tranum-Jensen, J., & Sziegoleit, A. (1985). Infec. Immun. 47:52-60.
Streptolisina
Representação esquemática do dano causado na membrana pela ação do oligômero de
streptolisina.
Referência: Bhakdi, S., Tranum-Jensen, J., & Sziegoleit, A. (1985). Infec. Immun. 47:52-60.
Streptolisina
ESPECIALIZAÇÕES DA MEMBRANA PLASMÁTICA
SUPERFÍCIE APICAL DA CÉLULA
SUPERFÍCIE BASO-LATERAL DA CÉLULA
1- Microvilosidades
2- Cílios/Flagelos
3- Estereocílios
1- Junções celularesJunções célula-célula
Junções célula-matriz extracelular
ESPECIALIZAÇÕES DA SUPERFÍCIE APICAL DA MEMBRANA
MICROVILOSIDADES
-Projeções cilíndricas do citoplasma,
envolvidas por membrana que se projetam
da superfície apical da célula
-São imóveis
-Aumentam a área de
superfície celular
-Filamentos de actina
ESPECIALIZAÇÕES DA SUPERFÍCIE APICAL DA MEMBRANA
ESTEREOCÍLIOS
-São parecidos com microvilosidades- mais
longas e ramificadas
-São imóveis
-Encontrados no epidídimo e nas células
pilosas do ouvido interno
-Aumentam a área de superfície das células
-Filamentos de actina mais discretos que nas
microvilosidades
ESPECIALIZAÇÕES DA SUPERFÍCIE APICAL DA MEMBRANA
CÍLIOS
-Projeções cilíndricas MÓVEIS,
semelhantes a pêlos
-Função: propulsão de muco e de
outras substâncias sobre a
superfície do epitélio, através de
rápidas oscilações rítmicas e no
caso dos flagelos funcionam na
locomoção
-Microtúbulos organizados (9 +
2), inseridos no corpúsculo basal
ESPECIALIZAÇÕES DA SUPERFÍCIE BASO-LATERAL DA CÉLULA JUNÇÕES CELULARES
JUNÇÃO
OCLUSIVA
JUNÇÕES
JUNÇÃO
ADERENTE
DESMOSSOMA
JUNÇÃO
COMUNICANTE
COMPLEXO
JUNCIONAL
Matriz extracelular
Une as células formando uma
barreira impermeável
JUNÇÃO OCLUSIVA
Evita movimentação de moléculas
entre diferentes domínios de
membrana
• ALBERTS, B.; BRAY, D.; LEWIS, J.; RAFF, M.;ROBERTS, K. & WATSON, J. D. Fundamentos daBiologia Celular. 2 ed. Porto Alegre: Artmed, 2006.
• COOPER, G. M. A célula: uma abordagem molecular.2 ed. Porto Alegre: Artmed Editora, 2001.
• DE ROBERTIS, E. D. P. & HIB, J. Bases da biologiacelular e molecular. 3 ed. Rio de Janeiro: GuanabaraKoogan, 2001.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Top Related