Especializações da Membrana Plasmática

Especializações da Membrana Plasmática

(Parte 1 de 2)

Especializações da membrana ou Diferenciações de Membrana

1. Especializações da Superfície Apical da Célula:

1.1. Microvilosidades:

As microvilosidades são especializações da membrana que fazem com que um pequeno espaço da superfície celular seja capaz de absorver muito mais substâncias em um tempo menor. São projeções (evaginações) da membrana, formando um número enorme de finos prolongamentos celulares em forma de dedo de luva. Ex.: A célula intestinal pode apresentar até 3000 microvilosidades. São dobras da membrana plasmática, na superfície da célula voltada para a cavidade do intestino. Calcula-se que cada célula intestinal possui em média 2.500 microvilosidades. Como consequência de sua existência, há um aumento apreciável da superfície da membrana em contato com o alimento. Projeções cilíndricas do citoplasma, envolvidas por membrana que se projetam da superfície apical da célula. Aumentam a área de superfície celular. Suporte de filamentos de actina. As microvilosidades ou microvilos são projeções citoplasmáticas da superfície celular envoltas por membrana cujo interior é formado de 25 a 30 filamentos de actina. Apresentam variações em sua aparência, de modo que, em algumas células, as microvilosidades são projeções curtas, irregulares e bolhosas, em outros tipos celulares, são projeções altas, uniformes e muito próximas, as quais aumentam muito a área da superfície livre celular. O número e o formato das microvilosidades de um determinado tipo celular apresentam relação estreita com sua função. No tocante à organização morfológica, as microvilosidades do epitélio intestinal são mais ordenadas e uniformes na aparência que aquelas que constituem a borda em escova das células renais. Apresentam um núcleo de filamentos de actina ancorados na vilina, localizada no ápice da microvilosidade, e que se estendem para baixo e para dentro do citoplasma apical. Há uma interação com uma rede horizontal de filamentos de actina, a trama terminal, que se localiza abaixo da base das microvilosidades, estabilizada através da espectrina, que também fixa a trama terminal à membrana celular apical. A trama terminal apresenta capacidade contrátil e esta é devida à presença da miosina I e da tropomiosina.

1.2. Estereocílios:

“Microvilosidades” mais longas e ramificadas. Imóveis, aumentam área de superfície das células. Suporte delicado de filamentos de actina. Os estereocílios são projeções citoplasmáticas da superfície

celular, no entanto não são dotados de movimentos, daí se assemelharem mais com as microvilosidades do que com os cílios. Diferentemente das microvilosidades, são projeções maiores e ramificadas. Internamente, são constituídos por filamentos de actina cuja fixação basal dá-se com a miosina VIIa.

Os estereocílios, assim como as microvilosidades, estão presentes em células do epidídimo para aumentar a superfície de absorção. Entretanto, em vez de absorverem nutrientes, eles absorvem os restos citoplasmáticos dos espermatozoides provenientes do processo de morfodiferenciação das espermátides em espermatozoides. Tais estruturas também estão presentes nas células sensoriais (pilosas) da orelha.

Do mesmo modo que a microvilosidades, os estereocílios são suportados pelos feixes de filamentos de actina internos, que exibem ligação cruzada pela fimbrina. Diferentemente das microvilosidades, uma molécula associada à membrana plasmática, a erzina, fixa os filamentos de actina à membrana plasmática dos estereocílios. A porção truncal do estereocílio e a protrusão celular apical contêm a molécula formadora de ponte cruzada α-actina. No epitélio sensorial, os estereocílios apresentam diâmetro uniforme e apresentam uma estrutura interna semelhante àquela dos estereocílios do ducto genital, no entanto elas não apresentam erzina e α-actina.

