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Membrana Plasmática
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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.
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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.
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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.
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Membrana Plasmática
• 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.
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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.
Formado por 2 camadas de lipídios envolvidas por 2 camadas de proteínas.
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).
Fosfolipídios Proteínas
Colesterol
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Modelo do Mosaico Fluido
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• 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.
Estrutura da Membrana Plasmática
Membrana de hemácia ao Microscópio Eletrônico com aumento de 240.000 x
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ExtremidadeHidrofílica
CadeiaHidrofóbica
Meio extracelular
Meio intracelular
(a) Bicamada de fosfolipídios da membrana
Lipídios de Membrana Plasmática
• 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.
• Os fosfoglicerídeos e os esfingolipídios contêm o radical fosfato e são chamados de fosfolipídios.
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Proteína transmembrana
Cadeia gilcídica de glicoproteína
Proteínaperiférica
Cadeia glicídica de glicolipídio
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 osglicoesfingolipídios, que são componentes de muitos receptores da superfície celular.
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Proteínas da Membrana Plasmática
• 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.
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RegiãoHdrofílicada proteína
Bicamada defosfolipídios
Região hidrofóbicada proteína
Modelo do mosaico fluido
Proteínas da Membrana Plasmática
– 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.
• As proteínas da membrana possuem resíduos hidrofílicos e hidrofóbicos, e ficam mergulhadas na camada lipídica, de tal modo que:
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Proteínas da Membrana Plasmática
• 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.
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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.
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Funções da Membrana Plasmática
Fibras da matrizextracelular
Citoesqueleto Citoplasma
Adesão do citoesqueletoà matriz extracelular
a
bReconhecimentocelular
c
d
Atividade enzimática
Transporte
e Junção Intercelular f Reconhecimento
célula-célula
Citoplasma
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Propriedades da Membrana Plasmática
Boa elasticidade Devido a presença de proteínas específicas que oferecem esta capacidade.
Boa capacidade de regeneração Ocorre regeneração rápida para pequenas rupturas de membrana.
Boa resistência elétrica Devido a presença dos lipídios que são bons isolantes térmicos e elétricos.
Baixa tensão superficial A força de união entre as moléculas de lipídios é pequena.
Permeabilidade seletiva A membrana seleciona tudo o que entra ou sai da célula.
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Poros ou Canais
• 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 (+)
• 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.
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Poros ou CanaisDiâmetro dos Canais vs. Volume dos Transeuntes
• Além da carga, o diâmetro dos canais seleciona os passantes conforme o volume dos íons.
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”
Canal protéico
Meio extracelular
Citoplasma
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Zonas de Difusão Facilitada (ZDF)
• 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.
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Receptores
• 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.
Membranaplasmática Hepatócito Colesterol
processado
Colesterol
Proteína
Partícula de LDL
Capa de fosfolipídioReceptor
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Receptores para Hormônios Protéicos e Esteróides
Hormônios esteróides
Núcleo Citoplasma
Receptor na membrana
Vaso sangüíneo
Hormônios protéicos
Membrana celular
Receptorcitoplasmático
Ativação do mensageiro secundário
Enzimas ativadas
Resposta na célula-alvoEstimula a síntese
protéica
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Operadores
• 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.
• 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.
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Fisiologia da Membrana Plasmática
I.c - O sm ose
I.b - D ifusão Facilitada
I.a- D ifusão S im p les
I-Transportes Pass ivos II-Transporte A tiv o
III.b - P inoc itose
III.a- Fagocitose
III- Endocitoses
Transportes A través daM em brana P lasm ática
Obs: Concentração das Soluções•Solução Hipotônica = é a menos concentrada.
•Solução Hipertônica = é a mais concentrada.
•Soluções Isotônicas = são soluções iguais.
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Moléculas de corante Membrana
(a) Transporte passivo de um tipo de molécula.
Equilíbrio
(b) Transporte passivo de dois tipos de moléculas.
