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quinta-feira, abril 11, 2013

A MEMBRANA PLASMÁTICA: ESTRUTURA E TRANSPORTE


A MEMBRANA PLASMÁTICA

Maximiliano Mendes

A membrana plasmática é uma película que circunda a célula e delimita o seu espaço interno. É possível fazer uma analogia entre a membrana e os muros de um presídio (um presídio do mundo dos sonhos, mas faça de conta que isso exista): os muros que cercam uma penitenciária, além de delimitar a área dela têm portões com as pessoas encarregadas de controlar a entrada e a saída de outras, algumas visitas podem entrar em certos momentos, ao passo que os prisioneiros não podem sair quando querem.



Estrutura da membrana plasmática:

Sua estrutura consiste de uma bicamada de fosfolipídios. São duas camadas de fosfolipídios, uma voltada para o interior da célula e a outra voltada para o meio extracelular. Nessa bicamada também podem ser encontrados outros tipos de moléculas, como proteínas, glicídios associados às proteínas e aos lipídios e o colesterol, um lipídio do grupo dos esteroides, que atua na regulagem da fluidez da membrana (lembre-se: as membranas das células vegetais apresentam bem menos colesterol que as das animais, elas produzem outros esteroides, chamados fitosterois).

A membrana é dita fluída, pois as moléculas que a constituem podem se deslocar umas em relação às outras sem perder o contato (a função do colesterol é regular essa fluidez). A figura abaixo mostra um fragmento da membrana plasmática de uma célula animal.



Perceba na imagem as moléculas mais importantes: os fosfolipídios (vermelhos), o colesterol (amarelo) e as proteínas (azuis).


Funções da membrana plasmática:

Dentre as funções da membrana, podemos dizer que ela atua no reconhecimento e sinalização celulares, mas, basicamente, as duas funções principais a serem destacadas aqui são a delimitação do volume celular e o controle do trânsito de substâncias e íons que entram e saem da célula. Essa segunda é uma função fundamental para que haja vida, visto que as células mantêm diferenças nas concentrações de certas substâncias e íons nos meios intra- e extracelulares. A concentração de aminoácidos, por exemplo, é maior dentro das células de micro-organismos que vivem no solo do que no próprio solo.

As membranas podem atuar no controle de substâncias que a atravessam, por serem permeáveis, ou seja, permitem que algo as atravesse. Nesse caso, substâncias e íons. Porém é bom ter em mente que as membranas não são permeáveis a tudo, logo, são também chamadas de semipermeáveis (aliás, dificilmente algo vai ser “permeável” a tudo, só consigo pensar no vácuo e olhe lá, pois as ondas sonoras não o atravessam...).

Vejamos então os tipos mais comuns de transporte pela membrana plasmática (semipermeável). Lembre-se de que para os exemplos que serão vistos devemos considerar que a célula está imersa em meio aquoso.

Transporte pela membrana:

Dividimos os tipos de transporte em duas modalidades básicas, o transporte passivo e o transporte ativo.

Antes de prosseguirmos, vejamos alguns termos importantes:

Solutos: substâncias ou íons dissolvidos em um solvente, que normalmente é a água. Exemplo: solução de água (solvente) com açúcar (soluto). 

Gradiente de concentração: dizer que há um gradiente de concentração entre dois meios, por exemplo, os meios intra- e extracelulares, significa dizer que há diferença nas concentrações de solutos entre esses dois meios.

Transporte passivo: também chamado de difusão. Não requer energia, pois os solutos são transportados do meio onde se encontram em maior concentração para o meio onde estão presentes em menor concentração, ou seja, de acordo com o gradiente de concentração. Essa é a tendência natural para os processos de difusão: que o transporte continue até que as concentrações de uma determinada substância ou íon entre os dois meios se igualem. Por isso não requer energia.

