MEMBRANA PLASMÁTICA - 2° SÉRIE DO ENSINO MÉDIO - CONTEÚDO PARA AVALIAÇÃO

CONTÉUDO PARA AVALIAÇÃO 2° SÉRIE DO ENSINO MÉDIO

MEMBRANA PLASMÁTICA

A membrana plasmática, também chamada plasmalema ou membrana celular, é o envoltório flexível e extremamente fino que reveste todos as células.

As células de qualquer ser vivo apresentam membranas com composição e estrutura semelhantes. Existem, porem, variações que fazem cada tipo de célula ser único e diferente dos demais.

·         COMPOSIÇÃO E ESTRUTURA DA MEMBRANA

A membrana plasmática é composta de lipídios e proteínas. Os lipídios são principalmente fosfolipídios, mas o colesterol e glicolipídios também estão presentes, em menor proporção. É comum haver moléculas de carboidrato associados as proteínas e aos lipídios da membrana.

Alem de conhecer a composição da membrana plasmática, os cientistas também pesquisaram sua estrutura, isto é, o modo como essas substancias estão arranjadas. Em 1972, os pesquisadores norte- americanos S. Jonathan Singer e Garth Nicholson sugeriram um modelo, aceito ate hoje, capaz de explicar a maior parte de suas propriedades. Devido a grande mobilidade dos componentes da membrana, o modelo proposto por Singer e Nicholson também chamado modelo de mosaico fluido.

ü  Lipídios da membrana

De acordo com o modelo do mosaico fluido, a membrana plasmática é formada por duas camadas de moléculas de fosfolipídios. As camadas estão organizadas de modo que as moléculas de fosfolipídios mantenham suas caudas apolares (hidrofóbicas) em contato.

As mesmo tempo, as extremidades polares ficam em contato com o citoplasma e o meio extracelular, ambos contendo grande quantidade de água.

As moléculas de fosfolipídios movem-se livremente, porem sem perder o contato umas com as outras. Isso confere a membrana propriedades como elasticidade, flexibilidade e regeneração.

ü  Proteínas da membrana

O modelo de Singer e Nicholson sugere que as moléculas de proteína estão inseridas na bicamada lipídica. As proteínas podem deslocar-se horizontalmente ao longo dessa superfície ou, ainda da face interna para a externa em dois grupos.

Ø  Proteínas transmembranas atravessam a bicamada lipídica de lado a lado.

Ø   Proteínas periféricas não atravessam a bicamada lipídica. As moléculas dessas proteínas despontam apenas de um dos lados internos ou externos, da membrana plasmática.

A grande variedade de proteínas presentes na membrana confere características próprias a cada tipo de célula.

ü  Carboidratos da membrana

Desde dos meados do século XX sabia-se que certas células, quando separadas voltavam –se a se unir em um novo agregado. Observações também desmontaram a capacidade de reconhecimento mutuo das células. Por exemplo, o espermatozóide, em geral, liga-se aos de espécies diferentes. Algumas bactérias reconhecem e atacam órgãos específicos.

Os carboidratos associados aos lipídios e as proteínas da membrana plasmática são essenciais para o reconhecimento célula. A composição, quantidade e disposição dessas moléculas varia de acordo com o tipo de célula e representa uma espécie de impressão digital celular. Isso possibilita que não pertencem ao organismo sejam reconhecidas e rejeitadas pelo sistema imunitário. A rejeição pode ocorrer, por exemplo em transplantes de órgãos e transfusões entre tipos não compatíveis de sangue. Os tipos de sangue A, B, AB e O são definidos de acordo com o tipos de glicolipídios e glicoproteínas presentes na membrana celular das hemácias, células vermelhas do sangue.

O reconhecimento celular também permite que células de um mesmo organismo se identifiquem, como acontece entre neurônios, que associam formando redes. 

·         FUNÇÕES DA MEMBRANA PLASMÁTICA

A membrana plasmática desempenha varias funções, dentre as quais se destacam o reconhecimento e o transporte de substancias.

ü  Reconhecimento de substancias.

Na membrana plasmática existem proteínas receptoras que reconhecem a presença de determinadas substancias no meio extracelular. Essas substancias, chamadas mensageiras ou ligantes, atuam com estimulo, ou seja, como sinal ao qual a célula responde, modificando seu funcionamento.

Existem muitos tipos de receptores na membrana. Cada um deles interage com ligantes diferentes, como um mecanismo chave fechadura. Assim, uma molécula mensageira só poderá interagir com uma célula que possua, em sua membrana, os receptores correspondentes.

