A Célula: Membrana Celular

Características e Estrutura

Definição

A membrana celular (também conhecida como membrana plasmática ou plasmalema) é uma membrana biológica que separa o conteúdo da célula do ambiente externo.

Funções

• Barreira que protege o conteúdo da célula do ambiente extracelular
• Ancora o citoesqueleto e define a forma celular
• Liga-se à matriz extracelular e auxilia na formação de tecidos
• Transporta materiais dentro e fora da célula
• Permite a comunicação celular

Composição

A composição da membrana celular pode mudar dependendo do ambiente e do estádio de desenvolvimento celular. Por peso, é composta por aproximadamente 50% de lípidos e 50% de proteínas.

Lípidos:

• Fosfolípidos (> 50% de lípidos membranares):
  • Lípidos anfipáticos com uma cabeça de fosfato (polar) e 2 caudas de ácidos gordos (não polar)
  • Forma uma dupla camada (bicamada lipídica) com as cabeças polares voltadas para a água e as extremidades apolares voltadas uma para a outra (exclusão hidrofóbica)
  • A proporção de ácidos gordos saturados versus insaturados determina a fluidez da membrana.
• Glicolípidos (aproximadamente 2%):
  • Lípido ligado ao carboidrato, voltado para fora
  • Desempenha um papel nas interações célula-célula
  • Determina o tipo sanguíneo ABO
  • Participa na formação do glicocálice
  • Resposta inflamatória
  • Reconhecimento viral de células hospedeiras
• Colesterol:
  • Lípido anfipático com anel deesterol
  • O grupo hidroxilo interage com a água
  • Anel de esterol embutido na membrana
  • Diminui a fluidez da membrana
  • Aumenta a faixa de temperatura na transição de fase
  • Mantém a integridade da membrana sem a necessidade de uma parede celular
  • Também pode ser embalado em lipoproteínas para transporte através da corrente sanguínea

Proteínas:

• Proteínas integrais de membrana:
  • Incorporadas na bicamada, geralmente abrangem toda a membrana (transmembranares)
  • Penetram na membrana para transportar substâncias
  • Exemplos:
    • Canais iónicos
    • Bombas de protões
    • Recetores acoplados à proteína G
• Proteínas periféricas
  • Ligadas de forma reversível à membrana ou a proteínas integrais
  • Penetram parcialmente na membrana
  • Sinalização celular e interações proteína-proteína
  • Proteínas ligadas a glicosilfosfatidilinositol (GPI, pela sigla em inglês)
  • As proteínas do citoesqueleto, anquirina e espectrina, ligam-se à actina.
• Proteínas ancoradas em lípidos:
  • Ligadas a lípidos que se inserem na membrana
  • Não são parte integrante da membrana
  • Exemplo: proteínas G

Propriedades

• Assimétrica: As camadas interna e externa possuem fosfolípidos diferentes.
• Não uniforme: tem domínios (e.g., lipid raft)
• Conceito de “mosaico fluido”: A bicamada lipídica permite o movimento lateral livre de proteínas e lípidos.
• Temperatura de transição (10°C–40°C):
  • A baixas temperaturas, a membrana muda para um estado sólido semelhante a um gel.
  • A membrana perde fluidez (torna-se mais rígida).
  • O colesterol ajuda a preservar a fluidez da membrana a baixas temperaturas.
• Permeabilidade seletiva:
  • Permeável a:
    • Gases (por exemplo, CO₂, CO, O₂)
    • Pequenas moléculas polares não carregadas (por exemplo, H₂O, etanol, ureia)
  • Não permeável a:
    • Grandes moléculas polares não carregadas (e.g., glicose)
    • Iões (por exemplo, Na⁺, K⁺)
    • Moléculas polares carregadas (e.g., ATP, aminoácidos)

Transporte Membranar

Gradientes transmembranares

• Gradiente de concentração de certos iões:
  • A concentração de Na⁺ é maior fora da célula.
  • A concentração de K⁺ é maior dentro da célula.
• Potencial de membrana:
  • Gradiente elétrico através da membrana
  • O interior da célula é mais negativo do que o exterior.
• Gradiente eletroquímico:
  • Mantido pela bomba Na⁺/K⁺: uma estrutura proteica transmembranar que hidrolisa ATP e transporta 3 iões Na⁺ para fora da célula por cada 2 iões K⁺ movidos para dentro da célula
  • Gera uma combinação de gradientes elétricos e de concentração:
    • O Na+ move para dentro da célula com base na concentração e nos gradientes elétricos.
    • O K⁺ move-se para dentro da célula com base no gradiente elétrico e move-se para fora da célula com base no gradiente de concentração.