Tipos de transporte passivo:

Difusão simples: nesse caso, substâncias pequenas e sem carga conseguem atravessar a bicamada lipídica passando pelo meio dos fosfolipídios. Dois exemplos práticos para a nossa espécie são (atente para o sentido do transporte, do meio de maior concentração para o meio de menor concentração):

O2: o oxigênio molecular atravessa a bicamada fosfolipídica por difusão simples no sentido de entrar nas células. Os motivos são que, no meio intracelular as concentrações de O2 são menores, pois o O2 está constantemente sendo consumido pelo processo de respiração celular. Em contrapartida, no meio extracelular as concentrações são maiores, tendo em vista o fato de que estamos constantemente inspirando o ar e absorvendo O2 pelos pulmões.

CO2: atravessa a membrana no sentido contrário ao do O2, ou seja, tende a sair das células. A razão disso é que o mesmo processo de respiração celular, que consome o O2, tem como um de seus produtos o CO2, assim, as concentrações de CO2 intracelulares são maiores, inclusive porque o processo de expirar o ar elimina o CO2 fazendo com que as concentrações extracelulares de CO2 sejam menores.



Difusão facilitada: o transporte se dá com o auxílio de proteínas transportadoras chamadas permeases. É um processo de difusão que tem de ser facilitado por essas máquinas proteicas, pois nesse casos, os solutos transportados ou são íons, então têm carga, ou não são moléculas suficientemente pequenas para atravessarem a bicamada fosfolipídica diretamente por difusão simples ou então são carregadas.



As permeases podem ser:

Proteínas canais: formam canais que atravessam a membrana plasmática e permitem a passagem de solutos.

Proteínas carreadoras (ou carregadoras): executam o transporte ao sofrerem mudanças de conformação, ou seja, sofrem mudanças em sua estrutura terciária.



Ainda sobre as permeases é importante destacar que elas apresentam especificidade em relação ao soluto que transportam, de forma similar à especificidade que os sítios ativos das enzimas têm em relação aos seus substratos. Observe na figura acima que a proteína carreadora representada apresenta especificidade apenas em relação ao soluto com formato de elipse, pois é o único que pode se ligar a ela e ser transportado. O outro, com formato de hexágono, não pode se ligar e ser transportado por essa proteína carreadora.

Osmose: nesse tipo de difusão, consideramos o transporte ou a passagem apenas da água, o solvente, através de uma membrana semipermeável. Lembrando: dizer que a membrana é semipermeável significa que ela é permeável a algumas substâncias e a outras, não. Ela permite que algumas substâncias a atravessem e outras não. Também é certo dizer que a membrana é permeável, pois esse termo não implica necessariamente ser permeável a tudo.

No caso da osmose, e muito cuidado aqui para não confundir com a difusão dos solutos, a água (solvente) atravessa a membrana passando do meio com a menor concentração de solutos para o meio com a maior concentração de solutos. É o sentido contrário em relação ao sentido da difusão dos solutos, que atravessam do meio mais concentrado para o menos concentrado e isso é que costuma causar confusão.

Você pode pensar que a água atravessa a membrana no sentido de diluir o meio mais concentrado, ou então, apesar de não se poder usar esses termos, a água passa do meio onde ela está mais “concentrada” (o meio que apresenta a menor concentração de solutos) para o meio onde ela está menos “concentrada” (o meio com a maior concentração de solutos). Entretanto, não se usa o termo concentrado para o solvente, só para os solutos!



No que diz respeito à passagem da água pela membrana, na osmose, ela pode se dar de duas formas (observe a figura acima):

Difusão simples: pois a água, apesar de ser polar, não é uma molécula grande e onde há célula há muitas moléculas de água, então é possível que elas atravessem pelo meio dos fosfolipídios, mesmo esses tendo suas cadeias hidrofóbicas de ácidos graxos. Mas dessa forma as moléculas de água não atravessam tão facilmente, para que atravessem mais facilmente, a difusão tem de ser facilitada.

Difusão facilitada: nesse caso, por permeases do tipo proteína canal chamadas aquaporinas, que permitem a passagem das moléculas de água nos dois sentidos, na taxa de até três bilhões de moléculas de água por segundo. Essa difusão é bem facilitada mesmo não?

