Qual a importância da fluidez da membrana e como está e influenciada pelos lipídeos?

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ESTRUTURA DA MEMBRANA

Thiago dos Santos de Lima e Ruth J. G. Schadeck. 

Apoio – Bruna da Silva e Mylena da Costa Agustin

Clique na imagem, ou em “tela cheia” nos vídeos, para visualizá-los em tamanho maior.

Os cientistas do planeta inteiro estão pesquisando o vírus SARS-Cov-2, que causa a COVID-19. Já sabe que ele se liga a uma proteína da membrana plasmática para entrar na célula. Na sua opinião, é válido os cientistas pesquisarem um medicamento que iniba essa ligação? Faça uma pesquisa para verificar se já existem resultados científicos com esta abordagem.

A membrana é uma  estrutura fabulosa!

A membrana plasmática é uma estrutura encontrada em todos os tipos de células. Ela delimita a células. Mas não é só isso. Desempenha  importante  função na transdução de sinais. Isto é, moléculas sinalizadoras se ligas a receptores de memebrana e  desencadeiam  eventos celulares importante para o funcionamento do organismo. Apresenta  permeabilidade seletiva, que consiste na capacidade de selecionar quais substâncias entram ou saem do interior das células. Isso se dá através de mecanismo de transporte específicos. Por exemplo, a glicose entra nas células por proteínas específicas na membrana que são capazes de transportá-la para dentro. Por outro lado, muitas  moléculas geradas nas reações químicas no interior celular ficam retidas no citoplasma por serem necessárias ao metabolismo. Isso ocorre por não existirem mecanismos de transporte que permitam a sua saída. Veja isso representado de forma esquemática na figura abaixo. 

O que é a função de delimitação celular? Se a membrana plasmática se romper, a célula continua existindo? 

O vídeo abaixo mostra um leucócito em água. Assista ao vídeo e tire as suas conclusões!

Do que é feita a membrana plasmática?

É formada por lipídeos e proteínas em um arranjo que permite exercer as suas funções.

Você sabe como se chegou ao  modelo atual  de membrana? 

Faça uma viagem para o passado assistindo o vídeo  ao lado.  NÃO ESQUEÇA DE ATIVAR AS LEGENDAS EM PORTUGUES.

Como você pode ver, muitas etapas foram necessária ao  longo de décadas até chegar no modelo atual. Na medida que novas pesquisas eram realizadas, os conceitos eram melhor compreendidos e se transformavam gradativamente. É  assim que caminha a ciência até os dias atuais! 

A membrana a é formada  por lipídeos que apresentam uma região da molécula hidrofílica, que interage com a água, e uma cauda  apolar ou hidrofóbica (formada pela cadeia de hidrocarboneto de ácidos graxos) que “foge” da água.  Veja na figura da direita abaixo. Assim, as caudas hidrofóbicas ficam voltadas para o interior da bicamada protegidas da água, formando um meio hidrofóbico ou apolar nesta região da membrana.

As cabeças dos  lipídeos da membrana, por serem polares, ou hidrofílicas (interagem com a água), ficam localizadas na face intracelular e extracelular interagindo com a água. Esse mesmo arranjo ocorre em qualquer outra membrana, como das organelas.  Observe  na figura  abaixo estrutura de um fosfolipídio e como ele está inserido na membrana.

Figuras adaptadas  e  derivadas de dois autores, conforme mostram as atribuições.   Acesse as imagens originais em   AQUI1 e AQUI2. Licença da imagem da direita – CC BY-SA. 

A  bicamada também apresenta os glicolipídeos(moléculas de lipídeos que contém carboidratos associados) e colesterol. Nas células vegetais não existe colesterol em suas membranas, mas sim moléculas parecidas, os fitoesteróides.

Além dos lipídeos, a membrana plasmática apresenta proteínas que podem ser periféricas (não penetram na membrana) ou integrais (atravessa a membrana ou penetram no interior de uma das metades). Elas atuam principalmente no transporte  de substâncias para dentro e para fora da célula.  Além disso, funcionam como receptores de membrana, encarregadas de receber sinais de moléculas sinalizadoras  que levam alguma mensagem para a célula. Também favorecem a adesão de células adjacentes em um tecido, servem como ponto de ancoragem para o citoesqueleto e desempenham outras funções.  Veja na figura abaixo uma representação das proteínas da membrana e suas funções.

