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A membrana plasmática é a fronteira que separa a célula viva do meio envolvente. A membrana plasmática exibe permeabilidade seletiva, permitindo que algumas substâncias a atravessem com mais facilidade do que outras MEMBRANAS CELULARES SÃO MOSAICOS FLUIDOS DE LIPÍDIOS E PROTEÍNAS Em 1935, Hugh Davson e James Danielli propuseram um modelo de sanduíche no qual a bicamada fosfolipídica situa-se entre duas camadas de proteínas globulares. Devido a problemas encontrados com este modelo, realizaram-se estudos posteriores para perceber a forma como as proteínas de membrana se dispunham face às regiões hidrofílicas e hidrofóbicas dos fosfolípidos. Em 1972, J. G. Singer e Nicolson sugeriu que a membrana é um mosaico de proteínas dispersas no interior da camada dupla, com apenas as regiões hidrofílicas expostas à água. As membranas foram quimicamente analisadas e verificou-se que são constituídas por proteínas e lipídios. Os cientistas que estudam a membrana plasmática explicaram que esta estrutura deve ser uma bicamada fosfolipídica. ÁGUA Cabeça Hidrofílica Cauda Hidrofóbica ÁGUA Os fosfolípidos são os lípidos mais abundantes na membrana plasmática. Os fosfolípidos são moléculas anfipáticas, contendo regiões hidrófobicas e hidrófilicas. O modelo de mosaico de fluido indica que uma membrana é uma estrutura fluida como um "mosaico" com várias proteínas embutidas na bicamada fosfolipídica Bicamada Fosfolipídica Regiões hidrófobicas das proteínas Regiões hidrófílicas das proteínas Estudos de fratura por congelação, técnica de preparação especializada, que divide de uma membrana ao longo do meio da camada dupla de fosfolípido da membrana plasmática confirmaram o modelo de mosaico fluido para esta membrana TECNICA RESULTADOS Camada extracelular Faca Membrana Plasmática Proteinas Interior da camada extracelular Camada citoplasmática Interior da camada citoplasmática A fluidez das membranas Os fosfolípidos na membrana plasmática podem movimentar-se dentro da bicamada. A maioria dos lípidos e algumas proteínas, movimenta-se lateralmente. Raramente há um movimento de “flip-flop” transversal entre moléculas da membrana. Movimento lateral (107 vezes por segundo) (a) Movimento dos fosfolípidos “Flip-flop” ( uma vez por mês) RESULTADOS Membrane proteins Mouse cell Human cell Mixed proteins after 1 hour Hybrid cell 1- Ao diminuir a temperatura, as membranas de mudam de um estado fluido para um estado sólido; 2- A temperatura na qual solidifica uma membrana depende dos tipos de lípidos que a constituí; 3- As membranas ricas em ácidos gordos insaturados são mais líquidas que as ricas em ácidos gordos saturados. As membranas devem ser fluidas para funcionarem corretamente; por ex. podem apresentar a fluidez do óleo de salada. Fluido Viscoso Caudas de hidrocarbonetos insaturados Caudas de hidrocarbonetos saturados (b) Fluidez da membrana O colesterol, é um esteróide que tem efeitos diferentes sobre a fluidez da membrana quando sujeita a diferentes temperaturas. Colesterol (c) Colesterol incorporado na Membrana Celular A temperaturas quentes (ex. 37 ° C), o colesterol restringe circulação de fosfolípidos. Em temperaturas frias, mantém a fluidez. Proteínas de Membrana e suas funções Fibras da matriz extracelular Glicoproteínas Glícidos Glicolípido Colesterol Microfilamentos do Citoesqueleto Proteínas PERIFÉRICAS Proteína INTRINSECA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA Uma membrana estabelece uma ligação com diferentes proteínas embebidas na matriz do fluido existente entre a bicamada fosfolipídica. Proteínas determinam a maioria das funções específicas da membrana. As proteínas periféricas estão ligadas à superfície da membrana de um dos seus lados; As proteínas intrínsecas ou integrais penetram no núcleo hidrofóbico podendo abranger toda a membrana designando-se proteínas transmembranares; As regiões hidrofóbicas de uma proteína intrínseca consistem em um ou mais grupos de aminoácidos não polares, geralmente enrolado em hélices alfa. N-terminus C-terminus Lado extracelular Citoplasma Helix As seis principais funções das proteínas de membrana são: Signaling molecule Enzimas ATP (a) Transporte Recetor Signal transduction (b) Atividade Enzimática (c) Transdução do Sinal Glycoprotein (d) Reconhecimento célula-céluls (e) Junção intercelular (f) Ligação ao citoesqueleto e à matriz O Papel da membrana Glícidos no reconhecimento célula-célula Células reconhecem-se entre si devido ligação a moléculas da superfície, `como os glícido na membrana plasmática. Os glícidos da membrana podem ligar-se covalentemente a lípidos e formam GLCOLÍPIDOS ou, mais vulgarmente, a proteínas formando GLICOPROTEÍNAS. Os hidratos de carbono no lado exterior da membrana plasmática variam entre as espécies, entre os indivíduos, e até mesmo entre os tipos celulares de um indivíduo. ER Há distinção entre os dois lados da membrana. Os glicolípidos e as glicoproteínas só existem no lado exterior da membrana. A distribuição assimétrica de proteínas, lípidos, e glícidos associados à membrana depende da ligação que se estabelece com o aparelho de RE e Complexo de Golgi. 