ü  Transporte de substancias.

A célula troca substâncias com o meio continuamente. Substancias fundamentais para a sobrevivência da célula, como o gás oxigênio, aminoácidos e glicose, devem passar do meio externo para o interior celular. Da mesma maneira, a célula produz substancias que devem ser eliminadas, como o gás carbônico.

·         PERMEABILIDADE SELETIVA

As trocas de substâncias entre as células e o meio externo são efetuadas pela membrana celular. Ao mesmo tempo em que atua com uma barreira entre a célula e o meio externo, a membrana celular também permite a passagem de substancias para dentro ou para fora da célula.

Entretanto, nem todas as substancias passam pela membrana celular, enquanto algumas moléculas podem atravessá-la livremente. Por ser permeável a algumas substancias e impermeável a outras, a membrana celular é considerada uma membrana semipermeável. A propriedade da membrana se selecionar algumas das substancias que a atravessam é chamada de permeabilidade seletiva. As substancias que atravessam membranas não fazem por um só caminho, há diferentes processos envolvidos nesse transporte. Esses processos podem ser classificados de acordo com a energia gasta pela célula.

·         TRASNPORTE POR PROCESSOS PASSIVOS

Esse tipo de transporte ocorre espontaneamente, por isso também é chamado de transporte passivo. As substancias entram ou saem da célula de acordo com as diferenças de concentração dentro ou fora dela, sem gasto de energia pela célula.

ü   Difusão simples

Átomos e moléculas estão em movimento constante. Esse movimento é mais intenso nos gases do que nos líquidos, e mais intenso nestes do que nos sólidos.

A intensidade do movimento também depende da temperatura, quanto mais quente, mais movimento. Essa característica afeta muito processos que ocorrem nos seres vivos, incluindo o transporte de substancias através da membrana.

A difusão ocorre sempre da região onde há maior concentração de soluto em direção a região de menor concentração, ou seja, ela ocorre a favor do gradiente de concentração. Esse processo faz o gradiente de concentração diminuir a medida que o soluto se difunde da região de maior concentração para a região de maior concentração, até atingir uma distribuição homogênea.

Algumas substancias entram ou saem das células por difusão. Para que isso ocorra são necessários dois fatores.

Ø  A existência de um gradiente de concentração dentro e fora da célula.

Ø  A membrana celular deve ser permeável ao soluto.

Os gases respiratórios são exemplos de substancias que se difundem através da membrana plasmática. Quando chega aos pulmões, o sangue venoso tem alta concentração de gás carbônico e baixa concentração de gás oxigênio. O contrario ocorre nos alvéolos pulmonares, onde o ar inspirado apresenta alta concentração de gás oxigênio e baixa concentração de gás carbônico. Ocorre, então, difusão de gás carbônico do sangue em direção aos alvéolos pulmonares e difusão dos gás oxigênio dos alvéolos pulmonares em direção ao sangue.

ü  Osmose

Muitas vezes, a membrana celular é impermeável ao soluto de uma solução, mas permeável ao solvente. Nesse caso, o soluto não poderia atravessar a membrana. Haverá, porem, deslocamento de solvente do lado com menor concentração do soluto para o lado que com maior concentração. A tendência é que ao passar do tempo, as concentração se igualam. Esse fenômeno, deslocamento do solvente através de uma membrana semipermeável contra o gradiente de concentração do soluto, é denominado osmose.

A osmose pode ser considerada um tipo especial de difusão e, portanto ocorre sem gasto de energético da célula. Trata-se de um fenômeno muito frequente nos seres vivos, que ocorre tanto em células animais como em células vegetais.

Osmose em células animais

Quando o meio extracelular tem a mesma concentração do citoplasma (isotônico), a água atravessa a membrana plasmática igualmente para dentro e para fora. Nesse caso a quantidade de água que entra na célula é aproximadamente igual a quantidade de água que sai dela.

Se o meio extracelular tiver concentração menor do que o citoplasma (hipotônico) ocorrerá passagem de água do meio menos concentrado, o lado de fora da célula para o meio mais concentrado, o lado de dentro da célula. Por essa razão, as células mergulhadas em solução hipotônicas tendem a absorver água. Entretanto, se a absorção de água for muito grande, a célula incha ate que a membrana celular se rompa, levando a morte da célula.

