Baixe Permeabilidade Seletiva das Membranas Biológicas: Estrutura, Funcionamento e Constituintes e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Bioquímica, somente na Docsity!
As membranas biológicas I
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s membranas biológicas são estruturas dinâmicas e desempenham suas funções fisiológicas vitais, permitindo que as células interajam umas com as outras e com as moléculas de seu ambiente. As membranas regulam, ainda, quais moléculas e íons podem entrar ou sair de uma célula, caracterizando, assim, uma das suas mais importantes propriedades que é a permeabilidade seletiva. Dessa forma, podemos concluir que a membrana plasmática de forma alguma isola a célula do meio. Ao contrário, ela assegura uma perfeita integração desta com o meio no qual está inserida; o que envolve outras células e o ambiente físico-químico como um todo. É sempre importante lembrar que toda a dinâmica que caracteriza o comportamento de uma membrana biológica é resultado direto das propriedades de seus constituintes básicos e como estes se encontram estruturados *****. ***** Trata-se de um conceito básico em bioquímica e muito abordado em provas de concursos vestibulares o fato de que o desempenho funcional de um determinado grupo de moléculas corresponde a um reflexo das propriedades químicas de cada um de seus constituintes. O modo pelo qual as interações entre as moléculas se estabelecem segue a mesma lógica, ou seja, podemos afirmar, usando agora outras palavras, que “ as reações das moléculas baseiam - se nas reações de seus respectivos grupos funcionais .” 1 NOTA : O conhecimento dos aspectos bioquímicos que envolvem a matéria viva, mesmo apresentado de forma básica, fornece ferramentas importantes para a compreensão dos textos presentes na prova.
A estrutura de uma membrana biológica.
A partir do que foi exposto anteriormente, temos que a organização física e o funcionamento de todas as membranas biológicas dependem fundamentalmente dos seus constituintes: lipídeos , proteínas e carboidratos. Nessa primeira abordagem que (^1) Campbell, Mary K. ; Farrell, Shawn O. – Bioquímica – Tradução da 5a (^) Edição norte-americana. 2007, p.4, Thomson
A
Fig. 1 Cláudio Góes
faremos sobre as membranas destacaremos a sua apresentação em bicamada fosfolipídica e como a ela se associa aos outros constituintes membranares no condicionamento de suas funções biológicas. Os lipídeos estabilizam a integridade física da membrana e criam uma barreira efetiva que impede a rápida passagem de materiais hidrofílicos, exercendo, desse modo, um controle sobre a passagem de partículas. A partir daí, podemos entender que, de fato, há um monitoramento sobre o trânsito de materiais e que isso abrange não apenas controle quanto ao tipo de partículas, mas também a velocidade com a qual elas são transportadas; o que acontece, é claro, em função das demandas ou necessidades metabólicas. Além disso, os lipídeos na sua apresentação em bicamada proporcionam a criação de um ambiente que se assemelha a um “lago” no qual uma grande variedade de proteínas pode “flutuar”, caracterizando o que se denomina “fluidez de membrana”. Os lipídeos representam o principal constituinte da membrana plasmática em termos quantitativos. “ Tipicamente, as membranas plasmáticas possuem uma molécula protéica para cada vinte e cinco moléculas de fosfolipídeo. No entanto, essa proporção varia dependendo da função da membrana .” 2 Os lipídeos das membranas biológicas constituem-se principalmente de fosfolipídeos. A molécula fosfolipídica possui tanto regiões hidrofílicas quanto hidrofóbicas.
- Região hidrofílica – Corresponde à região de “cabeça” de um fosfolipídio, sendo eletricamente carregada e, por isso, se associa a moléculas polares de água.
