Aula 3 - Membranas Celulares (Biológicas)

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Membranas Celulares (Biológicas) CÉLULAS Todos os organismos vivos são constituídos por células. Há muitos tipos diferentes de células, que variam enormemente em tamanho, forma e funções especializadas. A forma da célula esta diretamente relacionada com a sua função. E isso envolve também a sua distribuição e a programação. Apesar das muitas diferenças visíveis, várias espécies de células são admiravelmente semelhantes nas suas características estruturais básicas. HIERARQUIA ESTRUTURAL: célula → tecido → órgão → sistema → corpo. TEORIA CELULAR: 1. As células são as unidades morfofisiológicas de todos os organismos vivos (exceto vírus, viróides [RNA infectante], príons [proteínas infectantes] e células incompletas). 2. A célula é a menor porção de matéria viva capaz de autoduplicação independente. 3. As propriedades de um dado organismo decorrem das propriedades de suas células. 4. As células originam-se somente de outras células e a continuidade é mantida através do material genético.

Características: delgada, viscosa, elástica, permeabilidade seletiva e sensibilidade a estímulos (elétricos e químicos). Realiza: reconhecimento entre células, processamento de informação (estímulos e sinais externos), capacidade de movimento e expansão, controle da entrada e saída de moléculas e íons na célula e mantém ambiente químico adequado para os processos metabólicos da célula. Composição química: lipídios. Proteínas e glicídios. UNIDADE DE MEMBRANA: Espessura: 6 a 10 nm - não é visível ao microscópio óptico.

Composição Química Lipídios (fosfolipídios, glicolipídeos e colesterol), proteínas (integrais e periféricas) e glicídios.

LIPÍDIOS DE MEMBRANA São quimicamente complexos. Suas moléculas anfipáticas têm função estrutural. Lipídios de reserva: triglicerídeos. Lipídios estruturais: de membrana. - Formato: cabeça hidrofílica (polar) e corpo hidrofóbico (apolar). FOSFOLIPIDEOS: são os lipídeos mais abundantes em membranas. Contém radical fosfato.

+ GLICEROL: Cadeias: uma cadeia de ácidos graxos satura e outra insaturada (cis). A insaturada causa uma flexão na cauda e bloqueia o giro no máximo a 120°. Álcool esterificante: glicerol (trialcool), por isso podem ser chamados também de glicerolfosfolipideos e fosfoglicerideos. Grupos

polares: podem ser colina (fosfatidilcolina), serina (fosfatidilserina)*, etanolamida (fosfatidiletanolamida), inositol (fosfatidilinositol). *única negativa – intracelular. + ESFINGOSINA: quando ao invés do glicerol é usado esfingosina são chamados de esfingolipídios. Álcool esterificante: a esfingosina (álcool aminado com uma cadeia hidrocarbonada insaturada). Ao ser ligada a um acido graxo por uma ligação amida, é denomina ceramida.

Cadeias: uma da esfingosiana e outra de ácido graxo. Grupos polares: colina (esfingomielina). GLICOLIPIDEOS: ficam na parte externa da membrana, atuam como receptores de estímulos entre outras funções. A maioria dos receptores são glicoesfingolipideos. Cerebrosídios: monossacarídeos (glicose ou galactose) + ceramida Gangliosídeos: oligossacarídeos + ceramida. COLESTEROL: É o terceiro lipídeo mais abundante. Pela sua estrutura compacta, rígida e hidrofóbica, reforça a bicamada tornando-a menos permeável. Estabiliza o arranjo linear dos ácidos graxos saturados por interações de van der waals. DISTRIBUIÇÃO EM MEMBRANAS: a quantidade e o tipo da estrutura varia de membrana para membrana, de acordo com a função. + Colesterol: é abundante em eucariotos, mas inexistente em procariotos, pois estes já possuem parede celular cumprindo a função estrutural. Eritrócitos: + Estomatócito: Sua formação tem sido atribuída ao aumento de fosfatidilcolina a na camada interna da membrana eritrocitária. Os estomatócitos associam-se a uma grande variedade de condições clínicas, a causa mais comum é o excesso alcoólico, nesses casos é comum a macrocitose. + Acantocitose: não é revertida resuspendendo-se os eritrócitos com plasma fresco. Na acantocitose, a relação colesterol/fosfolipídeos dos eritrócitos está aumentada.

