As células apresentam um ambiente interno distinto do meio que as circunda. Tal capacidade é decorrente da presença da membrana celular, que controla criteriosamente a entrada e a saída de íons e de moléculas, e permite o reconhecimento entre as células.
Nas células eucarióticas, a membrana celular também compartimentaliza o citoplasma, originando as organelas.
Você sabe do que é constituída a membrana celular e de que maneira íons e moléculas entram e saem da célula?
Membrana celular ou plasmática
A microscopia eletrônica revelou que todas as células, sem exceção, são envolvidas por uma membrana celular ou plasmática, de 6 a 10 nm de espessura.
Essa membrana delimita a célula, retém seu conteúdo, protege-a contra agentes mecânicos ou químicos e seleciona tudo o que nela entra ou sai.
De acordo com o modelo do mosaico fluido, proposto pelos biólogos S. Jonathan Singer e Garth L. Nicholson em 1972, a membrana seria uma dupla camada de fosfolipídios opostos pelas caudas apolares e, encaixadas total ou parcialmente entre os lipídios, encontram-se proteínas periféricas e proteínas integrais, que deslizam lateral e verticalmente entre os lipídios.
É muito comum estar associado a membrana celular macromoléculas chamadas de glicoproteínas, que tem função estrutural ou de transporte, facilitando a entrada ou saída de outras moléculas.
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A utilização do termo para caracterizar a estrutura da membrana celular deve-se ao fato de que há um mosaico de moléculas de proteínas mergulhadas total ou parcialmente nas duas camadas fluidas de lipídios.
As proteínas intercaladas na camada fosfolipídica, além da função estrutural, teriam papéis funcionais diferentes, que explicariam as propriedades seletivas da própria membrana.
Há proteínas que funcionam como enzimas, catalisando reações químicas; outras funcionam como receptores moleculares, com o papel de “reconhecer” substâncias, por exemplo, hormônios; e outras, ainda, funcionam como transportadoras ou carreadoras de nutrientes para dentro e produtos residuais para fora da célula.
… constituintes da membrana celular, o colesterol faz parte de algumas delas. Você sabe qual é a função dessa molécula nas membranas?
[…] 25% dos lipídios em algumas membranas é colesterol, porém em outras membranas pode não haver colesterol. Quando presente, o colesterol é importante para a integridade da membrana. […]
O colesterol pode igualmente aumentar ou diminuir a fluidez da membrana, dependendo de outros fatores como a composição dos ácidos graxos. […]
Uma adequada fluidez de membrana é essencial para a maioria de suas funções. Visto que as moléculas se movimentam mais devagar e a fluidez diminui quando as temperaturas estão reduzidas, as funções da membrana podem declinar em organismos que não podem manter seus corpos aquecidos.
Para resolver esse problema, alguns organismos simplesmente mudam a composição de lipídios de suas membranas […]. Tais mudanças têm um papel na sobrevivência de plantas, de bactérias e de animais que hibernam.
Permeabilidade da membrana
A membrana celular é semipermeável e seletiva. Pode transportar materiais passiva ou ativamente.
O transporte passivo ocorre por difusão, independentemente de consumo de energia pela célula; os materiais entram e saem da célula, segundo gradientes de concentração.
O transporte ativo depende de energia fornecida pelo ATP e ocorre contra gradientes de concentração. Dessa forma, podem resultar situações em que as concentrações dentro da célula seriam mais altas ou mais baixas do que as concentrações fora dela.
Um exemplo de transporte ativo envolve os íons Na+ e K+. O Na+ encontra-se normalmente em concentração mais baixa no interior das células do que fora delas; o K+ tem distribuição inversa: são mais concentrados dentro do que fora das células.
Isso significa que ocorre um transporte de K+ para dentro e Na+ para fora da célula, contra seus respectivos gradientes de concentração, com gasto de energia. Esse mecanismo de transporte ativo é conhecido como bomba de sódio e potássio.
A manutenção de maior concentração de K+ no meio intracelular e Na+ no meio extracelular é fundamental para os processos metabólicos na célula.
Aqui no site tem artigo ensinando a fazer uma atividade que envolve difusão através de uma membrana, o que acha de dar uma olhada?