- Região hidrofóbica – Refere-se às longas “caudas” de ácidos graxos não-polares, não sendo, pois, solúveis em água ou capazes de se associarem a substâncias hidrofílicas. Na porção de bicamada lipídica da membrana, as cabeças polares entram em contato com a água, e as caudas apolares ficam na parte interna da membrana. Toda a organização da bicamada é mantida por interações não-covalentes, como as interações de van der Waals e as hidrofóbicas. A superfície da bicamada é polar e contém grupos carregados. O interior de hidrocarboneto apolar da bicamada consiste em cadeias saturadas e insaturadas de ácidos graxos e no sistema de anéis fundidos do colesterol. As camadas interna e externa da bicamada contêm misturas de lipídeos, mas suas composições são diferentes e podem ser utilizadas para a sua distinção. As (^2) Sadava, David et al. Vida. A ciência da Biologia – 8 a (^) Edição – 2009. P.99, Artmed Fig. 2
A presença do colesterol é um dos elementos que pode aumentar o grau de rigidez apresentada pela bicamada. O colesterol não faz parte da estrutura da membrana de células vegetais. A participação do colesterol torna as membranas animais menos fluidos que as membranas vegetais, e as membranas de procariotos, que não contêm quantidades consideráveis de esteróides, são as mais fluidas de todas. NOTA : Pesquisas sugerem que os esteróides vegetais podem agir como bloqueadores naturais do colesterol, interferindo na absorção do colesterol alimentar. NOTA: O colesterol pode representar até 25% do conteúdo lipídico de uma membrana. Quando está presente é essencial para a integridade da membrana. Superfícies hidrofílicas Caudas hidrofóbicas Compartimento aquoso interno Bicamadas lipídicas. Fig.4. Desenho esquemático da porção de uma bicamada constituída de fosfolipídeos. A superfície polar da bicamada contém grupos carregados. As ”caudas” de hidrocarbonetos estão no interior da bicamada. Fig. 5. Vista em corte de uma vesícula com uma bicamada lipídica. Observe o compartimento interno aquoso e o fato de que a bicamada interna é mais compactada do que a camada externa. Essa ilustração nos remete ao conceito sobre a capacidade de autoselagem típica das bicamadas fosfolipídicas. Fig. (^4) Fig. 5 Superfícies hidrofílicas Superfícies hidrofílicas Caudas hidrofóbicas Membranas na Medicina Como a força motriz por trás da formação das bicamadas lipídicas é a exclusão de água da região hidrofóbica dos lipídeos, e não um processo enzimático, as membranas artificiais podem ser criadas em laboratório. Os lipossomos são estruturas estáveis com base em uma bicamada lipídica que formam uma vesícula esférica. Essas vesículas podem ser preparadas com agentes terapêuticos em seu interior e, então, utilizadas para entregá-los a um tecido-alvo. A cada ano, mais de um milhão de norte-americanos são diagnosticados com câncer de pele, causado mais frequentemente pela exposição de longo prazo à radiação ultravioleta. A luz ultravioleta (UV) danifica o DNA de várias formas, sendo uma das mais comuns a produção de dímeros entre duas bases de pirimidina. Os seres humanos, sendo uma espécie com poucos pêlos no corpo e apreço pela luz do sol, estão mal equipados para combater o DNA danificado na pele. Das 130 enzimas reparadoras de DNA humano conhecidas, apenas um sistema é desenvolvido para reparar as principais lesões ao DNA causadas pela exposição à UV. Várias outras espécies apresentam enzimas reparadoras que nós não temos. Pesquisadores desenvolveram uma loção para a pele que consegue neutralizar os efeitos da radiação UV. A loção contém lipossomos com enzimas reparadoras do DNA de um vírus, denominado T4 endonuclease V. O lipossomo penetra nas células da pele e, assim, as enzimas vão até o núcleo, onde atacam os dímeros de pirimidina e iniciam um mecanismo de reparo do DNA que os processos celulares normais podem completar. A loção para a pele, comercializada pela AGI Dermatics está atualmente sob testes clínicos. Visite o site da AGI Dermatics na internet (http://www.agiderm.com) para informações sobre os resultados dos testes clínicos.