2. Especializações da Superfície Baso-Lateral da Célula:

2.1. Junções Celulares:

2.1.1. Junções Célula-Célula:

2.1.1.1. Junções bloqueadoras ou Junções Celulares de Vedação: Selam as células adjacentes em uma camada epitelial, impedindo a passagem de substâncias entre o epitélio.

a) Zônula de oclusão (ou oclusiva) ou Junção Oclusiva:

Vedação. Fusão dos folhetos externos das membranas de células vizinhas. Formada por proteínas transmembranas. Une as células formando uma barreira impermeável. Evita movimentação de moléculas entre diferentes domínios da membrana.

Adere firmemente às membranas plasmáticas das células epiteliais logo abaixo da superfície livre do epitélio. A junção oclusiva é formada pelas proteínas integrais ocludinas e claudinas, e bloqueia o espaço intercelular impedindo a passagem de substâncias através do epitélio.

Área onde acontece a junção entre as membranas plasmáticas de células adjacentes (vizinhas) que ficam próximas ao polo apical (voltado para a superfície livre). Isso cria uma barreira para as macromoléculas (lipídeos, proteínas) controlando a sua entrada.

2.1.1.2. Junções Ancoradouras ou Junções Celulares de Adesão: As junções celulares de adesão estão intimamente relacionadas com o citoesqueleto da célula. Conectam mecanicamente as células adjacentes por meio do citoesqueleto. Ex.: Junção de adesão (ou aderente) e desmossomos. O termo Junção Ancoradoura também pode se referir a hemidesmossomos; neste caso, ocorre a adesão da célula a matriz extracelular por meio do citoesqueleto.

a) Zônula de Adesão (ou Adesiva) ou Junção Aderente:

Proteína transmembrana: caderina. Proteína ligação intracitoplasmática: cetenina. Citoesqueleto: actina. Esta localizada abaixo da junção oclusiva e é constituída por proteínas da família das caderinas. As caderinas se conectam aos filamentos de actina mediante proteínas ligadoras como as placoglobinas, catenina, alfa-actina e vinculina. As junções de adesão mantêm as células ligadas entre si e estão localizadas em uma região rica em microfilamentos de actina que forma o cinturão de adesão. Mantêm as células vizinhas unidas sem que suas membranas se toquem através de uma substância intercelular de aderência. Isso por causa dos numerosos filamentos de actina que circundam as células e conferem mais resistência a essa região.

Dispositivo de adesão lateral que ocorre em uma faixa contínua ou configuração semelhante a um cinto ao redor da célula, contribuindo para a aderência entre células vizinhas. A zônula de adesão é composta pela molécula de adesão celular transmembrana caderina E, membro da família das caderinas que são representadas por CAM (Moléculas de adesão celular) transmembrana Ca2+ - dependentes localizadas principalmente dentro da zônula de adesão. No lado citoplasmático, a cauda da caderina E está ligada à catenina, formando o complexo caderina E- catenina. Este complexo liga-se à vinculina e a α-actinina sendo necessário para a interação das caderinas com os filamentos de actina do citoesqueleto. Os componentes extracelulares das moléculas de caderina E a partir das células adjacentes são ligados por íons Ca2+ ou uma proteína de ligação extracelular adicional. Portanto, a integridade morfológica e funcional da zônula de adesão é cálciodependente. A remoção do Ca2+ leva à dissociação das moléculas de caderina E a ruptura da junção. Uma característica importante desta junção é a inserção de numerosos filamentos de actina em placas de material elétron-denso presentes no citoplasma subjacente à membrana da junção, chamado de placa desfocada. Esse material corresponde à localização do componente citoplasmático do complexo caderina E-catenina e das proteínas associadas (α-actinina e vinculina) em que se prendem os filamentos de actina.

