Apostila de Biologia 1. Professor: Vladimir Costa

Membrana Celular

A Membrana plasmática (ou celular) engloba a célula, definindo seus limites, separa o meio intracelular do extracelular e é o principal responsável pelo controle da saída e entrada de substâncias da célula. Ela é constituída por duas camadas lipídicas fluidas e contínuas onde estão inseridas moléculas protéicas, receptores específicos, que confere o modelo mosaico fluido.

Estrutura e Composição da Membrana Celular As moléculas lipídicas constituem 50% da massa da maioria das membranas de células animais, sendo o restante, constituído de proteínas. As moléculas lipídicas são anfipáticas, pois possuem uma extremidade hidrofílica ou polar (solúvel em meio aquoso) e uma extremidade hidrofóbica ou não-polar (insolúvel em água).

Os três principais grupos de lipídios da membrana são os fosfolipídeos, o colesterol e os glicolipídeos. Os fosfolipídeos possuem uma cabeça polar e duas caudas de hidrocarboneto hidrofóbicas (característica que confere a dupla camada lipídica). As caudas são normalmente ácidos graxos com diferenças no comprimento, o que influi na fluidez da membrana. As moléculas de colesterol aumentam as propriedades de permeabilidade das duplas camadas lipídicas. Ela torna a bicamada lipídica menos sujeita a deformações, e assim, diminui a permeabilidade da membrana.

Os glicolipídeos auxiliam na proteção da membrana plasmática em condições adversas, como pH baixo. Sua presença altera o campo elétrico através da membrana e das concentrações dos íons na superfície da membrana. Acredita-se que essas moléculas participem dos processos de reconhecimento celular, e alguns glicolipídeos propiciam pontos de entrada para algumas toxinas bacterianas. A membrana plasmática não é uma estrutura estática, os lipídios movem-se proporcionando uma fluidez à membrana. Os lipídios podem girar em torno de seu próprio eixo, podem difundir-se lateralmente na monocamada, migrar de uma monocamada para outra (flip-flop) que acontece raramente, e movimentos de flexão por causa das cadeias de hidrocarbonetos.

A fluidez da membrana plasmática depende também da temperatura e da quantidade de colesterol, pois quanto maior a temperatura e maior quantidade de colesterol, a membrana é menos fluida. Proteínas da Membrana

As proteínas de desempenham a maioria das funções específicas das membranas. São elas que conferem as propriedades funcionais características de cada tipo de membrana. As proteínas de membrana podem ser: Proteínas transmembrana: atravessam a bicamada lipídica e são anfipáticas. Elas podem atravessar a membrana uma única vez (proteína transmembrana de passagem única) ou então atravessando várias vezes a membrana (proteína transmembrana multipassagem. As proteínas transmembrana podem ser em a hélice ou arranjados como barris b (figura abaixo). Podem ter a função de transportar íons, funcionar como receptores ou como enzimas. A grande maioria das proteínas de membrana multipassagem das células eucarióticas e da membrana bacteriana é formada por a hélices transmembrana, enquanto as barris b se restringem principalmente às membranas externas das bactérias, das mitocôndrias e dos cloroplastos.

Proteínas periféricas: se prende a superfície interna e externa da membrana plasmática através de vários mecanismos.

Estudos realizados com eritrócitos (células vermelhas do sangue) revelaram que a maioria das proteínas periférica ligada a membrana dos eritrócitos, ligada ao lado citosólico da bicamada lipídica é a espectrina, uma proteína longa, fina, em forma de bastão, sendo o principal componente do citoesqueleto subjacente à membrana, mantendo a integridade estrutural e a forma bicôncava desta célula A glicoforina é uma glicoproteína transmembrana dos eritrócitos, de passagem única com a maior parte de sua massa na superfície externa da membrana. Sua função ainda é desconhecida. A proteína banda 3 é uma proteína multipassagem que tem a importante função de transportar O2 dos pulmões para os tecidos e auxiliar o transporte de CO2 dos tecidos para os pulmões. O CO2 é transportado no plasma sanguíneo como bicarbonato (HCO3-), a proteína banda 3 atua como transportador de ânions que permite que o HCO3- atravesse a membrana em troca do Cl-. As proteínas de membrana estão geralmente associadas a carboidratos, que são encontrados como cadeias de oligossacarídeos ligadas covalentemente às proteínas (glicoproteínas) e a lipídeos (glicolipídeos), ou como cadeias de polissacarídeos de moléculas de proteoglicanas. O glicocálice é uma zona onde se encontra vários desses carboidratos na superfície da membrana.