1 Transmembrane glycoproteins Secretory protein Glycolipid Golgi 2 apparatus Vesicle 3 4 Secreted protein Plasma membrane: Cytoplasmic face Extracellular face Transmembrane glycoprotein Membrane glycolipid Estrutura da membrana resulta na permeabilidade seletiva A célula deve trocar materiais com o meio exterior, num processo que é controlado pela membrana plasmática. As membranas plasmáticas são seletivamente permeáveis, o que regula as trocas moleculares das células. As moléculas hidrófobicas (não polares), tais como moléculas de hidrocarbonetos, podem dissolver-se na bicamada lipídica e passam através da membrana rapidamente. As moléculas polares, tais como açúcares, não atravessam a membrana facilmente. O TRANSPORTE NA MEMBRANA: A- TRANSPORTE NÃO MEDIADO PASSIVO é a difusão SIMPLES de uma substância através de uma membrana sem investimento em energia. Consiste na difusão de uma substância através de uma membrana sem investimento em energia de acordo com um gradiente de concentração. B- TRANSPORTE MEDIADO *As proteínas de transporte permitem a passagem de substâncias hidrófilas através da membrana. *Outras proteínas de transporte , ligam-se a moléculas que mudam de forma para serem transportadas através da membrana. A proteína de transporte é específica para a substância que se move. Algumas proteínas de transporte, chamadas proteínas de canal, tem um canal hidrofílico que certas moléculas ou iões, pode usar como um canal para se movimentarem. As proteínas de canal chamadas AQUAPURINAS facilitam a passagem da água em determinadas situações ou seres vivos. Conduzem seletivamente as moléculas de água, para dentro e fora da célula A DIFUSÃO é a tendência para as moléculas se espalharem uniformemente no espaço disponível. Embora cada molécula se mova de forma aleatória , a difusão de um grupo de moléculas pode apresentar-se como o movimento de um líquido numa direção. No equilíbrio dinâmico, a agitação térmica das moléculas desencadeia a sua movimentação em diferentes direções. Moléculas de corante Membrana (cross section) ÁGUA Líquido (a) Difusão de um soluto Líquido Equilibrio A diferença na concentração de uma substância a partir de um local para outro, estabelece um gradiente de concentração que faz com que essa substância atravesse a membrana até atingir o equilíbrio. A difusão de uma substância através de uma membrana biológica é transporte passivo, porque não requer energia a partir da célula para que isso aconteça. difusão Difusão (b) Difusão de dois solutos difusão Difusão Equilibrio Equilibrio Efeitos da osmose no balanço hídrico A osmose é a difusão de água através de uma membrana seletivamente permeável. A água difunde-se através de uma membrana a partir da região de menor concentração de soluto para a região de maior concentração de soluto. Alta concentração de soluto (açucar) Alta concentração de soluto Alguma concentração de açucar H2O Membrana semi permeável Osmose s A tonicidade A tonicidade é a capacidade de uma solução para fazer com que uma célula ganhe ou perca água. solução isotónica: concentração do soluto é o mesmo no interior e no exterior da célula; nenhum movimento de água ocorre através da membrana plasmática. solução hipertónica: concentração de soluto que é maior no exterior do que no interior da célula, célula perde água. solução hipotónica: concentração de soluto seja inferior no exterior em relação ao interior da célula, há ganhos celulares água. Solução Hipotónica H2O Solução Isotónica H2O H2O Solução Hipertónica H2O (a) Célula Animal Lise celular H2O Normal H2O Célula enrugada H2O H2O (b) Célula Vegetal Túrgida (normal) Flácida Plasmolisada Os ambientes hipertónicos ou hipotónicos podem criar problemas osmóticos para organismos. A Osmoregulação, ou controlo do equilíbrio da água, é uma adaptação necessária para a vida em tais ambientes. O protista Paramecium que é hipertónica ao seu ambiente na lagoa, tem um vacúolo contráctil que atua como uma bomba para fazer com que a água entre. As paredes celulares ajudam a manter o equilíbrio de água. Uma célula vegetal numa solução hipotónica incha até que a parede se opõe a captação, a célula passa a TÚRGIDA. Se uma célula de planta tem um meio isotónico, não