O que são Biomembranas: estrutura molecular, permeabilidade, transporte

Durante muito tempo acreditou-se na existência de uma membrana envolvendo a célula, ainda que ela não pudesse ser claramente vista e estudada. A célula visualizada em aparelhos que promoviam pequenos aumentos já permitia perceber os limites celulares e as deformações apresentadas por eles ao serem pressionados, por exemplo, com a ponta de agulhas.

No entanto, apenas o microscópio eletrônico evidenciou a presença da membrana celular e forneceu elementos para a construção de um modelo dessa estrutura.

Observe, na figura abaixo, como o ovócito de mamífero, preso com uma micropipeta, deforma-se ao ser perfurado por uma microagulha. Vale esclarecer que nesse aumento não é possível enxergar a membrana em si, mas o limite entre o interior celular e um envoltório chamado zona pelúcida.

Essa imagem mostra uma etapa do processo de clonagem de camundongo. Um ovócito de camundongo é perfurado por uma microagulha para a injeção de um núcleo celular de outro camundongo. Observe como a zona pelúcida, uma camada rígida, envolve o ovócito externamente, como uma casca transparente e rígida. Imagem obtida com microscópio de luz. O ovócito tem cerca de 100 µm de diâmetro.

Essa imagem nos permite intuir pelo menos duas propriedades da membrana. A primeira delas é sua resistência mecânica. A segunda é sua capacidade de regeneração, também chamada fluidez. Após retirar a microagulha, não ocorre vazamento do conteúdo celular.

Sabia-se que a membrana era constituída de fosfolipídios e, desde 1925, acreditava-se que eles se organizavam na forma de uma camada dupla, com as porções hidrofóbicas de sua molécula voltadas umas para as outras. A microscopia eletrônica de grande potência confirmou esse modelo de membrana celular.

Estão bem evidentes na figura abaixo os limites de cada uma das células (setas vermelhas) e o espaço existente entre elas (seta amarela), por onde circula um líquido que foi corado com azul. Composto de água e carboidratos, ele circula por um espaço de aproximadamente 15 nm.

Observe que as duas membranas têm as bordas mais elétron-densas e a região central mais elétron-lúcida, revelando a bicamada. No detalhe da figura, uma representação esquemática ampliada da dupla camada da membrana.

A estrutura molecular das biomembranas

As biomembranas são limites físicos entre o meio celular interno, chamado citosol, e o meio externo. Elas desempenham muitas funções além de simplesmente isolar a célula: permitem a passagem seletiva de algumas substâncias, além da comunicação entre as células, que é feita através da superfície das membranas.

Foi proposto um modelo de membrana no qual blocos de proteínas “flutuam” em uma superfície lipídica. O modelo atualmente aceito denomina-se modelo do mosaico fluido, sendo composto de uma camada dupla de lipídios e de proteínas.

Algumas proteínas atravessam a membrana de um lado ao outro, sendo por isso denominadas proteínas transmembrana. Outras ficam parcialmente imersas, aflorando no citosol ou no ambiente extracelular.

Elas desempenham várias funções e são essenciais para o funcionamento adequado das biomembranas. Outras substâncias, como os carboidratos, podem ligar-se a elementos da membrana formando glicoproteínas ou glicolipídios observe a figura.

Além dos fosfolipídios, das proteínas e dos carboidratos, as membranas das células eucarióticas têm esteroides. No caso das células animais, trata-se do colesterol, essencial para manter as membranas íntegras, conferindo-lhes resistência.

O colesterol diminui a fluidez da membrana, mas aumenta sua estabilidade e contribui para manter suas propriedades mesmo em baixas temperaturas.

Quanto maior a quantidade de ácidos graxos insaturados nos fosfolipídios da membrana, mais fluida ela será e, ao mesmo tempo, mais frágil se tornará. A fluidez é uma característica importante para o desempenho das funções celulares, porém a célula não pode se romper.

As moléculas de colesterol estabilizam a região intermediária das moléculas de fosfolipídios, atuando como uma cola e impedindo o rompimento da membrana.

As células vegetais têm uma parede celulósica, o que auxilia na resistência mecânica das células, e não possuem colesterol, mas um outro esteroide, o estigmasterol, que auxilia a estabilizar a membrana plasmática.

A dieta do ser humano e de outros animais pode alterar a composição das membranas das células, conforme a quantidade e a variedade de lipídios consumidos.

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