Membrana Plasma: Estrutura e Funções da Membrana Plasmática

Leia este artigo para aprender sobre a estrutura da membrana, modificação de transporte e funções da Membrana de Plasma!

Membrana de plasma:

Membrana plasmática ou plasma-lema é uma membrana bio que ocorre na parte externa do citoplasma em procariotas e células eucarióticas.

Ele separa o protoplasma celular de seu ambiente externo. As células procarióticas não possuem partições membranosas internas. O último ocorre em células eucarióticas como cobertura de várias organelas celulares como núcleo, mitocôndrias, plastídios, lisossomos, corpos de Golgi, peroxissomas, etc.

As membranas biológicas revestem o retículo endoplasmático. Eles também ocorrem em tilacóides dentro de plastídios ou cristas dentro da mitocôndria. Os vacúolos são separados do citoplasma por uma membrana chamada tonoplast. Todas as bio-membranas são dinâmicas por natureza, mostrando continuamente mudanças em sua forma, tamanho, estrutura e função. A membrana plasmática foi descoberta por Schwann (1838). Foi nomeado como membrana celular por Nageli e Cramer (1855). A membrana recebeu o nome de lema do plasma por Ploughe (1931).

Natureza Química das Membranas:

Quimicamente, uma bio membrana consiste em lipídios (20 a 40%), proteínas (59 a 75%) e carboidratos (1-5%). Os lipídios importantes da membrana são fosfolipídios (cerca de 100 tipos), esteróis (por exemplo, colesterol), glicolipídios, esfingolipídios (por exemplo, esfingomielina, cerebrosídeos).

Os hidratos de carbono presentes na membrana são oligossacáridos ramificados ou não ramificados, por exemplo, hexose, fucose, hexoamina, ácido siálico, etc. As proteínas podem ser fibrosas ou globulares, estruturais, transportadoras, receptoras ou enzimáticas. Cerca de 30 tipos de enzimas foram registrados em diferentes membranas bio, por exemplo, fosfatases, ATP-ase esterases, nucleases, etc.

As moléculas lipídicas são anfíticas ou anfipáticas, ou seja, possuem extremidades hidrofílicas polares (amando a água) e hidrofóbicas não polares (repelindo a água). A região hidrofílica está na forma de uma cabeça enquanto a parte hidrofóbica contém duas caudas de ácidos graxos.

Caudas hidrofóbicas geralmente ocorrem em direção ao centro da membrana. As moléculas de proteína também possuem cadeias laterais polares e não polares. Normalmente, suas ligações hidrofílicas polares estão voltadas para o lado externo. As ligações não polares ou hidrofóbicas são mantidas dobradas no interior ou usadas para estabelecer ligações com parte hidrofóbica dos lípidos. Vários tipos de modelos foram apresentados para explicar a estrutura de uma biomembrana. Os mais importantes são o lamelar e o mosaico.

Modelos Lamelares (= Modelos Sandwich):

Eles são os primeiros modelos moleculares de bio membranas. De acordo com estes modelos, acredita-se que as bio-membranas tenham uma estrutura estável em camadas.

Danielli e Davson Model:

O primeiro modelo lamelar foi proposto por James Danielli e Hugh Davson em 1935 com base em seus estudos fisiológicos. Segundo Danielli e Davson, uma biomembrana contém quatro camadas moleculares, duas de fosfolipídios e duas de proteínas. Os fosfolipídios formam uma dupla camada.

A bicamada fosfolipídica é coberta de ambos os lados por uma camada de moléculas globulares ou proteicas hidratadas. As cabeças polares hidrofílicas das moléculas de fosfolipídios são direcionadas para as proteínas. Os dois são mantidos juntos por forças eletrostáticas. As caudas hidropï¿½icas nï¿½ polares das duas camadas lipï¿½icas sï¿½ dirigidas para o centro onde sï¿½ mantidas juntas por ligaï¿½es hidrofï¿½icas e forï¿½s de van der Waals.

Modelo de Robertson:

J. David Robertson (1959) modificou o modelo de Danielli e Davson, propondo que a bicamada lipídica é coberta nas duas superfícies por moléculas estendidas ou (3-proteínas. Também foi proposta uma diferença nas proteínas das camadas externa e interna, por exemplo, mucoprotina no lado externo e proteína não mucóide no lado interno.