Proteínas transportadoras ou permeases
Grande parte da seletividade da membrana é atribuída às proteínas transportadoras, denominadas permeases, que são enzimas capazes de “reconhecer” as moléculas a serem transportadas.
Há permeases que transportam moléculas apenas quando existe um gradiente de concentração favorável. Nesse caso, o transporte é passivo e denomina difusão facilitada.
Outras permeases entretanto, atuam quando existe um gradiente de concentração desfavorável; nesse caso, o transporte é ativo.
Uma das explicações para esse tipo de transporte é conhecida como mecanismo carreador, um modelo pelo qual a molécula a ser transportada se ligaria à permease na superfície externa da membrana, sendo deslocada para o interior do citoplasma através da rotação do complexo molécula-permease.
| Transportes através da membrana | ||||
| Processo | :Tipos | Características | Materiais transportados | |
| Passagem de materiais através da membrana plasmática | Transporte passivo | Difusão simples Difusão facilitada | É preciso existir um gradiente de concentração; a célula não consome energia. | Gases respiratórios (O2 e CO2). |
| É preciso existir um gradiente de concentração e um transportador de membrana (permease) de natureza proteica; a célula não consome energia. | Monossacarídeos e aminoácidos. | |||
| Osmose | E preciso existir um gradiente de concentração; a célula não consome energia. | Água (solvente). | ||
| Transporte ativo | E preciso existir um transportador de membrana; a célula consome energia. | Monossacarídeos, aminoácidos e íons diversos: Na+, K+ entre outros. | ||
Endocitose e exocitose
Quando a substância é englobada pela membrana celular, fala-se em endocitose. Dependendo do tamanho da partícula e de sua consistência (sólida ou líquida), a endocitose é denominada fagocitose ou pinocitose.
Fagocitose
No processo da fagocitose (do grego phagein = comer), as partículas sólidas e grandes são englobadas por meio de pseudópodes (do grego pseudo = falso; podos = pés) e forma-se um vacúolo digestivo.
Os pseudópodes são expansões citoplasmáticas temporárias devido à mudança do estado micelar do citoplasma de coloide-sol para coloide-gel e vice-versa.
Isso se observa em protozoários, como as amebas, e em glóbulos brancos. Nos protozoários, a fagocitose atua como um processo nutritivo e, nos glóbulos brancos, também como um processo de defesa contra partículas estranhas ao organismo.
Pinocitose
Pinocitose (do grego pinein = beber) é o mecanismo pelo qual são incorporadas à célula proteínas e outras substâncias solúveis.
Ficou provado, experimentalmente, que a pinocitose é induzida por certas substâncias. Essa conclusão foi possível a partir de trabalhos realizados com amebas colocadas em meios diferentes.
A membrana celular invagina-se, formando um canal que afunda no citoplasma e de cujo fundo se I destacam as vesículas pinocitóticas.
Exocitose
Exocitose é o inverso da endocitose. Na exocitose, uma vesícula no citoplasma se desloca para a superfície interna da membrana celular e se funde a ela, liberando o conteúdo vesicular para o meio extracelular.
Muitas proteínas destinadas à secreção para o meio extracelular são liberadas por exocitose, após serem armazenadas em vesículas secretoras ou grânulos de secreção.
É o que ocorre nas células com função secretora, tais como as células do pâncreas que secretam hormônios lançados na corrente sanguínea.
Um tipo de exocitose, denominado clasmocitose, consiste na eliminação dos resíduos do material ingerido por pinocitose ou fagocitose.
Seletividade da membrana celular.
A passagem de substâncias pela membrana celular é essencial para a manutenção da integridade das células e dos tecidos e órgãos dos quais elas fazem parte, pois muitos processos de envenenamento são evitados pela função seletiva da membrana.
Substâncias tóxicas, continuamente produzidas no interior das células, como resultado do seu metabolismo, precisam ser removidas para fora, e outras, provenientes do exterior, devem ser barradas.
A membrana seleciona o que entra e sai das células por meio dos seus sistemas de transporte químico: difusão, difusão facilitada, transporte ativo e pinocitose.
Inúmeros processos que alteram o funcionamento normal das células têm seus efeitos reduzidos ou anulados pela eliminação de toxinas através da membrana.