Proteínas das Membranas Solubilização e purificação: são utilizados detergentes. PROTEÍNAS INTEGRAGRAIS (intrínsecas): correspondem a 70%. São fortemente associadas aos lipídios e por isso difíceis de extrair. Possuem múltiplas funções. Proteína transmembrana: são anfipáticas, região hidrofóbica que interage com a bicamada lipídica e região hidrofílica que interage com o meio extracelular e intracelular. - Funções: sinais de transporte, enzimático, receptores de superfície, aderência celular, marcadores de identidade celular (glicocálix), sítio de ancoramento do citoesqueleto. + α-hélice: a maioria das proteínas transmembranas. - Unipasso: passam uma única vez pela membrana. ① - Multipasso: passam mais de uma vez pela membrana. ② + folha β-pregueadas (barris β): somente multipasso. ③ Ligadas a grupamento lipídico: proteínas que são ligadas covalentemente a um lipídio de membrana. ⑤ Ligadas a grupo proteico: são ligadas a um grupo proteico ancorado na bicamada lipídica. ⑥

PROTEÍNAS PERIFÉRICAS (extrínsecas): correspondem a 30%. São fracamente associadas aos lipídios e por isso fáceis de extrair. Tem função estrutural. Ligadas a proteínas integrais: por interações não-covalentes. ⑦⑧ Ligadas a lipídios: também por interações não covalentes. ④

ESPECTRINA NA HEMÁCIA: A maioria das moléculas de proteínas associadas à membrana das hemácias são proteínas periféricas ligadas ao lado citoplasmático da membrana. A espectrina, proteína periférica encontrada em hemácias, junto ao citoesqueleto forma uma malha na célula, fazendo-a assumir o formato bicôncavo. Eliptocitose (ovalocitose): doença em que a desorganização da malha deixa os eritrócitos com formato elíptico. PROPORÇÃO PROTEÍNA/LIPÍDIO: Ricas em proteínas: 75 a 80% proteínas. Ex: membrana mitocondrial interna (76% P 24% L). Plasmática: aproximadamente 50% proteínas e 50% lipídios. Ex: membrana plasmática de célula hepática (44,5% P 43,5% L). Mielínicas: de 75 a 80% lipídios. Ex: bainha de mielina (76% L 18% P).

Açúcares das Membranas São açucares (polares) associados a lipídios (glicolipídeos) e proteínas (glicoproteínas) de membrana. Glicocálix detalhado na próxima aula.

Estrutura das Membranas LIPÍDEOS: O formato dos lipídeos determina em grande parte o tipo e estrutura formados. Overton: ao estudar transporte descobriu a natureza lipídica. Modelo de Gortner e Grendel (1926): membranas celulares compostas de bicamada lipídica. MICELAS: estrutura formada por moléculas anfipáticas (cabeça polar e uma cauda apolar) em meio aquoso. Devido a sua conformação essas moléculas em meio aquoso tendem a formar uma estrutura globular, onde expõem a cabeça polar e esconde a cauda apolar. LIPOSSOMOS: semelhantes a micelas, mas por serem formados por moléculas anfipáticas com duas caudas apolares tendem a formar bicamadas dessas moléculas. Por isso deixam um espaço interior para o meio aquoso. Pequenas rupturas na membrana são consertadas espontaneamente. Uso farmacológico: são usados na farmacologia pela sua capacidade de integração a bicamada lipídica das células. Fármacos podem ser inseridos na bicamada (lipossolúveis) ou no interior do lipossomo (hidrossolúveis). LIPÍDEOS E PROTEÍNAS: Modelo de Davson e Daniell (1943): modelo “sandwich”. Apenas uma bicamada lipídica não explicava as propriedades mecânicas da membrana. Este modelo afirmava que a bicamada lipídica é recoberta pelos dois lados de proteínas e carboidratos.

Roberston: Descobre aspecto trilaminar da membrana. Confirmou o modelo sandwich. Singer e Nicholson (1972): Evidências da presença de proteínas que atravessavam a bicamada lipídica. Criação do modelo “Mosaico Fluído”, ode as proteínas ficam embebidas na bicamada lipídica.

CONFORMAÇÃO DE PROTEÍNAS: pela tendência dos grupos apolares se juntarem. Região apolar no interior e polar no exterior, permitindo interação com meio aquoso. CRIOFRATURA: consiste em um resfriamento seguido pelo corte da membrana plasmática, separando as bicamadas. Face E (extracelular): camada voltada para o meio extracelular com predomínio de depressões. Face P (protoplasmática): camada voltada para o meio intracelular com predomínios de elevações (proteínas). Esse predomínio é justificado, pois a maioria das proteínas de membrana estão ancoradas no meio intracelular.