Transporte Ativo e Passivo

A bicamada lipídica serve como barreira, permitindo que a célula mantenha as concentrações de solutos no citosol, que são diferentes do meio extracelular. Para isso, a membrana desenvolveu mecanismos de transporte (proteínas carregadoras e de canal), ou tornando-se permeável em favor do gradiente de concentração. O transporte passivo ou difusão facilitada ocorre quando as proteínas de transporte (canal) operam para importar moléculas específicas para dentro da célula, orientadas somente por um gradiente de concentração. A difusão passiva ocorre a favor de um gradiente, mas é um processo físico, que não utiliza proteínas transportadoras e não há gasto de energia. O transporte ativo ocorre contra um gradiente de concentração e é mediado por carreadoras, chamadas de bombas. A atividade bombeadora consome energia (ATP).

As proteínas que transportam somente um tipo de soluto é denominada uniporte, outras depende do transporte de um outro soluto, atuando como carreadores acoplados, que podem ser simportes (transferência do segundo soluto na mesma direção) ou antiporte (transferência do segundo soluto na direção oposta).

Especializações da Membrana

Microvilosidades: são prolongamentos da membrana plasmática que aumentam a superfície de absorção das células, contém um glicocálice desenvolvido e filamentos de actina, que dão sustentação. São encontrados nas células epiteliais do intestino delgado e rim.

Estereocílios: são prolongamentos da superfície celular, não possuem mobilidade, aumentam a superfície de absorção das células, facilitando o transporte de água e moléculas. São encontradas em células epiteliais do epidídimo e ductos do aparelho genital masc ulino.

Estruturas de adesão celular: desmossomos e junções aderentes Estruturas de vedação entre as células: zônula oclusiva Estrutura de comunicação entre as células: junção comunicante

O citoplasma Os componentes do citoplasma - O citoplasma é constituído por um material mais ou menos viscoso , chamado hialoplasma. Nele estão mergulhadas estruturas consideradas vivas, os orgânulos do citoplasma. Citoesqueleto são fibras de proteínas finíssimas no hialoplasma. O Hialoplasma - Quimicamente o hialoplasma é constituído de água e moléculas de proteína, formando uma dispersão que os químicos chamam de colóide. A região mais externa do citoplasma é o ectoplasma que é bastante viscoso. A parte interna do hialoplasma é o endoplasma ou citosol que é mais fluida e característica de colóide no estado de sol. A ciclose - É uma corrente citoplasmática orientada num certo sentido, sendo bem visível especialmente no endoplasma de muitas células vegetais. A velocidade da ciclose é aumentada pela elevação da luz e da temperatura. O movimento amebóide - É o movimento das amebas e dos glóbulos brancos que são capazes de formar pseudópodes. Tudo se passa como o pseudópode se destruísse na parte traseira e se reconstruísse na dianteira, dessa forma a ameba se locomove. O retículo endoplasmático - São um sistema de membranas duplas, lipoprotéicas. Essas membranas constituem as vezes, sacos achatados e, outras vezes túbulos. Conhecem-se dois tipos de retículos: O retículo endoplasmático liso, constituído apenas por membranas e o retículo endoplasmático rugoso que possui aderidos ao lado externo das membranas grânulos chamados ribossomos. O retículo endoplasmático liso têm algumas funções bem óbvias: - Facilitar reações enzimáticas - As enzimas ficam associadas as sua membrana.