Proteínas de transporte

• Canais:
  • Abertos ao ambiente em ambos os lados simultaneamente
  • Proteínas de canal iónico
  • Ao abrir/fechar provocam uma mudança considerável na concentração de iões
  • Participam na difusão facilitada de iões
• Carriers (Transportadoras):
  • Apenas abrem 1 lado (portão) de cada vez
  • Presença de sítios de ligação que reconhecem moléculas específicas
  • Reconhecem moléculas específicas
  • As proteínas carrier de transporte membranar que transferem 2 ou mais moléculas através da membrana são chamadas de cotransportadores:
    • Simporte: movimento de 2 solutos na mesma direção
    • Antiporte: movimento de 2 solutos em direções opostas

Transporte membranar

• O transporte passivo (difusão facilitada) move substâncias de zonas de alta concentração para baixa concentração (inferior ao gradiente de concentração):
  • Não requer entrada de energia
  • Os canais abrem-se e permitem que as moléculas se difundam na célula até que as concentrações se igualem.
  • Os canais iónicos são “ião-específicos” (por exemplo, canais de Na⁺ apenas permitem a difusão de Na⁺)
• O transporte ativo move substâncias de zonas de baixa concentração para alta concentração (contra o gradiente de concentração):
  • Requer proteínas transportadoras para se ligar ao substrato
  • O transporte ativo primário requer energia (geralmente ATP).
  • Transporte ativo secundário:
    • Usa o gradiente eletroquímico gerado por transporte ativo primário
    • Os cotransportadores movem uma molécula em direção a um gradiente enquanto, simultaneamente, movem outra molécula contra o gradiente.
    • Bomba de Na⁺ /Ca²⁺: usa o influxo de Na⁺ para mover o Ca²⁺ para fora da célula
• Endocitose: envolve partículas ou iões através da formação de vesículas de membrana que se separam da membrana plasmática
• Exocitose: excreção de certas substâncias pela fusão das vesículas de membrana com a membrana externa da célula

Relevância Clínica

Distúrbios da membrana plasmática

• Esferocitose hereditária: doença hereditária autossómica dominante das hemácias, que se apresenta como uma alteração morfológica dos eritrócitos com os chamados esferócitos. As mudanças na forma da membrana plasmática estão associadas a mutações nas proteínas do citoesqueleto. Os esferócitos defeituosos são eliminados da circulação pelo baço, levando à anemia. O tratamento é realizado com ácido fólico e, quando necessário, esplenectomia.
• Hemoglobinúria paroxística noturna: anemia hemolítica crónica adquirida rara e grave com exacerbações periódicas causadas por um defeito no gene PIGA. Os genes PIGA são responsáveis pela 1ª etapa na síntese da âncora GPI que liga um subconjunto de proteínas à superfície celular. As mais importantes dessas proteínas de superfície celular são o CD59 e o CD55, que protegem a célula da lise celular mediada pelo complemento.

Farmacologia

• Bloqueadores de canais iónicos:
  • Alcaloides neurotóxicos do peixe-balão e de marisco bloqueiam os canais de Na⁺ dos neurónios.
  • As arritmias cardíacas são tratadas com bloqueadores de K⁺ e Na⁺.
  • Fármacos anti-hipertensores bloqueiam canais de Na⁺.
• Fármacos que abrem canais iónicos:
  • Vasodilatadores como o minoxidil, o diazóxido e o nicorandil abrem canais de K⁺.
  • Anticonvulsivantes como a retigabina e a flupirtina abrem canais K⁺ específicos.
  • As benzodiazepinas e os barbitúricos potenciam os recetores do ácido gama-aminobutírico (GABA, pela sigla em inglês), que são canais de iões Cl^–.
• Ionóforos (transportadores lipídicos de iões através das membranas):
  • Ionóforos de K⁺:
    • Antibióticos que se ligam à célula bacteriana e interrompem o gradiente de K⁺
    • Por exemplo, valinomicina, nistatina, salinomicina
  • Ionóforos de protões (2,4-dinitrofenol):
    • Permitem que os protões vazem através da membrana mitocondrial
    • Interrompem a síntese de ATP
    • Altamente letal