Características das Membranas Características: pequena espessura visível apenas ao ME (variável de 6 a 10 nm), elasticidade, auto-selagem, fluidez e assimetria (química e funcional). ELASTICIDADE: as moléculas de fosfolipídios tornam a estrutura maleável. AUTO- SELAGEM: em caso de rompimento da membrana a água força (tensão superficial) as extremidades a se reunirem. Ex: rompimento da célula durante fertilização in vitro. FLUIDEZ: as membranas celulares são estruturas dinâmicas, fluidas, e a maior parte de suas moléculas são capazes de mover-se no plano da membrana. Ex1: na fusão de células é possível observar que antígenos de membrana se misturam. Ex2: experimento de capeamento de receptores, onde há reunião de proteínas em uma área da célula. Ex3: na medição de difusão lateral por descoloração com laser de uma região da membrana que aos poucos volta a cor original, pois proteínas

coloridas se misturam com não coloridas. Movimentos + Fosfolipídios: difusão lateral, flexão (da cauda), rotação, bobbing (↑↓) e flip-flop (catalisado pelas proteínas flipases, raramente acontece pelo alto gasto energético). + Proteínas: semelhantes aos dos fosfolipídios, exceto por flip-flop. Imobilização + Proteínas: o movimento de proteínas pode ser restrito ao longo da membrana em caso de: ligação de proteína com o córtex celular, ligação com a matriz extracelular, com proteínas da superfície de outras células e como barreiras. + Domínios: há mecanismos para confinar moléculas lipídicas e proteicas a domínios específicos. Ex: em espermatozoides.

Fatores que interferem na fluidez: + Temperatura: altera o estado físico. - Altas: desordem dos fosfolipídios → Estado líquido. - Baixas: ordem dos fosfolipídios → Estado gel. + Composição fosfolipídica: - Comprimento das cadeias de ácidos graxos: quanto menor a cadeia menor é a interação entre as caudas de ácidos graxos então maior é a fluidez. - Grau de insaturação: saturados (mais viscosa e menos fluida) e insaturados (menos viscosa e mais fluida). + Porcentagem de colesterol: enrijece a bicamada lipídica, tornando-a menos fluida e menos permeável. Obs: em leveduras e bactérias o comprimento e o grau de insaturação das caudas de hicrocarboneto são ajustadas dependendo da temperatura para manter a fluidez: temperaturas altas, a célula produz lipídios com caudas mais longas e saturadas (com poucas ligações duplas). Estratégia similar ocorre na produção de margarina a partir de óleos vegetais. Óleos vegetais são insaturados, portanto, líquidos à temperatura ambiente. A adição de hidrogênio tira a insaturação, transformando-os em sólidos.

ASSIMETRIA QUÍMICA E FUNCIONAL: os lipídios de membrana são distribuídos assimetricamente, cada monocamada é adaptada para sua função. + Interno: fosfatidilserina (carga negativa), fosfatidiletanolamina. + Externo: glicolipídios, esfingomielina, fosfatidilcolina.

Lipid raft: áreas pequenas da membrana, especializadas onde alguns lipídios (normalmente esfingolipídeos e colesterol) e proteínas estão concentrados. Se deslocam ao longo da membrana.

Questões 1. (UFFS) - Assinale a alternativa correta quanto aos componentes, estruturas e processos celulares. a) Células procariontes apresentam material genético sob a forma de numerosos cromossomos e que apresentam interrupções em seus genes. b) Proteínas canais estão presentes na membrana plasmática e realizam tanto o transporte passivo quanto ativo de moléculas. c) Os peroxissomos são estruturas vesiculares esféricas compostas por enzimas fundamentais nos processos de autofagia e reciclagem de nutrientes da célula. d) A membrana plasmática eucarionte é dita assimétrica devido a diferença de composição nos lipídios e proteínas de suas faces externas e internas nos diferentes tipos celulares. e) Junções do tipo GAP são estruturas formadas por proteínas do citoesqueleto tendo como função uma maior adesão célula a célula, impedindo assim sua movimentação, evitando o atrito e a passagem de moléculas, sendo predominantes em células epiteliais.

2. Assinale a alternativa correta, com relação às biomembranas, também denominadas membranas plasmáticas. a) Os lipídeos constituintes de membranas plasmáticas estão em constante movimentação e se distribuem simetricamente nas duas monocamadas lipídicas. b) Glicocálix compreende a face voltada para o citoplasma da bicamada lipídica ricamente glicosilada. c) As proteínas integrais de membrana estão mergulhadas na bicamada lipídica e apresentam porções hidrofóbicas expostas para o citoplasma ou matriz extracelular. d) Colesterol, esfingolipídeos, glicolipídeos e triglicerídeos são lipídeos constituintes de membranas plasmáticas. e) Microvilosidades, estereocílios e bainha de mielina representam especializações da membrana plasmática.