Robertson trabalhou na membrana plasmática dos glóbulos vermelhos sob o microscópio eletrônico. Ele deu o conceito de membrana de unidade, o que significa que:

(i) Todas as membranas citoplasmáticas têm uma estrutura similar de três camadas com uma bicamada fosfolipídica transparente de elétrons, que possui camadas de elétrons entre duas camadas densas de proteínas,

(ii) Todas as bio-membranas são feitas de uma membrana unitária ou um múltiplo de membrana unitária. A membrana unitária de Robertson também é chamada de membrana trailaminar. Tem uma espessura de cerca de 75 Å com uma camada lipídica central de 35 A de espessura e duas camadas proteicas periféricas de 20Aeach. Segundo Robertson, se uma membrana contém mais de três camadas, ou é mais espessa que 75A, deve ser um múltiplo de membrana unitária.

Modelo do mosaico:

Modelo de mosaico fluido. É o modelo mais recente de uma bio membrana proposto por Singer e Nicolson em 1972.

1. De acordo com este modelo, a membrana não tem uma disposição uniforme de lipídios e proteínas, mas é um mosaico dos dois. Além disso, a membrana não é sólida, mas é quase fluida.

2. Postula que as moléculas lipídicas estão presentes em uma bicamada viscosa como no modelo lamelar. Moléculas de proteínas ocorrem em locais tanto no interior como no lado externo da bicamada lipídica. As proteínas internas são chamadas de proteínas intrínsecas ou integrais, enquanto as externas são conhecidas como proteínas extrínsecas ou periféricas.

As proteínas integrais ou intrínsecas representam 70% das proteínas totais da membrana e passam para a bicamada lipídica em diferentes profundidades. Alguns deles correm pela bicamada lipídica. Eles são chamados de proteínas de túnel que, individualmente ou em grupo, formam canais para a passagem de água e substâncias solúveis em água.

3. As proteínas fornecem a especificidade estrutural e funcional às membranas. Além disso, uma vez que a bicamada lipídica é quase-fluída, as proteínas da membrana podem deslocar-se lateralmente e daí proporcionar flexibilidade e dinamismo à membrana.

Muitas proteínas de membrana funcionam como enzimas, algumas delas comportam-se como por-sarampo para facilitar a difusão e algumas proteínas agem como portadoras porque transportam ativamente diferentes substâncias através da membrana. Certas outras funções da proteína como receptores de hormônios, centros de reconhecimento e antígenos. Alguns dos lipídios na superfície externa são complexados com hidratos de carbono para formar glicolipídios ou glicocálix.

Modificações da membrana celular:

1. Microvilosidades:

São dedo tipo evaginação de 0, 6-0, 8 µm de comprimento e 0, 1 µm de diâmetro que são encontrados na superfície livre das células envolvidas na absorção, por exemplo, células intestinais, células hepáticas, células mesoteliais, túbulos uriníferos. A superfície que possui microvilosidades é chamada borda estriada ou borda em escova.

Microvilosidades aumentam a área de superfície várias vezes. Eles são sustentados por uma teia de microfilamentos, actina juntamente com miosina, tropomsoína, espectrina, etc. Os espaços estreitos entre as microvilosidades participam da pinocitose.

2. Mesossomos:

Eles são plasmalemma infoldings encontrados em bactérias. Um tipo de mesossomo é anexado internamente ao nucleóide. É necessário para replicação nucleóide e divisão celular.

3. Complexos Juncionais:

São contatos entre células adjacentes que, no caso de células animais, são separadas por espaços de 150-200 Å preenchidos com fluido tecidual. Os mais importantes são:

(i) Interdigitações:

Há intertravamento de crescimento de membrana semelhante a um dedo entre duas células adjacentes. Interdigitações aumentam a área do contato entre duas células para troca de materiais.

(ii) Pontes Intercelulares:

Projeções de células adjacentes fazem contato para a rápida condução de estímulos.

(iii) Junções apertadas:

(Zonulae Occludentes, singular - Zonula Occludens). Aqui membranas plasmáticas de duas células adjacentes são fundidas em uma série de pontos com uma rede de cordões ou cordões de vedação. Junções apertadas ocorrem em epitélios com alta resistência elétrica e onde a filtração é para ocorrer através das células, por exemplo, capilares, células cerebrais, coletando túbulos dos rins.

(iv) Junções de folga:

As células adjacentes têm conexões protoplasmáticas através de cilindros de proteína especiais chamados conexões. Cada conexão é feita de seis subunidades de proteína idênticas ao redor de um canal hidrofílico.

v) Plasmodesmata:

São pontes protoplasmáticas entre as células das plantas que ocorrem nas áreas das cavidades ou poros da parede celular.