Equilíbrio
I- Transporte Passivo
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I.a -Difusão Simples
É a passagem de soluto do meio hipertônico para o meio hipotônico através de uma
membrana permeável.
A B
Antes Durante
C D
Depois
Solução Hipertônica
Solução hipotônica
Ocorre com:
O2,
CO2,
Íons minerais.
Soluções isotônicas
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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.
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.
IMPORTANTE:IMPORTANTE:
ocorre com:
aminoácidos,
monossacarídeos,
vitaminas.
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SoluçãoHipotônica
SoluçãoHipertônica Soluções Isotônicas
Molécula de açúcar(soluto)
Membrana
Osmose
I.c -Osmose
É a passagem de solvente do meio hipotônico para o meio hipertônico, através de uma membrana semi-permeável
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CélulaAnimal
Normal Hemólise
Plasmolisada
CélulaVegetal
Flácida Túrgida
MembranaPlasmática
(a) Solução Isotônica (b) Solução Hipotônica (c) Solução Hipertônica
Crenada
I.c -Osmose
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Pressão Osmótica
SC = SI - MSC: força de sucção celular total SI: sucção interna do vacúolo
M: força de resistência da parede celular.
SC = SI – M
SI = M
SC = 0
SC = SI – M
M = 0
SC = SI
SC = SI – M
M < 0
SC = SI – ( -M )
SC = SI + M
Célula Normal
P.C
M.P.
Núcleo
Citoplasma
Vacúolo
Célula Túrgida Em meio hipotônico
Célula plasmolisada
Em meio hipertônico
Célula Murcha
Ao ar atmosférico
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II- Transporte Ativo
É a passagem de soluto do meio hipotônico para o meio hipertônico, através de uma membrana permeável, com auxílio de proteínas
transportadoras.
Características:
1. Ocorre contra um gradiente de concentração.
2. Há gasto de energia (ATP).
3. Só ocorre em células vivas.
4. Utiliza-se das permeases, proteínas transportadoras.
5. Há acúmulo de mitocôndrias próximo ao local de transporte.
Bomba de Sódio e Potássio
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II- Transporte Ativo• 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.
Meio extracelular
Citoplasma
Bomba de Na+ e
K+
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II- Direção do Transporte Ativo• 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+
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Resumo dos Tipos de Transporte através das Membranas Celulares
Difusão simples Difusão facilitada
Transporte passivo Transporte ativo
BAIXA CONCENTRAÇÃO DE SOLUTOS
ALTA CONCENTRAÇÃO DE SOLUTOS
Bicamada lipídica
Canal protéico
Molécula transportada
Energia
Proteína transportadora
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III- Endocitose
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.
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.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.
FagossomaPseudópodo
Vacúolo digestivo Vacúolo residual
Clasmocitose
Alimento
Lisossomo primário
gotículas
Cél. intestinal invaginação
Pinossomo Vacúolo digestivo
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Endocitose
Meio extracelular
Citoplasma
MembranaPlasmática
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ExocitoseQuando 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.
VESÍCULA
MEMBRANAPLASMÁTICA
CITOPLASMA MEIO EXTRACELULAR
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Exocitose
Meio extracelular
MembranaPlasmática
Citoplasma
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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
5
6
Especializações da Membrana Plasmática Baso-Lateral
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Zônulas de Oclusão (ZO)
Zônulas de Adesão (ZA)
Desmossomos (D)
Junções Comunicantes (JC)
Junções Celulares
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Junções Celulares
• 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.
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Junções Celulares
• 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.
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Junções Celulares
• 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.
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Junções Celulares• 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).
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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
Junções Celulares
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Hemidesmossomos
- 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.
Hemidesmossomo
Fibrila de colágenoem corte transversal
Lâmina densada membrana basal
Lâmina rara
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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).
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Especializações da Membrana Plasmática Superficial
MicrovilosidadesCílios
Estereocílios
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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.