Conexões bioquímicas
As proteínas de membrana estão assimetricamente distribuídas
Todas as membranas biológicas contêm proteínas. Diversas proteínas de membrana inserem-se na bicamada fosfolipídica ou a atravessam. Da mesma forma que os fosfolipídeos, essas proteínas possuem tanto regiões hidrofílicas quanto regiões hidrofóbicas, justificando a forma como interagem com a bicamada. Regiões hidrofílicas: Sequências de aminoácidos com cadeias laterais hidrofílicas (ver Tabela1) oferecem a determinadas regiões da proteína uma característica polar. Tais regiões ou domínios interagem com a água, posicionando-se para fora, no ambiente aquoso extracelular ou voltado para o ambiente citoplasmático. Regiões hidrofóbicas: Sequências de aminoácidos com cadeias laterais hidrofóbicas conferem a outras regiões da proteína um caráter não-polar. Esses domínios interagem com cadeias de ácidos graxos no interior da bicamada fosfolipídica, distantes, pois, da água. Tabela 1
Carboidratos de membrana são sítios de reconhecimento
Além de lipídeos e proteínas, podemos encontrar quantidades significativas de carboidratos. Estes, por sua vez, se localizam na superfície externa da membrana e atuam como locais de reconhecimento para outras células e moléculas. Os carboidratos associados à membrana devem estar covalentemente ligados a lipídeos e proteínas. Glicolipídeos: consistem em um carboidrato covalentemente ligado a um lipídeo. As unidades carboidrato dos glicolipídeos frequentemente se estendem para fora da membrana plasmática, onde atuam na sinalização a fim de promover o reconhecimento essencial para as interações celulares. Por exemplo, o carboidrato de alguns glicolipídeos, em células cancerosas, sofre alterações de modo que estas acabam por favorecer o reconhecimento das células afetadas por parte dos leucócitos que, dessa forma, direcionam o seu ataque. Glicoproteínas: consistem em um carboidrato covalentemente ligado a uma proteína. Os carboidratos associados são cadeias de oligossacarídeos, geralmente não excedendo um tamanho de quinze unidades monossacarídeas. As glicoproteínas possibilitam que a célula seja reconhecida por outras células e proteínas. Um “alfabeto” de monossacarídeos sobre as membranas pode ser usado para gerar uma série de mensagens. É importante que você saiba que moléculas de açúcar podem ser constituídas a partir três a sete carbonos, conectados entre eles em diferentes sítios, formando oligossacarídeos lineares ou ramificados, com uma grande diversidade de estruturas tridimensionais*. Um oligossacarídeo que apresenta uma determinada estrutura numa célula em particular pode ligar-se a outra molécula localizada numa célula adjacente cuja estrutura se mostre espelhada, ou seja, similar na sua forma e, portanto, complementar, estabelecendo, assim, a afinidade necessária para promover a associação. Esse tipo de ligação fornece a base para a adesão célula-célula.
- É importante ressaltar que a estrutura tridimensional de uma molécula, ou seja, a forma que ela assume no espaço, é essencial para a sua identificação, atuando, portanto, como um marcador que especifica a célula junto a outras que exibam o mesmo padrão de arranjos moleculares em superfície de membrana. Desse modo, é possível enquadrar certo tipo celular numa categoria funcional específica; o que, na perspectiva da pluricelularidade, é essencial para a formação de tecidos organizados.
O Glicocálix
A superfície externa da membrana é recoberta por uma camada rica em hidratos de carbono, o glicocálix , bem visível no microscópio eletrônico, sendo constituído pelas cadeias glicídicas das glicoproteínas e glicolipídeos da membrana e por glicoproteínas e proteoglicanos secretados pela célula. O glicocálix participa do reconhecimento celular e da união das células umas com as outras e com as moléculas extracelulares. O Glicocálix Microvilosidades