Para terminar essa parte de osmose, ainda é necessário saber que quando se comparam dois meios (ex: intra- e extracelular) cada um dos meios pode ser:

Hipertônico: tem maior concentração de solutos, em relação ao outro meio que está sendo considerado.

Hipotônico: tem menor concentração de solutos, em relação ao outro meio que está sendo considerado.

Isotônico: tem concentração de solutos igual a do outro meio que está sendo considerado.

Na osmose a água passa do meio hipotônico para o meio hipertônico. Observe na figura abaixo, que representa hemácias em meios hiper-, iso-, e hipotônicos.


OBS: pode inclusive acontecer de a célula absorver tanta água por osmose que chega a inchar ao ponto de se romper.  No caso das células vegetais, isso não acontece, pois a parede celular não permite. Também é digno de nota destacar mais alguns termos chatos para que sejam decorados: célula murcha = plasmolisada; célula inchada = túrgida. 

Essas foram as modalidades de difusões ou transportes passivos, vejamos agora o transporte ativo.

Transporte ativo: requer energia, pois os solutos são transportados do meio que apresenta a menor concentração para o meio que apresenta a maior concentração de solutos. O sentido do transporte é o contrário do sentido da difusão, logo, são transportados contra o gradiente de concentração, o que não é a tendência natural, por isso é que esse tipo de transporte requer energia para ocorrer e mais, requer proteínas transportadoras, que nesse caso não são chamadas permeases, mas sim, bombas.



Como exemplo de transporte ativo, podemos citar o que é executado pela bomba de sódio e potássio (também chamada Na+/K+ ATPase). Essa proteína transporta, ao mesmo tempo, três íons Na+ para fora da célula e dois íons K+ para dentro.


A energia é fornecida pela transferência de um grupo fosfato do ATP (trifosfato de adenosina). Para cada vez que a proteína executa o transporte, um grupo fosfato, ou em outras palavras, energia, é transferido para ela. Em vários processos celulares que requerem energia para acontecer, essa molécula, que é um nucleotídeo atua transferindo energia para proteínas.  

Para terminar...

Transporte em massa: podemos considerar que também requer energia e consiste no transporte de MUITAS substâncias simultâneamente, por isso se chama transporte em massa. Inclusive é até possível transportar partículas ou micro-organismos para dentro das células.

Esse tipo de transporte envolve o uso de bolsas de membrana chamadas vesículas, onde se localiza aquilo que será transportado para fora das células, ou o que foi internalizado.

Existem duas modalidades básicas de transporte em massa:

Exocitose: transporte de substâncias para fora das células. É por meio desse tipo de transporte que as células liberam hormônios, neurotransmissores, enzimas digestórias e etc. para o meio externo.

Endocitose: transporte de substâncias ou partículas para dentro das células. Existem dois tipos de endocitose:

Fagocitose: ingestão de partículas sólidas ou micro-organismos com o uso de prolongamentos chamados pseudópodes, que englobam aquilo que a célula irá internalizar. Algumas células do sistema imunitário conseguem fagocitar e destruir micro-organismos patogênicos dessa forma. Esses pseudópodes, dependendo do tipo de célula, também podem ser utilizados para a locomoção, as amebas, por exemplo, se movem com o uso dos pseudópodes.

Pinocitose: ingestão de substâncias em solução. É um processo que se parece com a exocitose, só que no sentido contrário.



REFERÊNCIAS:

ALBERTS, B. et al. Molecular Biology of the Cell. 4th ed. Garland. 2002.
AMABIS & MARTHO. Biologia das Células. Moderna. 2004.
CAMPBEL & REECE. Biology. 7th Ed. Benjamin-Cummings. 2005.
KOOLMAN & ROEHM. Color Atlas of Biochemistry. 2nd Ed. Thieme. 2005.
LEHNINGER, et al. Principles of Biochemistry. 4th Ed. WH Freeman. 2004.
LODISH, H. et al. Molecular Cell Biology. 5th ed. WH Freeman. 2003.
STRYER, L. et al. Biochemistry. 4th ed. WH Freeman. 2002.


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