- Promover a síntese de lipídios na célula - O retículo produz triglicerídeos, fosfolipídios e esteróides.

- Transportar substâncias no interior da célula, desta para o meio e vice-versa - suas membranas se comunicam com a carioteca e a membrana plasmática movimentando-se. - Regular a pressão osmótica - o retículo para regular a pressão osmótica retira o hialoplasma e armazena substâncias em suas cavidades. - Armazena substâncias produzidas - Os vacúolos das células vegetais são partes hipertrofiadas do retículo dessas células onde armazenam: água, sais, açúcares e pigmentos. Quanto ao retículo rugoso além de desempenhar todas as funções do retículo liso ele ainda sintetiza proteínas, devido a presença de ribossomos. ribosso Os ribossomos - Podem ser encontrados livremente no hialoplasma, ou então presos uns aos outros por uma fita de RNA; neste caso são chamados polissomos ou poliribossomos. Cada ribossomo é constituído por duas subunidades. Quimicamente essas estruturas são constituídas por RNA e proteínas. Os ribossomos quando associados a uma fita de RNA , juntam os aminoácidos de citoplasma para formar cadeias de proteínas. Complexo de Golgi - O complexo de golgi de uma célula é constituído de várias unidades menores, os dictiossomos. Cada dictiossomo é composto por uma pilha de cinco ou mais sacos achatados, feitos de membrana dupla lipoprotéica, e disposto de forma regular. Nas bordas dos sacos podem ser observadas vesículas em processo de brotamento, se difere do retículo endoplasmático liso devido ao empilhamento regular dos sacos achatados enquanto os componentes do retículo se distribuem de forma irregular na célula. Os papéis do complexo de golgi: - Secreção da célula de ácino pancreático - Os ácinos são pequenas estruturas glandulares que secretam as enzimas do suco pancreático. - Secreção de muco das células caliciformes do intestino - Na mucosa intestinal, existem células especiais em forma de cálice que produzem um liquido lubrificante e protetor, chamado muco. O muco é um material complexo, constituído principalmente por glicoproteínas ( proteínas ligadas a polissacarídeos) . - O complexo de golgi também é responsável pela secreção da primeira parede que separa duas células vegetais em divisão.

- O acrossomo do espermatozóide é secretado pelo complexo de golgi.

- O complexo de golgi origina os lisossomos, vesículas cheias de enzimas.

Lisossomo e seu papel

São pequenas vesículas , que contém enzimas digestivas de todos os tipos. Essas enzimas digerem material que a célula engloba e, ocasionalmente, elementos da própria célula. As enzimas lisossômicas são produzidas no retículo rugoso, passam para o complexo de golgi, onde são empacotadas e liberadas na forma de vesículas ( lisossomos primários). Quando uma partícula de alimentos é englobadas por endocitose, forma-se um vacúolo alimentar, um ou mais lisossomos fundem-se no fagossomo despejando enzimas digestivas nele, assim forma-se o vacúolo digestivo e as moléculas provenientes da digestão se fundem no citoplasma. O vacúolo cheio de resíduos é chamado de vacúolo residual. Funções dos Lisossomos: a) Heterofagica: substancias que entram na célula e são digeridas pelos lisossomos. Ex: fagocitose e pinocitose b) Autofágica: Os lisosssomos digerem estruturas da própria celula. Ex: organelas que perdem sua função e são digeridas ou em casos de subnutrição celular. c) Autolise: Os lisossomos rompem-se e matam as células como caso da silicose, doença pulmonar causada por inalação de pó de sílica, destruindo regiões do pulmão.

Peroxissomos

São estruturas em forma de vesículas, semelhantes ao lisossomos, contendo certas enzimas relacionadas a reações que envolvem oxigênio. Uma das enzimas é a catalase, que facilita a decomposição da água oxigenada em água e oxigênio. Além disso os grandes peroxissomos existentes nos rins e no fígado têm um importante papel na destruição de moléculas tóxicas.