(vi) Desmossomas:

(Maculae Adherentes, singular - Macula Adherens). As membranas adjacentes possuem espessamentos em forma de disco de cerca de 0, 5 (diâmetro de am, um número de tonofibrilas (= tonofilamentos) e ligadores transmembranares embutidos em material intercelular denso. Os desmossomas funcionam como pontos de solda e são chamados de desmossomos localizados. para interromper.

(vii) Barras terminais:

(Belt Desmosomes, Zonulae Adherentes, singular - Zonula Adherens. Junção Intermediária). Barras terminais são desmossomos sem tonofibrilas. Bandas de espessamentos ocorrem na superfície interna da membrana. As bandas contêm microfilamentos e filamentos intermediários.

Funções das membranas celulares:

1. A principal função das membranas celulares é a compartimentação. Como membranas plasmáticas, elas separam as células de seu ambiente externo. Como coberturas de organelas, permitem que as organelas celulares mantenham sua identidade, ambiente interno específico e individualidade funcional.

2. As membranas permitem o fluxo de materiais e informações entre diferentes organelas da mesma célula, bem como entre uma célula e outra.

3. Como plasmodesmata e junções comunicantes, as bio-membranas fornecem conexões orgânicas entre as células adjacentes.

4. As membranas plasmáticas, assim como outras membranas das organelas, têm permeabilidade seletiva, isto é, permitem que somente substâncias selecionadas passem para dentro em graus selecionados. As membranas são impermeáveis aos outros.

5. As membranas biológicas têm a propriedade de retentividade, isto é, não permitem a passagem para fora de substâncias já permitidas de entrada.

6. A membrana plasmática possui substâncias específicas em sua superfície que funcionam como centros de reconhecimento e pontos de ligação.

7. Substâncias ligadas à membrana celular determinam a especificidade do antígeno. Glicoforinas presentes na superfície dos eritrócitos funcionam como determinantes antigênicos. Antígenos de histocompatibilidade significam se uma célula ou tecido estranho deve ser incorporado ou rejeitado.

8. A membrana celular possui receptores para certos hormônios. O hormônio combina-se com seus receptores particulares e altera a permeabilidade da membrana ou ativa a enzima adenilato ciclase para produzir AMP cíclico a partir de ATP. O AMPc dispara um conjunto de enzimas para realizar uma função específica.

9. As membranas possuem proteínas transportadoras para o transporte ativo.

10. As membranas celulares contêm enzimas para realizar determinada reação em sua superfície, por exemplo, ATP-ase (para síntese de ATP e liberação de energia de ATP), fosfatases, esterases etc.

11. Certas membranas celulares (por exemplo, membrana plasmática em bactérias, membranas tilacóides de cloroplastos, membrana mitocondrial interna) possuem sistemas de transporte de elétrons.

12. As membranas infoldes são usadas para a ingestão de materiais por endocitose.

Transporte de Membrana:

A passagem de substâncias através das membranas biológicas ou da membrana celular é provocada pelos seguintes métodos:

A. Transporte de Água:

(I) osmose:

Osmose é a difusão de moléculas de água ou solvente através da membrana plasmática de baixa pressão osmótica para alta pressão osmótica, isto é, de altos teores de água para baixo teor de água. A membrana plasmática atua como uma membrana diferencial, permitindo o movimento das moléculas de água para dentro e para fora, retendo os metabólitos.

B. Transporte de Íons e Moléculas Pequenas:

(II) Transporte Passivo:

É um modo de transporte de membrana em que a célula não gasta energia nem apresenta atividade especial. O transporte está de acordo com o gradiente de concentração. É de dois tipos, difusão passiva e difusão facilitada.

(a) Difusão passiva ou transporte através das membranas celulares:

Aqui a membrana celular desempenha um papel passivo no transporte de substâncias através dela. A difusão passiva pode ocorrer através da matriz lipídica da membrana ou com a ajuda de canais.

i) Substâncias solúveis lipídicas:

Foi descoberto por Overton (1900) que substâncias lipossolúveis passam rapidamente através da membrana celular de acordo com o seu gradiente de concentração. Com base nessa descoberta, Overton propôs que as membranas celulares são feitas de lipídios.

ii) Transporte de canais:

A membrana possui canais na forma de proteínas de túnel que não transportam qualquer carga. Eles permitem que a água e os gases solúveis (CO ₂ e O ₂ ) passem de acordo com o seu gradiente de concentração. Osmose é um exemplo de tal transporte.