A integridade das superfícies epiteliais depende, em grande parte, da adesão lateral das células entre si e de suas capacidades para resistir à separação. Várias estruturas associadas à membrana plasmática contribuem para a coesão. Elas estão presentes na maioria dos tecidos, mas são muito abundantes em epitélios, onde as células apresentam uma intensa adesão mútua e, para separá-las, são necessárias forças mecânicas relativamente grandes. Essa coesão varia com o tipo epitelial, mas é especialmente desenvolvida nos epitélios sujeitos a fortes trações, pressões e ao atrito, como no caso da pele. Desta maneira a zônula de adesão serve para a aderência e para vedar o espaço intracelular, impedindo o fluxo de moléculas por entre as células. Além disso, participa do estabelecimento e manutenção da polaridade celular.

b) Desmossomas:

Placas de adesão em forma de disco. Proteína transmembrana: desmogleina (caderina). Proteína ligação intracitoplasmática: desmoplaquina. Citoesqueleto: Filamento Intermediário (variável). São encontrados por baixo da zona de adesão. Neste ponto dos desmossomos as membranas plasmáticas se encontram separadas por uma distância de 30 a 50nm. Os desmossomos são formados por proteínas da família das caderinas denominadas desmogleína e desmocolina. Estão envolvidos também os filamentos intermediários. Os demossomos conferem resistência mecânica aos tecidos. Uma das mais importantes junções celulares é o desmossomo (do grego desmos, ligação, e somatos, corpo). Um desmossomo pode ser comparado a um botão de pressão constituído por duas metades que se encaixam, estando uma metade localizada na membrana de uma das células e a outra na célula vizinha. Em cada célula existe uma placa circular de proteína, situada bem junto à membrana. Das placas partem substâncias colantes, chamadas desmogleínas, que atravessam as membranas e grudam as células na região de contato. As placas também estão ligadas a um grande número de filamentos constituídos da proteína queratina. Os Desmossomos, também designados de Mácula de Adesão por alguns autores, são estruturas adesivas localizadas no domínio lateral das células, formados ao redor das caderinas, família de proteínas transmembranas Ca2+-dependentes composta por desmogleínas e desmocolinas, às quais estão ancorados os filamentos intermediários, sobretudo os filamentos de citoqueratina (encontrados principalmente no epitélio). A união entre as caderinas e esses componentes do citoesqueleto dá-se por intermédio de uma placa citoplasmática composta por proteínas chamadas placoglobinas e demoplaquinas (a última proteína citada é referida como obrigatória para a adesão). Os tonofilamentos atravessam todo o citoplasma, estendendo-se de um desmossomo a outro, ou de um desmossomo a um hemidesmossomo presente no domínio basal. Paralelamente, as moléculas de caderina presentes na membrana plasmática de uma célula ligam-se a caderinas idênticas de outra célula na vizinhança (ligação homofílica), na dependência da existência de Ca2+ no meio extracelular.

Essas interações entre caderinas de duas células e entre filamentos intermediários da mesma célula conferem resistência e rigidez à camada celular. Alguns autores ainda citam a presença de filamentos de actina, que cruzam o citoplasma e se aderem ao feixe de filamentos intermediários das células adjacentes por intermédio dos desmossomos, adicionando às características já citadas a força elástica, tendo importância significativa nas camadas celulares expostas a constantes atritos, como é o caso da epiderme. Juntamente com os hemidesmossomos e as junções aderentes, os desmossomos fazem parte do conjunto de moléculas responsáveis pela adesão entre células, epiteliais ou não, uma vez que, segundo a literatura, também estão presentes nos discos intercalares responsáveis pela união dos cardiócitos adjacentes, e nas meninges que revestem o encéfalo e a medula espinal na sua superfície

externa. Além de promover a ligação mecânica e uma consequente estabilidade entre uma camada de células, o arranjo dessas estruturas estabelece uma polaridade celular, definida pelos domínios apical e basolateral, e impede ou dificulta a passagem de substâncias por via paracelular.