Porém, as membranas das células de certos órgãos, como o fígado, por exemplo, permitem a entrada de substâncias tóxicas para que sejam decompostas, pois essas células estão equipadas com enzimas para realizar tal função.
Especializações da membrana
A superfície externa da membrana de certas células pode projetar-se formando delgadas estruturas denominadas microvilosidades, as quais são abundantes, por exemplo, no epitélio intestinal, onde aumentam bastante a superfície efetiva de absorção de nutrientes.
No seu interior encontram-se microfilamentos de actina, uma proteína citoplasmática responsável pela manutenção da estrutura das microvilosidades.
Existem outras especializações da membrana, observadas em células epiteliais, que facilitam a adesão mecânica a células vizinhas. Como exemplos podem ser citados os desmossomos, as zônulas de adesão, as zônulas de oclusão e os nexos.
Os desmossomos são junções mecânicas formadas pelo espessamento das membranas de duas células adjacentes. Na junção intercelular encontram-se substâncias, como mucopolissacarídeos ácidos e proteínas, que contribuem para o fortalecimento do tecido do qual as células fazem parte.
Nas zônulas de adesão, partes das duas membranas adjacentes entram em contato em certas regiões formando uma espécie de rede.
Nas zônulas de oclusão, as membranas celulares adjacentes se unem integralmente, vedando os espaços intercelulares. Aí se estabelece uma espécie de barreira ou bloqueio à difusão de substâncias.
Os nexos são junções do tipo fenda, que permitem a passagem de íons ou de outras substâncias entre células adjacentes.
Membranas esqueléticas
Em certos tipos de célula, existem envoltórios externos à membrana, denominados membranas esqueléticas. Nas células vegetais, por exemplo, essas membranas constituem a parede celular, de natureza celulósica, um produto do citoplasma e dotada de permeabilidade e de certa elasticidade.
Muitas vezes, além da celulose, a parede celular apresenta depósitos de cutina, lignina ou suberina, que representam elementos de resistência e proteção para as células.
Há casos de células animais que apresentam membrana esquelética constituída principalmente de quitina, também encontrada na parede celular dos fungos.
Plasmodesmos
Frequentemente, as paredes celulares das células vegetais são atravessadas por finos filamentos citoplasmáticos, que estabelecem comunicação entre as células de um tecido. Esses diminutos filamentos citoplasmáticos são os plasmodesmos.
Glicocálix ou glicocálice
Inúmeras células animais apresentam uma estrutura, composta de carboidratos combinados com proteínas e lipídios, denominada glicocálix ou glicocálice.
Essa estrutura reveste externamente a membrana celular e é continuamente renovada.
Além da função protetora e lubrificante, o glicocálix executa as funções de adesão celular (unir as células num tecido), de inibição por contato (paralisar a divisão celular quando o glicocálix de uma célula toca o da outra) e de reconhecimento celular (importante nos processos de compatibilidade e de rejeição entre células e tecidos).
A rejeição de enxertos e transplantes deve-se à atividade do glicocálix de linfócitos, que invadem o tecido ou órgão transplantado e destroem as células estranhas.
A inibição por contato não se aplica às células neoplásicas (cancerosas), por isso, nessas células, não ocorre paralisação das divisões celulares.
Os canais da membrana plasmática
A permeabilidade da membrana plasmática é explicada, em grande parte, pelas proteínas que formam sua estrutura. Elas atravessam a dupla camada fosfolipídica da membrana, formando verdadeiros canais de transporte de materiais.
Uma grande variedade desses canais já foi analisada em membranas de diferentes células. Verificou-se que certos canais são capazes de abrir e fechar espontaneamente.
Alguns, entretanto, são abertos ou fechados por ação química de certas substâncias, como o cálcio ou a acetilcolina e outros, e por mudanças no potencial elétrico da membrana.
Muitos desses canais são seletivos para determinados íons, como Na+, K+ e Ca2+, e têm papel fundamental nas interações entre células nervosas, assim como nos contatos delas com células musculares e células glandulares.
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Referências
- Citologia, Embriologia, Histologia; de Pezzi, Gowdak, Mattos
- (PURVES, W. K. e outros. Vida: a ciência da Biologia. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2G02. v. 1. p. 80.)