Se duas soluções de diferentes concentrações são separadas por uma membrana semipermeável, as moléculas do solvente se movem através da membrana da menos concentrada para a solução mais concentrada. Este processo, a difusão de moléculas de solvente em uma região em que há uma maior concentração de soluto para o qual a membrana é impermeável, é chamado de osmose.

A filtração é difusão sob pressão através de uma membrana com poros diminutos. Ultra filtração ocorre durante a filtração glomerular no interior dos rins. A diálise é o processo de separar pequenas partículas (por exemplo, solutos cristalinos) das maiores (por exemplo, colóides) devido à diferença na taxa de difusão através de uma membrana com poros muito diminutos.

(b) Difusão facilitada:

Ela ocorre através da ação de proteínas de membrana especiais chamadas permeases. Quando esse transporte mediado pela transportadora é de uma área de maior concentração, a energia não é necessária e o processo é chamado de difusão facilitada. Como resultado, a taxa de transporte é específica do estéreo.

A entrada de glicose nos corpúsculos vermelhos do sangue é uma difusão facilitada.

O processo de difusão facilitada envolve os seguintes passos:

1. As moléculas difusas combinam-se com as moléculas específicas de proteína transportadora, formando complexos proteína-transportadora.

2. A forma da molécula de proteína transportadora muda em resposta à molécula difusora de modo que os complexos de proteína transportadora ligados à membrana se formem, canais.

3. A forma da molécula de proteína transportadora muda em resposta à molécula difusora, permitindo que a molécula atravesse a membrana plasmática.

4. Uma vez que a molécula difusora tenha atingido o outro lado, a mudança na forma da molécula transportadora (alteração conformacional) diminui sua afinidade com a molécula difusora e permite que ela seja liberada.

5. Após a liberação da molécula difusora, a molécula transportadora-proteína retoma a forma original.

A difusão facilitada permite que as moléculas atravessem a membrana impermeável ou pouco permeável.

A difusão facilitada difere da difusão simples nas seguintes características:

(i) A difusão facilitada é específica do estéreo (o isómero L ou D é transportado).

(ii) mostra cinética de saturação.

(iii) A difusão facilitada requer um transportador para o transporte através da membrana. As moléculas de proteína transportadora movem-se de um lado para o outro através da membrana por difusão térmica.

(III) Transporte Ativo:

É um movimento de subida de materiais através das membranas onde as partículas de soluto se movem contra a sua concentração química ou gradiente eletroquímico. Esta forma de transporte requer energia que é fornecida quase exclusivamente pela hidrólise do ATP.

O transporte ativo ocorre no caso de íons e não-eletrólitos, por exemplo, captação de sal pelas células vegetais, íons, glicose e fenolftaleína no caso de túbulos renais, sódio e potássio no caso de células nervosas etc. É apoiado por várias evidências:

(a) A absorção é reduzida ou interrompida com a diminuição do teor de oxigênio do ambiente circundante.

(b) Inibidores metabólicos como cianetos inibem a absorção.

c) As células acumulam frequentemente sais e outras substâncias contra o seu gradiente de concentração.

(d) O transporte ativo mostra a cinética de saturação ou seja, a taxa de transporte aumenta com o aumento da concentração de soluto até que um máximo seja alcançado. Além deste valor, a taxa de transporte de membrana não aumenta, indicando que ocorre através da ação de moléculas orgânicas especiais chamadas moléculas transportadoras, partículas transportadoras ou proteínas transportadoras.

As moléculas transportadoras são ATP ases, enzimas que catalisam a hidrólise do ATP. A mais importante dessas ATPases é Na ⁺ -K ⁺ ATP ase, também conhecida como bomba Na ⁺ -K ⁺ . Existem, além disso, H ⁺ -K ⁺ ATPases na mucosa gástrica e nos túbulos renais.

Existe uma molécula transportadora especial para cada partícula de soluto. O transportador tem o seu local de ligação em duas superfícies da membrana. As partículas de soluto combinam-se com o transportador para formar um complexo portador-soluto. No estado ligado, o transportador sofre uma mudança conformacional que transporta o soluto para o outro lado da membrana. A energia é usada para provocar a mudança conformacional no transportador. É fornecido pelo ATP. No processo, o ATP é desfosforilado para formar ADP. As proteínas transportadoras são de três tipos.