2.1.1.3. Junções Comunicantes ou Junções Celulares de Comunicação: Permitem a passagem de sinais elétricos ou químicos entre as células adjacentes. Ex.: Junções tipo gap ou fenda.

a) Junção Comunicante ou Junção do Tipo Fenda (Nexus ou Gap):

Permite a comunicação entre células vizinhas, possibilitando a passagem de íons e pequenas moléculas. Formada por seis proteínas transmembranas– conexinas. Reguladas: abrem e fecham. As junções comunicantes ou tipo Gap são canais formados por proteínas transmembrana. Cada canal é composto pela associação entre seis proteínas conexinas, o que forma uma estrutura cilíndrica e oca que atravessa a membrana plasmática permitindo a passagem de substâncias entre as células. Acontece quando as membranas plasmáticas das células vizinhas possuem proteínas específicas que atravessam a bicamada. Elas se dispõem formando canais de comunicação direta entre as duas células. Formado por seis proteínas transmembranas chamadas conexinas. Ela é regulada, abre e fecha. Para a comunicação de uma célula da membrana com a outra. Conhecidas também por nexos, junção em hiato ou gap junction, são partículas cilíndricas que fazem com que as células entrem em contato umas com as outras, para que funcionem de modo coordenado e harmônico. Esses canais permitem o movimento de moléculas e íons, diretamente do citosol de uma célula para outra. As junções comunicantes tratam-se de um tipo de especialização do domínio basolateral da membrana plasmática que proporciona a comunicação entre células vizinhas através de canais hidrofílicos. Estão presentes nos mais variados tipos celulares, excetuando-se as fibras musculares estriadas esqueléticas e as células sanguíneas. Essa junção intercelular, a qual pode ser também denominada de junção tipo gap, constitui-se por um agrupamento de número variável de canais proteicos hidrofílicos, os conexons. Os conexons de uma célula se alinham com os conexons da célula adjacente, formando um canal aquoso contínuo que conecta os citoplasmas das células em contato. O alinhamento dos conexons determina uma fenda uniforme de 2-4 nm entre as células em interação, daí o nome junção tipo gap (gap, em português, significa fenda). Estudos experimentais evidenciaram que as junções comunicantes mantêm-se por processo ativo (com gasto de energia sob a forma de ATP), uma vez que o bloqueio da fosforilação oxidativa por inibidores metabólicos acarretou inibição da formação de novas junções tipo gap e a desintegração das que já existiam. Às junções comunicantes são atribuídas as funções de união elétrica e/ou metabólica. Estudos experimentas, por intermédio da injeção de corantes hidrofílicos, mostraram que o poro dos conexons apresenta um diâmetro de cerca de 5 nm. Assim, os canais hidrofílicos proporcionam o fluxo, exclusivamente, de íons e moléculas menores de 1.0 daltons (íons inorgânicos, açúcares, aminoácidos, nucleotídeos, vitaminas, certos hormônios e segundos mensageiros como o AMP cíclico e o trifosfato de inositol), em decorrência da restrição determinada pelo diâmetro do poro dos conexons. Macromoléculas como proteínas, ácidos nucléicos e polissacarídeos não conseguem, pois, atravessar os conexons. Essa comunicação direta apresenta repercussões funcionais importantes, que diferem segundo os tecidos onde as junções comunicantes são encontradas. Por proporcionarem essa comunicação intercelular direta, sem necessidade de atravessar a importante barreira seletiva que é a membrana plasmática, as diversas células de um determinado tecido trabalham de modo coordenado, como uma unidade cooperativa. Como exemplo, as células musculares estriadas miocárdicas estão unidas entre si por junções comunicantes e trabalham como se fossem um sincício, proporcionando a contração adequada para bombear o sangue para as circulações sistêmica e pulmonar.

Os conexons são constituídos de proteínas transmembrana denominadas conexinas. Na verdade, as conexinas são um grupo de várias proteínas que apresentam semelhanças na sequência de aminoácidos, estrutura conformacional e função. As conexinas apresentam quatro porções transmembrana e organizam-se em hexâmeros em torno de um poro hidrofílico de 1,5 nm para formar os conexons. Na espécie humana, existem 14 tipos distintos de conexinas, cada uma codificada por um gene diferente. Assim, quando conexinas do mesmo tipo se organizam em hexâmeros, formam conexons homoméricos; por outro lado, conexons heteroméricos são aqueles constituídos por mais de um tipo de conexina. A distribuição dos tipos de conexinas difere entre os tecidos, sugerindo uma expressão diferencial dessas proteínas, tecido-dependente. Entretanto, as células podem expressar mais de um tipo de conexina, havendo certa sobreposição. Assim, as células podem sintetizar conexons homoméricos e/ou heteroméricos ou ainda células vizinhas que expressam conexinas distintas podem formar um canal hidrofílico contínuo entre si a partir de conexons completamente diferentes. Como consequência, as junções comunicantes exibem distintas propriedades, segundo os tecidos onde são encontradas, reflexo da diversidade de conexinas.