O meio também pode ser hipertônico, ou seja, mais concentrado do que o citoplasma. Células mergulhadas em soluções hipertônicas tendem a perder água para o meio ate que as concentração dentro e fora da célula se igualem. Isso acontece por que a água se dirige do meio menos concentrado, neste caso, o interior da célula, para o meio externo, mais concentrado. Por isso, a célula pode murchar.

Osmose em células vegetais

Células vegetais também absorvem ou perdem água por osmose. Como em qualquer outra célula imersa em meio hipertônico, a perda de água por osmose pode levar ao murchamento. As células vegetais, porem, apresentam, alem da membrana plasmática, uma parede celulósica menos flexível que a membrana. Por isso, quando a célula murcha, a membrana se deforma, mas a parede celular não sofre a mesma deformação. Como consequência, pode haver o deslocamento da membrana plasmática da parede celular, fenômeno denominado plasmólise.

A plasmólise pode ser revertida se as células forem imersas em meio hipotônico. Nesse caso, a célula absorve água por osmose, tornando-se novamente túrgida, ou seja, inchada. Esse fenômeno é denominado deplasmólise. Se a diferença de concentração persistir a célula absorve mais água. A presença da parede celular, porem, impede que a célula continue inchando. Assim, não ocorre o rompimento da membrana celular plasmática.

Regulação osmótica ou osmorregulação

Alguns organismos vivem em meios isotônicos, como protozoários e certos invertebrados marinhos. Nesses seres, as células tem concentração de sais equivalente a do meio externo. Por isso, a quantidade de água em seu interior se mantêm constante, sem entrada ou saída de grandes volumes de liquido.

As células dos organismos que vivem em água doce, como peixes e microorganismos, porem, tem concentração de sais maior do que a água ao seu redor. Neles, a água tende a entrar por osmose, o que tornaria os líquidos corporais e o citoplasma mais diluído. Nessa situação o excesso de água deve ser eliminado contra o gradiente osmótico, implicando gasto energético.

Por outro lado, existem organismos que vivem em ambientes com concentração salina maior do que as de suas células, como os peixes marinhos. Nesse caso, a tendência é que a água seja eliminada por osmose, o que eu causaria a desidratação das células e dos organismos. Entretanto, a simples absorção de água do meio não resolve o problema da reidratação, pois a água circundante é hipertônica, ou seja, mais concentrada. Esses organismos precisam gastar energia para eliminar o excesso de sais, o que ocorre frequentemente através de órgãos especiais. E por isso que em geral, peixes de água salgada não podem ser mantidos em aquários de água doce, e os de água doce não podem permanecer em aquários com a água salgada.  

ü  Pressão osmótica

Imagine duas soluções de concentrações diferentes separadas por um membrana semipermeável, nessa situação, a solução de maior concentração de soluto exerce uma pressão osmótica sobre a solução menos concentrada. Quanto maior for a diferença de concentrações entre as soluções, maior será a pressão osmótica.

A medida que o tempo passa, a água tende a deslocar-se por osmose em direção a solução com maior concentração de soluto. Como consequência, o nível de liquido no interior do tubo se eleva. Entretanto, quanto mais alto o nível do liquido, maior é a pressão que ele exerce para baixo.

A osmose continua ate que as concentrações se igualem ou ate que o peso da coluna de liquido no tubo exerça uma pressão equivalente a pressão osmótica.

É esse processo que ocorre em nosso organismo quando tomamos soro caseiro (composto por água, sal e açúcar), em caso de desidratação. Quando os íons sódio são absorvidos pelas células, com eles entra também a água, por osmose. Por isso, para nos reidratarmos, o soro é mais eficiente que a água pura.

Difusão facilitada

Algumas substâncias podem atravessar a membrana através de proteínas presentes nela. Essa proteínas, chamadas transportadoras. Podem ser divididas em dois grupos.

As proteínas canal atuam como canais ou poros através dos quais determinadas substancias, geralmente íons, atravessam a membrana.

As permeases ou proteínas carregadoras mudam de formato ao unir-se a certas moléculas, transportando –as através da membrana. Em geral, aminoácidos, monossacarídeos e nucleotídeos atravessam a membrana por meio desse tipo de proteína.

As proteínas transportadoras possibilitam a passagem de moléculas, que não atravessam membrana por difusão simples. O processo denominado difusão facilitada, ocorre a favor do gradiente de concentração e não implica gasto de energia pela célula. Alem disso, somente as moléculas que se encaixam no formato das proteínas transportadoras atravessam a membrana. Assim, o transporte é seletivo, ou seja, permite a passagem de algumas moléculas, mas impede a de outras.