há movimento de água para dentro da célula; a célula torna-se PLASMOLISADA e a planta pode murchar. As paredes celulares ajudam a manter o equilíbrio da água. Uma célula vegetal numa solução hipotónica incha até que a parede se opõe a captação; a célula passa a TÚRGIDA. Se uma célula de planta e está num meio isotónico, não há movimento de água para dentro da célula; a célula torna-se flácida (mole), e a planta pode murchar e está PLASMOLISADA. https://youtu.be/9eQ0WUz-pWw B- TRANSPORTE MEDIADO Na DIFUSÃO FACILITADA, proteínas de transporte aceleram o movimento passivo de moléculas através da membrana plasmática. As proteínas de canal formam corredores que permitem que uma molécula ou ião específico atravessar a membrana. As proteínas de canal incluem: Aquapurinas, para a difusão facilitada de água e canais de iões que abrem ou fecham em resposta a um estímulo (canais fechados). As proteínas de transporte sofrem uma alteração subtil de forma que translocam o local de ligação de solutos através da membrana. Algumas doenças são causadas por avarias nos sistemas de transporte específicos, por exemplo, os cistinúria uma doença renal. A difusão facilitada ainda é passiva, porque o soluto se move de acordo co o seu gradiente de concentração. Algumas proteínas de transporte, no entanto, podem mover os solutos contra seus gradientes de concentração. O TRANSPORTE ATIVO move substâncias contra o seu gradiente de concentração, requer energia, normalmente na forma de ATP e é realizado por proteínas específicas incorporadas nas membranas. O transporte ativo permite que as células para manter gradientes de concentração diferentes da do meio exterior A bomba de sódio-potássio é um tipo de sistema de transporte ativo Fluido Extracelular [Na+] alto [K+] baixo Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ CITOPLASMA Na+ [Na+] baixo [K+] alto 1 O Na+ citoplasmático liga-se à bomba de sódio e potássio P ADP ATP 2 A ligação do Na+ estimula a fosforilação do ATP Na+ Na+ Na+ P P 3 A fosforilação causa uma alteração na forma da proteína e o Na+ é expulso para o exterior. P K+ liga-se no lado extracelular e provoca a liberação do grupo fosfato. 4 5 A perda do fosfato restaura a forma original da proteína. K+ é libertado e o ciclo repete-se. https://youtu.be/kfy92hdaAH0 TRANSPORTE PASSIVO TRANSPORTE ATIVO ATP Difusão Difusão FACILITADA TRANSPORTE NÃO MEDIADO TRANSPORTE MEDIADO O transporte de MACROMOLÉCULAS através da membrana do plasmática As moléculas grandes, tais como proteínas, polissacáridos entre outras, atravessam a membrana em grandes quantidades através de vesículas de transporte que requerem energia. Na EXOCITOSE, vesículas de transporte migram para a membrana, fundem-se com ela, e libertam o seu conteúdo. Muitas células secretoras usar exocitose para exportar seus produtos. Na ENDOCITOSE, a célula leva macromoléculas com vesículas que se formam a partir da membrana plasmática e envolve diferentes proteínas. Existem três tipos de endocitose: Fagocitose Pinocitose Endocitose mediada por recetores Na FAGOCITOSE uma célula engloba uma partícula sólida num vacúolo rodeado por membrana citoplasmática. Quando o vacúolo se funde com um lisossoma as enzimas digerem a partícula e formam um vacúolo digestivo. FAGOCITOSE EXTRACELLULAR FLUID 1 µm CYTOPLASM Pseudopodium Pseudopodium of amoeba “Food” or other particle Bacterium Food vacuole Food vacuole Uma Amoeba fagocita uma bacteria (ME) Na PINOCITOSE, as moléculas são retomadas quando o líquido extracelular é rodeado pela membrana em pequenas vesículas. PINOCITOSE 0.5 µm Plasma membrane Pinocytosis vesicles forming (arrows) in a cell lining a small blood vessel (TEM) Vesicle Na ENDOCITOSE MEDIADA POR RECETOR, consiste na ligação de macromoléculas específicas a um local dos recetores existentes na membrana, o que leva à formação de vesículas para o interior da célula. A vesicle formed during receptormediated endocytosis (ME) https://vimeopro.com/avalonfilms/bioflix/ video/93666163 0.25 µm 1.Defina os seguintes termos: moléculas anfipáticas, aquapurinas e difusão. 2. Explique como a fluidez da membrana é influenciada pela temperatura e pela composição da membrana. 3. Distinga entre os seguintes pares ou conjuntos de termos: - proteínas de membrana periféricas e integrais e proteínas de transporte de canal; - osmose, difusão facilitada e transporte ativo; - Meios hipertónico, hipotónico e soluções isotónicos 4. Explique como proteínas transportadoras podem facilitar a difusão. 5. Distinga os dois tipos de transporte mediado. 6. Descreva as formas como as grandes moléculas são transportadas através de uma membrana celular. 7. Realiza as atividades do documento 3 da página 63.