Enfim, as junções comunicantes, tipo de especialização do domínio basolateral da membrana plasmática, são canais proteicos hidrofílicos que medeiam a comunicação elétrica e/ou metabólica entre células vizinhas diretamente, sem a necessidade de atravessar a importante barreira que é o plasmalema, apresentando relevantes implicações funcionais nos tecidos onde são expressas.

2.1.2. Junções Célula-Matriz:

Placas de adesão em forma de disco - superfície basal de célula epitelial. Proteína transmembrana: integrina (receptor elemento MEC). Proteína ligação intracitoplasmática: desmoplaquinas. Citoesqueleto: filamento Intermediário (variável).

Trata-se da mesma estrutura dos desmossomos, só que ao invés de unir células adjacentes une as células epiteliais à lâmina basal.

Ligam as células epiteliais a lâminas basais. É constituído pela associação de integrinas e filamentos intermediários de queratina a uma rede de colágeno da lâmina basal. Esta conexão acontece por meio da proteína laminina. Sob um tecido epitelial há sempre uma espécie de tapete de moléculas de proteínas ao qual as células se ligam: a lâmina basal. As bases das células epiteliais ficam aderidas a lâmina basal por meio de estruturas celulares especiais, denominadas hemidesmossomos. Estes lembram desmossomos, mas possuem estrutura e função diferentes, conectando as bases das células epiteliais à lamina basal, em vez de ligarem as membranas de células vizinhas, como fazem os desmossomos. Mantém as células juntas à lâmina basal. Juntamente com os Desmossomos e as Junções de Ancoragem, os Hemidesmossomos conferem resistência aos tecidos expostos à tensão e ao atrito, promovendo a fixação da célula à matriz extracelular. Localizam-se no Domínio Basal das células, o que justifica sua íntima relação com a Lâmina Basal subjacente. Estão presentes principalmente na córnea, pele, cavidade oral, esôfago e vagina, proporcionando estabilidade desses tecidos através da ligação dos Filamentos Intermediários do citoesqueleto aos componentes da Lâmina Basal. O Hemidesmossomo é constituído por uma placa de ligação intracelular (ou disco citoplasmático interno), na qual se ancoram os Filamentos Intermediários, e por outra porção constituída por proteínas transmembranas, que se ligam aos elementos da lâmina basal.

Na placa de ligação intracelular destacam-se as proteínas BP230, responsável por ligar os filamentos intermediários à placa de ligação, e a proteína Erbina, que medeia à associação da BP230 com as Integrinas. As proteínas transmembranas encontradas nos

Hemidesmossomos são: Integrina α6β4, cujo

domínio extracelular penetra a lâmina basal e interage com suas proteínas, incluindo laminina-5; Colágeno do tipo XVII, que regula a expressão da laminina-5; e a CD151, glicoproteína que facilitam as interações entre a célula e a matriz extracelular.

2.1.2.2. Contatos Focais: Pontos de adesão que ancoram a célula à matriz extracelular.

Proteína transmembrana: Integrina.

Citoesqueleto: Actina. Pontos de adesão que ancoram a célula à matriz extracelular e possibilita a movimentação celular. Pequena região na superfície de um fibroblasto ou outra célula, que está ancorada à matriz extracelular. Esta ligação é mediada por proteínas transmembrana como as integrinas, as quais são ligadas através de outras proteínas, a filamentos de actina no citoplasma. Adesões focais são junções que estão relacionadas à adesão célula-matriz, distribuídos ao longo das membranas basais das células dos epitélios. As integrinas são dímeros formados por duas cadeias polipeptídicas (alfa e beta), que fazem a intercomunicação da célula com a matriz extracelular. Adesões focais promovem a adesão de uma variedade de células, incluindo fibroblastos, à matriz extracelular. Os domínios citoplasmáticos das subunidades beta das integrinas nessas junções célulamatriz ancoram o citoesqueleto de actina através de feixes de actina.