TRANSPORTE ATIVO

Muitas vezes, a célula gasta energia para transportar substancias ativamente, ou seja, contra o gradiente de concentração. Esse tipo de transporte, realizado por alguns tipos de proteínas, também é conhecido como transporte ativo

Bomba de sódio e potássio

A bomba de sódio e potássio é um dos exemplos mais importantes de transporte ativo. A maior parte das células animais apresenta concentração de íons potássio K+ superior a do meio externo. O contrario ocorre com os íons sódio Na+, mais concentrado no meio extracelular. Assim, existe um diferença de concentração desses íons dentro e fora da célula. Essa diferença tende a diminuir espontaneamente a medida que os íons entram ou saem da célula por difusão facilitada.

No entanto, para funcionamento da célula é fundamental que a diferenças de concentração de Na+ e K+ sejam mantidas. Para isso, a célula precisa trabalhar ativamente para transportar Na+ para fora e K+ para o interior. Esse transporte é realizado por um tipo de proteína presente na membrana plasmática, que também funciona como enzima, denominada Na-K-ATPase ou simplesmente bomba de sódio e potássio.

Nesse processo, a cada três íons Na+ que a enzima bombeia para fora da célula, dois íons de K+ são bombeados para dentro. Uma vez que o transporte de íons positivos para fora da célula é maior do que para dentro, a bomba de sódio e potássio faz o interior das células ficar mais negativo do que o meio, criando uma diferença de cargas elétricas entre dois lados da membrana.

Entretanto, a bomba de sódio e potássio gasta uma grande quantidade de energia, armazenada em uma substancia chamado trifosfato de adenosina. ATP. Ao utilizar a energia  contida no ATP, a bomba de sódio e potássio desacopla um fósforo da molécula, originando outra substancia, chamada de difosfato de adenosina ADP.

·         TRASNPORTE POR MEIO DE VESÍCULAS

Esse tipo de transporte envolve endocitose e exocitose. Endocitose é o nome dado para transporte de moléculas muitos grandes, macromoléculas, para o interior da célula, ou para ingestão de diversos materiais. Para a eliminação de substâncias, usa-se o termo excitose. Ambos os tipos envolvem a formação de vesículas membranosas e gasto de energia.

ü  Endocitose

A ingestão de partículas sólidas de grande tamanho é chamada fagocitose, e a ingestão de partículas liquidas, ou de partículas sólidas de pequeno tamanho, pinocitose. Em ambos os casos a partícula é capturada pela célula.

Ø  Fagocitose ocorre em algumas células de animais e em muitos protozoários. As amebas, por exemplo, fagocitam bactérias e partículas orgânicas.

No ser humano e em outros animais, a fagocitose é realizada por um tipo de célula do sangue, um glóbulo branco denominado macrófago. Nesse caso, é por meio da fagocitose que a célula elimina microorganismos invasores do corpo. Matérias inorgânicos, como partículas de poeira inaladas na respiração, também podem ser alvo do ataque de macrófagos. O macrófago, que faz parte do sistema imunitário humano, é capaz de interiorizar aproximadamente o dobro de sua própria superfície no intervalo de 1 hora.

 

Ø  Pinocitose ocorre em quase todas as célula animais, é por pinocitose que as células da superfície interna do intestino absorvem gotículas de lipídios presentes no bolo alimentar. Outras células do corpo também realizam pinocitose, capturando lipídios, como colesterol utilizado na produção da membrana plasmática. A pinocitose também resulta na interiorização de grandes quantidades de membrana.

ü  Exocitose

Na exocitose, vesículas citoplasmáticas que contem macromoléculas são transportadas do interior ate a superfície das células. As vesículas se fundem a membrana plasmática e eliminam seu conteúdo para o meio extracelular.

É por meio desse processo que muitas glândulas secretam substancias. Resíduos da digestão intracelular também podem ser eliminados por excitose. Macrófagos, por exemplo, ingerem grandes quantidades de microorganismos por fagocitose. Uma vez englobados, estes vão sofrer a ação de enzimas digestivas produzidas pelo próprio macrófago. Os resíduos não digeridos ficam armazenados temporariamente em vesículas, que posteriormente se aproximam da membrana, fundem-se a ela e eliminam seu conteúdo no meio externo. Nesse caso, o processo recebe a denominação de clasmocitose.

Transcitose

Os mecanismo de endocitose e de exocitose podem ocorrer de forma coordenada, resultando na transcitose. Nesse processo, uma vesícula de endocitose atravessa todo o citoplasma celular, a partir de seu ponto de origem ate o lado oposto da célula, onde se transforma em uma vesícula de exocitose.

