Membrana plasmática

A membrana plasmática é uma barreira flexível, porém, resistente que consiste principalmente em lipídeos e proteínas. O arcabouço estrutural básico da membrana plasmática é a bicamada lipídica, duas camadas justapostas, formadas por três tipos de moléculas lipídicas: fosfolipídios (lipídeos que contém fósforo), colesterol e glicolipídios (lipídeos ligados a carboidratos).

A membrana plasmática permite que algumas substâncias se movam para dentro e para fora da célula, mas restringe a passagem de outras. Essa propriedade das membranas é chamada permeabilidade seletiva. Parte da bicamada lipídica da membrana é permeável à água e às moléculas apolares (lipossolúveis), como ácidos graxos, vitaminas lipossolúveis, esteroides, oxigênio e dióxido de carbono. A bicamada lipídica não é permeável aos íons e moléculas polares não carregadas, grandes, como a glicose e aminoácidos.

Algumas proteínas integrais (proteínas que se estendem por entre a bicamada lipídica) formam canais iônicos, pelos quais íons específicos como os íons potássio (K⁺), se movem para dentro e para fora das células. Moléculas grandes, como proteínas, são incapazes de atravessar a membrana plasmática, exceto por transporte dentro de vesículas.

A maioria das funções da membrana plasmática depende dos tipos de proteínas presentes. Proteínas integrais, chamadas receptores, reconhecem e se ligam a uma molécula específica que comanda alguma função celular, por exemplo, um hormônio como a insulina. Algumas proteínas integrais agem como enzimas, acelerando reações químicas específicas.

As glicoproteínas e os glicolipídios de membrana frequentemente são marcadores de identidade celular. Possibilitam que uma célula reconheça outras células de sua mesma espécie, durante a formação tecidual, ou reconheça e responda a células estranhas potencialmente perigosas.

Funções da membrana plasmática

A membrana consiste principalmente em fosfolipídios, dispostos em uma bicamada, e proteínas, a maioria das quais são lipoproteínas. Este modelo estrutural é denominado mosaico fluido.

• Atua como uma barreira de separação entre o interior e o exterior da célula.
• Controla o fluxo de substâncias dentro e fora da célula.
• Ajuda a identificar a célula para outras células.
• Participa da sinalização intracelular.

As proteínas da membrana se movem?

Experimento:

David Frye e Michael Edidin, da Johns Hopkins University, marcaram as proteínas da membrana plasmática de uma célula de camundongo e de uma célula humana com dois marcadores diferentes e fusionaram essas células. Com o auxílio de um microscópio, eles observaram os marcadores na célula híbrida.

O movimento de materiais pela membrana plasmática é essencial para a vida de uma célula

Determinadas substâncias devem se mover para dentro da célula para sustentar reações metabólicas. Outros materiais devem ser removidos para fora da célula, porque foram produzidos pela célula para exportação, ou são produtos residuais celulares. Substâncias se movem pelas membranas celulares por processos ativos e passivos: processos passivos, em que uma substância se move pela membrana, utilizando apenas sua própria energia de movimento.  Nos processos ativos, a energia celular, geralmente na forma de ATP, é utilizada para “impulsionar” a substância pela membrana.

Processos passivos

Difusão

É um processo passivo em que uma substância se move com o auxílio de sua energia cinética. Se uma substância específica estiver presente em alta concentração em uma área e em baixa concentração em outra, mais partículas da substância se difundem da região de alta concentração para a de baixa concentração. Após algum tempo, o equilíbrio  é alcançado: a substância se torna igualmente distribuída na solução, e o gradiente de concentração desaparece.

Difusão simples

Na difusão simples, as substâncias se difundem pela membrana por meio da bicamada lipídica. As substâncias lipossolúveis que atravessam as membranas por difusão simples pela bicamada lipídica incluem os gases oxigênio, dióxido de carbono e nitrogênio; ácidos graxos; esteroides; e vitaminas lipossolúveis (A, D, E, K). As moléculas polares, com água e ureia, também se movem pela bicamada lipídica.

Difusão facilitada

Algumas substâncias atravessam a membrana plasmática por um processo passivo chamado difusão facilitada. Nesse processo, uma proteína integral de membrana auxilia uma substância específica a se mover pela membrana. A proteína de membrana é tanto um canal da membrana quanto um transportador.

Na difusão facilitada com participação de um transportador, a substância se liga a um transportador específico em um dos lados da membrana e é liberada no outro lado, depois que o transportador sofre uma mudança em sua forma. As substâncias que atravessam as membranas por este processo incluem glicose, frutose, galactose e algumas vitaminas.

Como a insulina altera o transporte de glicose por difusão facilitada?

O hormônio insulina promove a inserção de mais transportadores de glicose nas membranas plasmáticas de determinadas células. Assim, o efeito da insulina é aumentar a entrada de glicose nas células corporais por meio da difusão facilitada.