3. (Unicesumar) - As células eucariontes são envoltas por uma unidade de membrana

complexa. Sobre essa unidade de membrana considere as seguintes afirmações: I.É formada por duas camadas de moléculas de fosfolipídios com seus grupamentos não polares voltados para o centro da membrana. II. Os fosfolipídios se organizam em bicamadas assimétricas e fluidas, mantidas com gasto de energia. III. Os grupamentos hidrofílicos dos fosfolipídios posicionam-se nas superfícies externa e interna da membrana. IV. As proteínas, que representam 50% do peso da membrana são divididas em dois grupos: as integrais, que estão fracamente associadas à membrana e as periféricas, intimamente associadas a ela. Assinale a alternativa correta em relação às afirmações: a) As alternativas I e III estão corretas. b) As alternativas I e IV estão corretas. c) As alternativas I, II, III e IV estão corretas. d) As alternativas II e III estão corretas. e) As alternativas II, III e IV estão corretas.

4. (Unicesumar) - O modelo a seguir representa a configuração molecular da membrana

celular, segundo Singer e Nicholson. Acerca do modelo proposto, assinale a alternativa correta.

a) O algarismo 1 assinala a extremidade apolar (hidrofílica) das moléculas lipídicas. b) O algarismo 2 assinala a extremidade polar (hidrofóbica) das moléculas lipídicas. c) O algarismo 5 assinala uma proteína extrínseca à estrutura da membrana. d) O algarismo 4 assinala uma molécula de proteína extrínseca. e) O algarismo 3 assinala uma molécula de proteína transmembrana.

5. (PUCPR) – Em relação às funções das selectinas, assinale a alternativa INCORRETA. a) Outra função das selectinas nos vertebrados é a coordenação do tráfego dos leucócitos. b) São as proteínas de membrana do leucócito que reconhecem o local em que está sendo necessária a sua parada, rolamento e diapedese. c) As selectinas são consideradas proteínas de adesão, assim como as caderinas e integrinas. d) As selectinas são proteínas transmembranas ligadoras de carboidratos do tipo lectinas. e) Uma das principais funções das selectinas nos vertebrados ocorre em relação à resposta inflamatória.

6. Assinale a alternativa que apresenta a função ou propriedade típica da membrana plasmática. a) Tradução do RNA mensageiro. b) Transcrição do DNA. c) Biossíntese de lipídeos. d) Permeabilidade seletiva de solutos. e) Empacotamento de moléculas em vesículas.

7. A regra básica de solubilidade de biomoléculas em solventes aquosos ou orgânicos é a de que “o semelhante dissolve o semelhante”. Com base no exposto, assinale a alternativa correta. a) As moléculas de água são polares. Elas dissolvem bem carboidratos, interagindo com eles principalmente por pontes de hidrogênio. b) Os ácidos graxos são polares e são solubilizados em acetona por meio de interações hidrofóbicas. c) Gases como o O2 e o N2 são bastante solúveis em água. d) Ácidos graxos abundantes em meio aquoso formam estruturas denominadas micelas. Nessas estruturas, as caudas acil graxas se expõem ao máximo, para interagir com a água. e) As pontes de hidrogênio são ligações fortes e se estabelecem exclusivamente entre moléculas de água.

8. As proteínas desempenham diversas funções celulares. Em relação às proteínas, assinale a alternativa correta. a) Todas apresentam estruturas primárias, secundárias, terciárias e quaternárias. b) Os anticorpos são proteínas com função motora. c) As proteínas são polímeros de aminoácidos. Na estrutura proteica, os resíduos de aminoácidos estão unidos por ligações peptídicas. d) As proteínas apresentam duas extremidades de cadeia, denominadas extremidades N-terminais. e) Quando uma proteína se apresenta na sua conformação nativa, ela se encontra completamente desnaturada.

9. (UFAC) - As integrinas são proteínas transmembrana, com uma extremidade externa que se prende a componentes da matriz e uma extremidade citoplasmática que se liga à porção do citoesqueleto constituída de actina, por intermédio da proteína: a) BiP b) Calnexina c) Chaperone hsp 70 d) Riboforina e) Talina

10. As mitocôndrias apresentam duas membranas que envolvem a matriz mitocondrial. A membrana interna é rica em um fosfolipídio que não existe na membrana externa, denominado: a) Cardiolipina. b) Desmina. c) Espectrina. d) Laminina. e) Porina.