Desafio

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Depois, confira com a resposta abaixo do item “fluidez da membrana”.  Não vale ver a resposta antes de responder! 

O modelo do mosaico fluído

A estrutura da membrana plasmática proposta por Nicholson e Singer em 1972 é chamado de modelo de mosaico fluido.

Neste modelo, que você vê na figura abaixo,  as proteínas formam um mosaico distribuído na bicamada de lipídeos.

Veja como se inserem os componentes na  membrana plasmática:

Atribuição: LadyofHats Mariana Ruiz. Acesse AQUI a imagem na fonte original. Licença:  Domínio público. 

A maior parte das proteínas de membrana são glicoproteínas, isto é, apresentam uma ou mais porções de carboidratos ligados a cadeia polipetídica. Tanto os carboidratos dos glicolipídeos como os das glicoproteínas ficam voltados para o meio extracelular formando uma camada na superfície externa da membrana, denominada glicocálix. Dependendo da célula,  outras moléculas solúveis ricas em carboidratos podem se associar e fazer parte desta estrutura.

A membrana não é rígida. Os fosfolipídeos  se movem lateralmente, rotacionam  sobre seus próprios eixos e podem apresentar movimento nas caudas dos ácidos graxos. Além destes, os fosfolipídeos podem passar de uma das metades da bicamada da membrana para a outra (flip-flop), o que raramente ocorre. Este movimento necessita do auxílio de proteínas específicas. O conjunto de movimentos é de tal ordem que a membrana se comporta como um  líquido bidimensional, historicamente referido como “fluído”. 

Observe a imagem abaixo que representa  a movimentação dos fosfolipídeos.

O  vídeo a seguir,  “The inner life of the cell”, desenvolvido por BioVisions, Universidade de Harvard, e disponível no canal do Youtube XVIVO Scientific Animation,  mostra entre 23 e 26 segundos  os movimentos dos lipídeos na bicamada e a fluidez da membrana. Observe a estrutura arredondada denominada “balsa lipídica” que  por ser mais rica em colesterol e lipídeos saturados, é menos fluída e parece navegar  no oceano da bicamada. 

As  ligações insaturadas (duplas) ou saturadas (simples) dos ácidos graxos dos lipídeos de membrana afetam a fluidez. Quanto maior o número fosfolipídeos insaturados, mais eles se movimentam no plano bicamada e a membrana  é mais fluída. Os fosfolipídeos saturados apresentam somente ligações simples e devido a isso tendem a ficar mais próximos, com maior força de interação, diminuindo a fluidez.  

Atribuição: MDoug M,Patrícia R.   Domínio público.

A presença de colesterol também diminue a fluidez da membrana plasmática.  O colesterol  é formado por anéis rígidos e planos que interagem com os lipídeos da membrana e diminuem a sua movimentação.  

A imagem abaixo mostra a estrutura do colesterol e como ele está inserido na bicamada da membrana.

E então? Sua interpretação do problema , do desafio acima,  está  compatível com o estado fluido da membrana?

A  migração celular (fenômeno no qual as células  se locomovem com mudanças de forma,  se projetando em diferentes direções,) só é possível porque os componente químicos da membrana são capazes de fluir, isto é, se movimentar no plano da membrana,  e se  ajustar ao formato que é produzido pela despolimerização/despolimerização  dos filamentos do citoesqueleto. Isso não seria possível com uma estrutura de membrana rígida.

RECEPTORES  MEMBRANA

Receptores são fundamentais no funcionamento do organismo. Podemos citar com exemplo a ação da insulina,  hormônio que se liga a um receptor da membrana. Após a sua ligação são desencadeadas inúmeras reações essenciais para o bom funcionamento do organismo. A captação da glicose pelas células pela inserção de um transportador na membrana é desencadeada pela insulina. Caso não haja a produção de insulina se instala a diabetes, uma doença silenciosa e muito perigosa que atinge um grande número de indivíduos. Assista o vídeo abaixo que mostra a atividade do receptor para insulina e sua relação com o diabetes Tipo I. 

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Qual a importância da fluidez da membrana e como está e influenciada pelos lipídeos?

Quais são os fatores que influenciam a fluidez da membrana?

Por que a fluidez da membrana e importante para a célula?

Qual a importância dos lipídios na estrutura das membranas biológicas?