Membrana Plasma: Características, Funções e Estrutura

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

Além disso, controla o trânsito de partículas que podem entrar e sair. As proteínas de membrana agem como “portões moleculares” com goleiros bastante exigentes. A composição da membrana também tem um papel no reconhecimento celular.

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Estruturalmente, são bicamadas formadas por fosfolipídios, proteínas e carboidratos que ocorrem naturalmente . Da mesma forma, um fosfolípido representa um fósforo com uma cabeça e uma cauda. A cauda consiste em cadeias de carbono insolúveis em água, agrupadas para dentro.

Em vez disso, as cabeças são polares e fornecem o ambiente celular aquoso. As membranas são estruturas extremamente estáveis. As forças que os mantêm são as de van der Waals , entre os fosfolipídios que os compõem; Isso lhes permite cercar 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 analisado. Por exemplo, os glóbulos vermelhos devem ser elásticos para se mover através dos vasos sanguíneos.

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

Características gerais

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Por Jpablo cad [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], do Wikimedia Commons

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, como a seguir:

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 são 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. Por outro lado, quando existem 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 fluidez. 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 caudas são longas, o colesterol atua como um imobilizador, diminuindo a fluidez. Esse fenômeno ocorre em níveis normais de colesterol.

O efeito muda quando as concentrações de colesterol são mais baixas. Ao interagir com as caudas lipídicas, o efeito que causa é a separação delas, reduzindo a fluidez.

Curvatura

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

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

Essa propriedade é importante em fenômenos de evaginação por membrana, formação de vesículas, microvilosidades, entre outros.

Distribuição lipídica

As duas “folhas” que compõem cada membrana – lembre-se de que é uma bicamada – não possuem a mesma composição lipídica; portanto, 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 enfrentam o citosol. Esse padrão não é seguido pelo colesterol, que é distribuído mais ou menos homogeneamente nas duas camadas.

Funções

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 cercados por membranas e essas estruturas estão envolvidas nas reações bioquímicas que ocorrem nessas organelas.

As membranas regulam a passagem de materiais para a célula. Graças a essa barreira, os materiais necessários podem entrar, passiva ou ativamente (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 viajar livremente, dependendo do gradiente de concentração. Sais e metabolitos têm transportadores específicos e também regulam o pH da célula.

Graças à presença de proteínas e canais na superfície da membrana, as células vizinhas podem interagir e trocar materiais. Dessa maneira, as células se unem e os tecidos se formam.

Finalmente, as membranas abrigam um número significativo de proteínas sinalizadoras e permitem a interação com hormônios, neurotransmissores, entre outros.

Estrutura e composição

O componente básico das membranas são os fosfolipídios. Essas moléculas são anfipáticas, possuem uma zona polar e um 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 umas com as outras e as cabeças apontando para fora.

Em uma pequena célula animal, encontramos um número incrivelmente grande de lipídios, da ordem de 10 9 moléculas. As membranas têm uma espessura aproximada de 7 nm. O núcleo interno hidrofóbico, em quase todas as membranas, ocupa uma espessura de 3 a 4 nm.

Modelo de mosaico fluido

O atual modelo de biomembranas é conhecido como “mosaico fluido”, formulado nos anos 70 pelos pesquisadores Singer e Nicolson. O modelo propõe que as membranas sejam formadas não apenas de lipídios, mas também de carboidratos e proteínas. O termo mosaico refere-se à referida mistura.

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

Essa mesma nomenclatura se aplica às biomembranas que constituem as organelas, com a exceção de que a face exoplásmica nesse caso aponta para o interior celular e não para o exterior.

Os lipídios que compõem as membranas não são estáticos. Estes têm a capacidade de se mover, com algum 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. A seguir, descreveremos detalhadamente cada grupo:

Tipos lipídicos

O primeiro grupo, composto por fosfoglicéridos, provém do glicerol-3-fosfato. A cauda, ​​hidrofóbica, é composta por duas cadeias de ácidos graxos. O comprimento das correntes é variável: elas podem ter 16 a 18 carbonos. Eles podem ter ligações simples ou duplas entre carbonos.

A subclassificação deste grupo é dada pelo tipo de cabeça que eles 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 fosfoglicéridos são os plasminogênios. A cadeia lipídica está ligada ao glicerol por uma ligação éster; por sua vez, existe uma cadeia de carbono ligada ao glicerol por meio de uma ligação éter. Eles são bastante abundantes no coração e no cérebro .

Os esfingolípidos provêm da esfingosina. A esfingomielina é um esfingolípido abundante. Os glicolipídios são compostos de cabeças formadas por açúcares.

A terceira e última classe de lipídios que compõem as membranas são esteróides. São anéis formados de carbonos, unidos em grupos de quatro. O colesterol é um esteróide presente nas membranas e particularmente abundante nos mamíferos e bactérias.

Balsas lipídicas

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

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

Proteínas de membrana

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

As integrais atravessam a membrana. Portanto, eles devem ter domínios de proteínas hidrofílicos e hidrofóbicos para interagir com todos os componentes.

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

Finalmente, os periféricos não interagem diretamente com a zona hidrofóbica da membrana. Pelo contrário, eles podem ser unidos por meio de uma proteína integral ou por cabeças polares. Eles podem estar localizados em ambos os lados da membrana.

A porcentagem de proteínas em cada membrana varia muito: de 20% nos neurônios a 70% na membrana mitocondrial, uma vez que são necessários muitos elementos protéicos para executar as reações metabólicas que ocorrem nela.

Referências

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  5. Thibodeau, GA, Patton, KT e Howard, K. (1998). Estrutura e Função . Elsevier Espanha.

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