11. (UFAC) - Na superfície da membrana interna que está voltada para o interior da mitocôndria, existem pequenas partículas em forma de raqueta, que se inserem pelos seus cabos nessa membrana. Tais partículas são chamadas de corpúsculos: a) Apócrinos. b) Basais. c) Centrais. d) Elementares. e) Quimiosmóticos.

12. (UFAC) - A superfície externa da membrana plasmática apresenta uma região denominada glicocálice. Dentre as glicoproteínas secretadas e que passam a fazer do glicocálice, uma das mais abundantes é a fibronectina, a qual não é a única proteína que estabelece conexão entre as células e a matriz extracelular. As células dos tecidos epiteliais de revestimento, por exemplo, lígam-se ao colágeno pór meio da glicoproteína: a) Cardiolipina. b) Desmina. c) Espectrina. d) Laminina. e) Porina.

13. (UFAC) - Determinados glicolipídios, constituintes do glicocálice, contêm em suas moléculas uma parte glicídica muito complexa, contendo resíduos. Assinale a alternativa que NÃO representa um desses resíduos. a) Acido N-acetil-neuramínico, b) D-galactose, c) D-glicose; d) N-acetil-D-galactosamina; e) N-D-galactose-neuramínico.

14. (UFAC) - A maioria das organelas, presentes no citoplasma de células eucariontes, é delimitada por membrana. Neste contexto, indique a alternativa que possui uma organela não membranosa, ou seja, sem revestimento de membrana. a) Complexo de Golgi. b) Lisossomo. c) Retículo endoplasmático liso. d) Retículo endoplasmático rugoso. e) Ribossomo.

15. Em 1972, foi proposto, por Singer e Nicholson, um modelo para explicar a estrutura da membrana plasmática. Esse modelo ficou conhecido por: a) Modelo da bicamada lipídica. b) Modelo do mosaico fluido. c) Modelo do mosaico lipídico. d) Modelo de Singer & Nicholson. e) Modelo da membrana de Singer.

16. De acordo com seu conhecimento a respeito do modelo do mosaico fluido, marque a alternativa em que estão indicados corretamente os nomes das moléculas abaixo:

https://exercicios.brasilescola.uol.com.br/exercicios-biologia/exercicios-sobre-membrana-plasmatica.htm#resp-2

a) 1- Fosfolipídios e 2- Glicocálix. b) 1- Proteínas e 2- Fosfolipídios. c) 1- Fosfolipídios e 2- Proteínas. d) 1- Proteínas e 2- Glicocálix.

17. (PUC-PR) No início da década de 70, dois cientistas (Singer e Nicholson) esclareceram definitivamente como é a estrutura das membranas celulares, propondo-se o modelo denominado mosaico fluido. Neste conceito, todas as membranas presentes nas células animais e vegetais são constituídas basicamente pelos seguintes componentes: a) ácidos nucleicos e proteínas. b) ácidos nucleicos e enzimas. c) lipídios e enzimas. d) enzimas e glicídios. e) lipídios e proteínas.

18. A membrana plasmática é uma estrutura que reveste as células de todos os seres vivos. Essa estrutura, formada principalmente por fosfolipídeos e proteínas inseridas, apresenta várias funções, exceto a de: a) barreira seletiva. b) transporte de substâncias. c) interação entre células. d) envolver o material genético. e) responder a sinais externos.

19. (Mack-2005) Assinale a alternativa correta a respeito da membrana lipoproteica. a) Em bactérias, apresenta uma organização diferente da encontrada em células eucariotas. b) Existe apenas como envoltório externo das células. c) É formada por uma camada dupla de glicoproteínas, com várias moléculas de lipídios encrustadas. d) É rígida, garantindo a estabilidade da célula. e) Está envolvida em processos como a fagocitose e a pinocitose.

20. (PUC-RJ) Em relação aos envoltórios celulares, podemos afirmar que: a) todas as células dos seres vivos têm parede celular. b) somente as células vegetais têm membrana celular. c) somente as células animais têm parede celular. d) todas as células dos seres vivos têm membrana celular. e) os fungos e bactérias não têm parede celular.

Gabarito 01. d 02. e 03. a 04. c 05. b 06. d 07. a 08. c 09. e 10. a 11. d 12. d 13. e 14. e 15. b 16. c 17. e 18. d 19. e 20. d