3. Especializações da Superfície Lateral da Célula: 3.1. Interdigitações:

Adesão Aumento da superfície de contato Reentrâncias e saliências de membranas plasmáticas de células vizinhas que se encaixam

É comum observar-se a ocorrência de pregueamento entre as membranas plasmáticas de duas células adjacentes. Esses pregueamentos, conhecidos como interdigitações (à maneira dos dedos das mãos colocadas uns entre os outros), ampliam a superfície de contato entre as células e facilitam a passagem de substâncias de uma para a outra.

Interdigitação é o conjunto de invaginações e evaginações das membranas celulares que se encaixam em células vizinhas e que garantem maior aderência. As interdigitações aumentam a superfície entre as células, facilitando o intercâmbio de substâncias e possibilitando, ao mesmo tempo, maior coesão entre elas. Estes pregueamentos (como os dedos das mãos colocados uns entre os outros) facilitam a passagem de substâncias de uma célula para a outra. As interdigitações são observadas em vários tipos de tecidos epiteliais de revestimento e também são muito importantes para evitar ressecamento entre ambas. Interdigitações são as formas adquiridas por membranas vizinhas quando uma se projeta contra a outra e forma esta disposição que pode ser explicada pela posição dos dedos de nossas mãos entrelaçadas uma a outra, portanto interdigitações. Superfície de adesão intercelular constituída por saliências e reentrâncias da membrana celular que articulam em estruturas complementares das células vizinhas. Além de estabelecerem a união entre as células vizinhas, as interdigitações aumentam a superfície de intercâmbio de substâncias com o meio externo.

As interdigitações realizadas pelas membranas plasmáticas de duas células pareadas são especializações de comunicação celular que têm como propósito ampliar a superfície de contato entre as células que as realizam. Não é incomum que esta região de membranas interdigitadas seja local de ocorrência de alguma junção. Podem ser descritas como evaginações e invaginações complementares para o interior do corpo de uma e de outra célula pareada. Seu local de ocorrência predominante é a região lateral das células em proximidade.

Eletromicrografia de corte transverso da região apical de duas células epiteliais em contato. O corte, próximo ao ápice, revela extensa região de membrana plasmática formando interdigitações em suas áreas laterais (IL). Nesta extensão das membranas há ocorrência de outra junção (J). (MET, planária terrestre)

Eletromicrografia de células epiteliais do tubo digestório. Na região lateral de contato entre os dois enterócitos no campo, observamos a presença de um complexo juncional (CJ) e, abaixo, interdigitações laterais (IL) entre suas membranas pareadas. (MET, rato)

4. Especializações da Superfície Basal da Célula: 4.1. Invaginações Basais (Labirinto Basal):

Aumenta a superfície de troca entre célulainterstício. Sua ocorrência, número e extensão são variáveis ao longo da vida da célula, pois tem por propósito o aumento de superfície de contato da célula com o tecido conjuntivo. Células que apresentam alta taxa de trocas com o conjuntivo, apresentam na região basolateral invaginações numerosas e extensas, por vezes tão profundas para o interior da célula que alcançam o polo apical, cruzando integralmente o citoplasma. Estas profundas dobras da membrana plasmática do polo basal da célula propiciam uma maior aproximação entre o meio extracelular e suas organelas de síntese, e até mesmo com a cavidade com a qual se relaciona no polo apical. Essas deformações da membrana celular não são acompanhadas pela lâmina basal nem membrana basal. É comum um elevado número de mitocôndrias mostrarem-se associadas e pareadas com essas invaginações da membrana plasmática, fornecendo energia química para o transporte celular. A literatura refere sua participação no metabolismo e transporte iônico.

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