Osmose

Osmose é um processo passivo em que há movimento de água por uma membrana seletivamente permeável. A água se move, por osmose, de uma área de maior concentração de água para uma área de menor concentração de água (ou de uma área de menor concentração de soluto para uma área de maior concentração de soluto). Moléculas de água atravessam as membranas plasmáticas em dois locais: pela bicamada lipídica e pelas proteínas integrais de membrana que funcionam como canais hídricos (aquaporinas).

Podemos dizer que a osmose envolve o fluxo de água de uma solução que possui um maior potencial hídrico para uma solução que tem potencial hídrico mais baixo. O potencial hídrico é inversamente proporcional à concentração dos solutos. Deste modo, a presença do soluto diminui o potencial hídrico, criando um meio hipertônico, sentido para o qual a água se move. A tendência da água de mover-se através da membrana devido aos efeitos do potencial hídrico é denominada potencial osmótico.

• Na situação A, as células não perdem, nem ganham água. Deste modo, entende-se que não há um gradiente de concentração, ou seja, o meio está isotônico.
• Na situação B, as células recebem água (incham) a ponto de estourarem. Neste caso, o meio externo está hipotônico, ou seja, com menor concentração de solutos em relação ao meio intracelular.
• Na situação C, as células murcham, indicando que perderam água. Nesta situação, o meio externo está hipertônico, ou seja, com maior concentração de solutos em relação ao meio intracelular.

As hemácias, também chamadas de eritrócitos, além de outras células do corpo, podem ser danificadas ou destruídas se forem expostas a soluções hipertônicas ou hipotônicas. Por essa razão, muitas soluções intravenosas, líquidos infundidos no sangue de uma veia, são soluções isotônicas.

As células vegetais tendem a concentrar soluções salinas relativamente altas dentro dos seus vacúolos e podem também acumular açúcares, ácidos orgânicos e aminoácidos. Como resultado, as células vegetais absorvem água por osmose e aumentam sua pressão hidrostática interna. Essa pressão contra a parede celular mantém a célula túrgida ou rígida. Consequentemente , a pressão hidrostática nas células vegetais é comumente referida como pressão de turgor.

Se uma célula vegetal túrgida for colocada numa solução com um potencial hídrico relativamente baixo (por exemplo, uma solução de açúcar ou sal), a água irá sair por osmose. Como resultado, o vacúolo e o restante do protoplasto (toda a parte interna da célula) irão retrair-se, fazendo com que a membrana plasmática de afaste da parede celular. Esse fenômeno é conhecido como plasmólise. O processo pode ser revertido se a célula for transferida para a água pura.

Transporte ativo

É um processo no qual a energia celular é utilizada para transportar substâncias pela membrana, contra um gradiente de concentração (de uma área de baixa concentração para uma área de alta concentração). A energia derivada da quebra do ATP muda a forma de uma proteína transportadora, chamada bomba, que move uma substância por uma membrana celular, contra o seu gradiente de concentração.

Uma célula gasta aproximadamente 40% do seu ATP no transporte ativo. Fármacos que cessam a produção de ATP, como o veneno cianeto, são letais, porque paralisam o transporte ativo nas células em todo o corpo. As substâncias transportadas pela membrana plasmática por transporte ativo são principalmente íons, especialmente Na⁺, K⁺, H⁺, Ca²⁺, I^– e Cl^–.

A bomba de transporte ativo mais importante promove o efluxo de íons sódio (Na⁺) e o influxo de íons potássio (K⁺) das células. A proteína da bomba também atua como uma enzima para clivar o ATP. Como os íons se movimentam, essa bomba é chamada bomba de sódio-potássio. Todas as células possuem milhares de bomba de sódio-potássio em suas membranas plasmáticas.

Essas bombas mantêm uma baixa concentração de íons sódio no citosol, por bombeamento de Na⁺ para o líquido extracelular, contra o gradiente de concentração de Na⁺. Ao mesmo tempo, a bomba move íons de potássio para dentro das células, contra o gradiente de concentração de K⁺.

Como Na⁺ e K⁺ vazam lentamente de volta pela membrana plasmática, diminuindo seus gradientes de concentração, as bombas de sódio-potássio precisam operar continuamente para manter uma baixa concentração de Na⁺ e uma alta concentração de K⁺ no citosol. Essas diferenças de concentração são cruciais para o equilíbrio osmótico dos dois líquidos e também para a capacidade de algumas células gerarem sinais elétricos, como os potenciais de ação.

A bomba de sódio-potássio: um caso específico de transporte ativo

Este sistema de transporte bombeia íons contra gradientes de concentração: a concentração dos íons sódio (representada como Na⁺) é maior fora da célula e menor dentro dela, ao passo que a concentração do íon potássio (K⁺) é menor dentro da célula e maior fora dela.

A bomba oscila entre duas formas em um ciclo de bombeamento que transloca três íons sódio para fora da célula a cada dois íons potássio bombeados para dentro da célula. As duas formas possuem diferentes afinidades para os dois tipos de íons. O ATP fornece a energia para a mudança de forma transferindo um grupo fosfato para a proteína (fosforilando a proteína).