1. Uniport:

Eles transportam apenas uma substância.

2. Symports:

Em alguns casos, o transporte exige a ligação de mais de uma substância à proteína de transporte e as substâncias são transportadas através da membrana. Um exemplo é o simporto na mucosa intestinal que é responsável pelo co-transporte por difusão facilitada de Na ⁺ e glicose do lúmen intestinal nas células da mucosa.

3. Antiportos:

Eles trocam uma substância por outra. A Na ⁺ -K ⁺ ATPase é um antiporto típico.

Muitas células animais operam uma bomba de troca de sódio e potássio na sua membrana plasmática. Uma bomba de prótons semelhante opera em cloroplastos, mitocôndrias e bactérias. A bomba de troca Na ⁺ -K ⁺ opera com a ajuda da enzima ATP-ase, que também funciona como uma molécula transportadora.

A enzima hidrolisa o ATP para liberar energia. A energia é usada para provocar mudanças conformacionais no transportador. Para cada molécula de ATP hidrolisada, três íons Na ⁺ são bombeados para fora e dois íons K ⁺ são bombeados para dentro.

A bomba de permuta Na ⁺ - K ⁺ desempenha as seguintes funções: (i) Mantém um potencial positivo no lado externo da membrana e um potencial relativamente eletronegativo no lado interno,

(ii) a bomba cria um potencial de repouso nas células nervosas,

(iii) A bomba mantém o balanço hídrico das células vivas.

(iv) ajuda na formação de urina,

(v) participa na excreção de sal como em animais marinhos. As gaivota e os pinguins bebem a água do mar. Eles excretam o excesso de sal pelas glândulas nasais. As glândulas salinas nasais têm bomba de sódio-potássio nas membranas plasmáticas de suas células. Os íons Na ⁺ são bombeados ativamente. Os íons de cloro passam passivamente. A secreção nasal das duas aves possui 1, 5 a 3, 0 vezes mais concentração de NaCl do que a presente no sangue.

(vi) Os iões de Na ^{+ em} excesso não secretados e não metabolizados, presentes no fluido extracelular, têm tendência para passar de novo para as células. Outras substâncias se combinam com íons de sódio e passam para dentro junto com elas, por exemplo, glicose, aminoácidos no intestino. O fenômeno é chamado de transporte ativo secundário em comparação com a bomba de troca Na ^{+ -} K ^+, que é chamada de transporte ativo primário.

Outras bombas importantes incluem bomba de cálcio (RBCs, músculos), bomba K ⁺, bomba CP, bombas de troca K ^{+ -} H ⁺ . O último ocorre em células de guarda.

O transporte ativo é um meio de (i) absorção da maioria dos nutrientes do intestino (ii) reabsorção de material útil dos túbulos uriníferos (iii) absorção rápida e seletiva de nutrientes pelas células (iv) manutenção do potencial de membrana (v) manutenção do potencial de repouso em células nervosas (vi) manutenção de água e equilíbrio iônico entre células e líquido extracelular, (vii) excreção de glândulas salinas.

C. Transporte de partículas sólidas (transporte a granel):

O transporte em massa para dentro e para fora ocorre através da membrana plasmática por invaginação e evaginação da membrana. O transporte a granel é útil no transporte de moléculas grandes que teriam dificuldade em passar normalmente através da membrana celular. Endocitose e exocitose são as duas maneiras pelas quais o transporte a granel é realizado.

(IV) Endocitose é o processo de englobar partículas de grande porte de substâncias alimentares ou de substâncias estranhas. De acordo com a natureza das substâncias, a endocitose pode ser:

(i) A pinocitose ou o consumo de células é o processo de ingestão de material fluido pela célula.

(ii) Micro pinocitose é a pinocitose de nível subcelular ou sub-microscópico.

(iii) A Rhofocitose é a transferência de pequenas quantidades de citoplasma juntamente com a sua inclusão.

(iv) A fagocitose engloba partículas de grande tamanho de alimento sólido ou matéria sólida pela célula.

(V) A exocitose é o processo de exsudar os produtos da secretaria para fora do citoplasma da célula. Também é conhecido como emeicytosis ou vômito celular. Nas células do pâncreas, os vacúolos que contêm enzimas se movem do interior do citoplasma para a superfície. Aqui eles se fundem com a membrana plasmática e descarregam seu conteúdo para o exterior.