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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.

O que são Biomembranas: estrutura molecular, permeabilidade, transporte

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.

Fotomicrografia ao microscópio eletrônico de transmissão
Fotomicrografia ao microscópio eletrônico de transmissão (TEM) mostrando detalhe do limite entre duas células. O corte ultrafino foi tratado com tetróxido de ósmio. O espaço entre as duas membranas (colorizado em azul-claro) mede 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.

Representação artística da membrana plasmática
Representação artística da membrana plasmática de uma célula animal, de acordo com o modelo do mosaico fl uido. O modelo mostra glicolipídios (fi tas vermelhas), bicamada de fosfolipídios (esferas esverdeadas) e proteínas de membrana (em roxo). No interior da célula estão representadas estruturas citoplasmáticas.

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.

Moléculas de colesterol são importantes para estabilizar biomembranas de células animais.
Moléculas de colesterol são importantes para estabilizar biomembranas de células animais.

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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Thiago Faruk

Thiago Faruk é biólogo formando pela USP e mestre em ensino de ciências e matemática pela Unicamp. É um grande prazer ser um colaborador do Planeta Biologia. Aqui minha função é produzir artigos e fazer curadoria de artigos que chegam até mim, fazendo correções, edições e oferecer aos nossos leitores o melhor conteúdo na área de biologia.

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