ENVOLTÓRIOS EXTERNOS A MEMBRANA PLASMÁTICA

A maioria das células apresenta algum tipo de envoltório, localizado externamente a membrana plasmática e aderido a esta. Esses envoltórios geralmente estão associados a proteção da membrana e as trocas de substâncias entre a célula e o meio. Os biólogos classificam os envoltórios externos de acordo com sua composição química e com o tipo de organismo em que ocorrem. Alguns envoltórios celulares são o glicocálix e as paredes celulares.

Glicocálix

O glicocálix é uma cobertura de 10nm. A 20nm. De espessura presente nas células de animais e de alguns protozoários. É composto por glicolipídios (moléculas de carboidratos associados aos lipídios da membrana) e glicoprotídios (moléculas de carboidratos associados as proteínas da membrana) produzidos pela própria célula e constantemente renovados.

O glicocálix desempenha diversas funções.

1.              Envolve a célula, desempenhando um papel de proteção mecânica.

2.              Constitui um microambiente especifico da célula, pois retém substancias que conferem acidez e salinidade especificas.

3.              Atua no reconhecimento celular, seja entre células do mesmo organismo, do sistema imunitário ou invasoras.

Paredes celulares

A parede celular é um envoltório presente em células de bactérias, plantas, algas e fungos. Apresenta espessura variável, mas é suficiente desenvolvida para ser visualizada com o microscópio de luz. A composição das paredes celulares inclui vários tipos de compostos, nos fungos ocorre a quitina, e as algas e plantas predomina a celulose.

Parede celular bacteriana

As células quase todas as bactérias são envolvidas externamente por uma estrutura rígida e porosa, constituída por um carboidrato complexo denominado peptidoglicano. Essas longas moléculas ficam entrelaçadas formando uma espécie de rede. 

Mesmo sendo muito resistente, a parede celular bacteriana é permeável a água e permite a difusão de nutrientes e de outras moléculas. Algumas funções da parede celular bacteriana:

1.              Confere o formato característico a célula.

2.              Impede a expansão do citoplasma e rompimento da célula por absorção excessiva de água.

3.              Protege a célula. Bactérias com a parede celular danificada tornam-se fragilizadas, sofrendo rompimento por excessivo absorção de água, ou são facilmente atacadas por outras células e por microorganismo. Muitos antibióticos atuam sobre a parede celular bacteriana, fragilizando sua estrutura ou mesmo promovendo sua dissolução. Dessa maneira, as bactérias não encontram condições de sobrevivência no organismo, sendo mais facilmente combatidas pelo sistema imunitário.

Parede celulósica

A parede das células vegetais recebe o nome de parede celulósica por conter grande quantidade de celulose, um tipo de carboidrato.

Estrutura

Nas células vegetais jovens, recém formadas, a parede celulósica é constituída por duas camadas, a parede primaria e a lamela média. Quando a célula atinge seu tamanho definitivo, forma-se a parede secundaria, situada entre a membrana plasmática e a parede primaria.

A parede primária é delgada e flexível e não impede o crescimento da célula. É constituída principalmente por celulose e outras substancias, como hemicelulose e pectina.

A lamela média localiza-se entre as paredes primarias de células vizinhas. É composta de pectina, substancia que permite aderência a essas paredes e pode apresentar lignina, que confere maior rigidez aos tecidos.

Essas barreiras são atravessadas por estruturas denominadas plasmodesmos, verdadeiros canais de comunicação entre os citoplasma de células vizinhas.

As células que apresentam parede secundária muito desenvolvida geralmente estão mortas. A parede secundária é mais espessa e mais rígida que a parede primária. Sua composição química inclui principalmente microfibrilas de celulose organizadas em varias camadas sobrepostas, formando uma malha altamente resistente. Em alguns casos, a parede secundária também contem lignina, substancia que confere extrema rigidez e dureza a alguns tecidos vegetais, como os que formam a madeira. Veras e resinas também são comuns, dotando as madeiras de odores característicos e grande resistência a decomposição por microorganismos. Em tecidos vegetais de revestimento é comum o acumulo de suberina, um composto graxo que impede a passagem de água.

Funções da parede celulósica

Ø  Protege a célula e mantém seu formato.

Ø  Contribui para adesão e comunicação entre células vizinhas.

Ø  Impede a entrada excessiva de água, que poderia causar o rompimento de célula.

Ø  Por sua rigidez, contribui para manter a postura da planta.