As mitocôndrias

São pequenos orgânulos existentes apenas em células eucariontes . A membrana interna da mitocôndria apresenta dobras chamadas cristas mitocondriais, No interior da mitocôndria é repleto de um material de consistência fluida, chamada matriz mitocondrial. O papel da mitocôndria é a liberação de energia indispensável para o trabalho celular.

Os plastos São orgânulos citoplasmáticos exclusivo de células vegetais. Os plastos podem ser incolores (leucoplastos) ou possuir pigmentos. Os leucoplastos são relacionados com a reserva de alimentos . A coloração de muitos órgão vegetais, como flores frutas e folhas deve-se aos cromoplastos. Nos cloroplastos ocorre a fotossíntese os xantoplastos e os eritroplastos atuam com filamentos protetores.

Os cloroplastos: Estrutura e função No interior do cloroplasto é preenchido com material amorfo , o estroma. Neste ficam mergulhadas lamelas, dispostas de maneira mais ou menos paralela ao eixo maior do cloroplasto. Perto das lamelas se encontra o tilacóide, que lembra pilhas de moedas. Cada pilha é chamada de granum. O conjunto deles se chama de grana. A clorofila fica concentrada principalmente nos grana.

O citoesqueleto: microfilamentos e microtúbulos Ao conjunto de filamentos que forma a rede hialoplasmática dá-se o nome de citoesqueleto. Os microfilamentos são constituído de uma proteína chamada actina. Os microtúbulos são constituídos de uma proteína chamada tubulina. Há dois exemplos em que o citoesqueleto é bastante conhecido: na contração muscular, e no batimento dos cílios e flagelos. Os centríolos São orgânulos citoplasmáticos encontrados em todas as células com exceção do organismos procariontes e dos vegetais que produzem fruto. Cada centríolo é formado por nove túbulos triplos ligados entre si formando um tipo de cilindro. Cada túbulo é um microtúbulo. Um diplossomo é dois centríolos dispostos perpendicularmente. Hoje sabemos que os centríolos originam os cílios e os flagelos, estruturas contráteis que possibilita movimentos. S

centriolos

Os cílios e os flagelos São estruturas móveis, que podem ser encontradas tantos em unicelulares como em organismos complexos. Os cílios são numerosos e curtos e os flagelos são longos , existindo um , ou poucos numa célula. Papéis: · Permitir a locomoção da célula ou do organismo no meio líquido

· Permitir ao meio aquoso deslizar sobre a célula ou o organismo

A estrutura dos cílios e flagelos

Cílios

Os vacúolos Qualquer pedaço no citoplasma delimitado por um pedaço de membrana lipoprotéica. As variedades mais comuns são: » Vacúolos relacionados com a digestão intracelular (lisossomos)

» vacúolos contráteis (ou pulsáteis) (Protozoários de água doce)

» vacúolos vegetais (armazenam pigmentos, reserva energéticas e água)m

As inclusões São formações não vivas existentes no citoplasma, como grãos de amido gotas de óleo. O conjunto de inclusões denomina-se paraplasma. A seqüência das estruturas formadas durante a digestão intracelular é: Vacúolo alimentar, vacúolo digestivo e vacúolo residual. A diferença entre Peroxissomos e lisossomos é que os Peroxissomos liberam enzimas responsáveis à destruição de moléculas tóxicas que possuem oxigênio e lisossomos contém as enzimas se relacionam a digestão intracelular. Vacúolo autofágico é um verdadeiro vacúolo digestivo que fazem reciclagem e renovação do material celular.

Bibliografia:

ALBERTS, Bruce et al. Fundamentos da Biologia Celular: uma introdução à biologia molecular da célula, Porto Alegre: Artmed, 2002. FONSECA, Albino. Biologia, São Paulo Ática, 1999 CESAR E SEZAR. Biologia, São Paulo. Saraiva. 1996 (http://w.ufmt.br/bionet/conteudos/15.09.04/membrana.htm)

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