VIII PLASMÁTICA MEMBRANA

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1 MEMBRANA PLASMÁTICA VIII Membranas são estruturas extremamente finas capazes de separar substâncias em uma solução, Não permitindo a passagem de açúcar de uma solução aquosa para uma solução onde há somente água, por exemplo. Algumas membranas são permeáveis, permitindo a passagem livre de água e substâncias dissolvidas; outras são impermeáveis; outras ainda são semipermeáveis, que permite a passagem apenas de água. A membrana que abriga o citoplasma e suas organelas é denominada de membrana plasmática, cuja característica principal é a permeabilidade seletiva, ou seja, permitir a passagem somente de certas substâncias entre a célula e o seu meio. Algumas das diversas organelas que encontramos na célula também estão envoltas por membranas semelhantes a membrana plasmática, como é o caso do complexo de Golgi e as mitocôndrias. Uma primeira importante função da membrana, portanto, é o fato dela delimitar a célula, definindo dois meios: o extracelular, fora da célula; e o intracelular, dentro da célula. COMPOSIÇÃO A membrana plasmática é formada principalmente por lipídeos e proteínas, dizemos por isso que estrutura da membrana plasmática é lipoprotéica. As proteínas de membrana são muitas e complexas, mas estão relacionadas basicamente ao controle de entrada e saída de substâncias da célula, como veremos a seguir. Os lipídios formadores da membrana são basicamente dois tipos: colesterol e os fosfolipídios. O colesterol presente na membrana tem por função garantir a sua fluidez. Os verdadeiros formadores da membrana plasmática são os fosfolipídios. Como dito na aula sobre lipídios, os fosfolipídios são moléculas anfipáticas, isto é, possuem uma região hidrofílica, atraída pela água, e uma região hidrofóbica, que é repelida pela água. Essa propriedade química da molécula garante a formação de uma bicamada, na qual as regiões hidrofóbicas se mantêm coesas, pois possuem afinidades entre si; e as regiões hidrofílicas se voltam para lado interno e externo da célula permanecendo assim em contato com a água. Figura 1. As cabeças hidrofílicas das moléculas lipídicas ficam voltadas para o exterior e para o interior da célula, enquanto as caudas hidrofóbicas formam um cerne no interior da bicamada. Autora: Mariana Ruiz Villarreal, conteúdo de licença livre A essa bicamada, proteínas com estruturas globulares se associam de várias maneiras. Essas proteínas podem ainda estar ligadas a cadeias de carboidratos, formando o que é chamamos de glicocalix. Este modelo de uma membrana lipoprotéica associada a carboidratos explica determinadas propriedades funcionais das membranas plasmáticas, além daquela de permitir a difusão seletiva de substâncias entre o interior da célula e o meio. Um exemplo dessas propriedades funcionais é o reconhecimento dos fatores responsáveis pelo tipo sangüíneo, os quais se encontram na superfície das hemácias (células vermelhas do sangue). Outro exemplo vem da formação dos tecidos durante o desenvolvimento embrionário, quando as células se agregam por meio de um reconhecimento mútuo, graças à presença de determinados componentes na superfície das membranas. Muitas moléculas que afetam as células, como certos hormônios e proteínas, o fazem não Figura 2. A membrana plasmática e seus componentes. Autora: Mariana Ruiz Villarreal, conteúdo de licença livre 34 Pela Difusão do Conhecimento Crítico cad01bio01mod08.pmd 34

2 pela penetração direta no interior da célula, mas pela sensibilização de receptores específicos presentes na superfície da membrana. ESPECIALIZAÇÕES As células, nos organismos multicelulares, se diferenciam e se agrupam para formar tecidos e órgãos com funções específicas. Assim, vemos diversas especializações da membrana plasmática relacionadas a essas funções; as células epiteliais que fazem a absorção de nutrientes (como as da parede intestinal), por exemplo, apresentam microvilosidades, que são dobras de membrana que aumentam a superfície de absorção. Outra importante especialização das membranas são os desmossomos, que são estruturas de adesão entre células, presentes em células de revestimento, como a epiderme. TRANSPOR RANSPORTE TE ATRA TRAVÉS DA MEMBRANA PLASMÁTIC LASMÁTICA Para entendermos o transporte através da membrana é preciso esclarecer alguns conceitos a respeito de mistura de soluções. Em uma solução a substância em maior quantidade é chamada de solvente e nos sistemas biológicos normalmente é a água. A substância em menor quantidade que, em via de regra, é diluída na solução é chamada de soluto. Quando a concentração de soluto é maior em uma solução em relação a outra, dizemos que a solução é hipertônica, quando é menor, dizemos que é hipotônica, e quando as concentrações são iguais dizemos que são soluções isotônicas. célula, precisam atravessar a membrana plasmática e cair na corrente sangüínea, que as distribuirá para todo o organismo. O equilíbrio iônico, ou seja, a concentração de certos íons, como Na+ e K+, dentro e fora da célula, requer a passagem destes íons da célula para o meio externo e viceversa, e isso ocorre, logicamente, através da membrana plasmática. Enfim, todo o transporte de substâncias entre a célula e seu meio precisa atravessar a membrana plasmática. DIFUSÃO Todas as moléculas e íons movimentam-se de acordo com seu gradiente de concentração. Em outras palavras, as moléculas e íons migram naturalmente dos locais em que sua concentração está alta em direção aos locais onde sua concentração está menor, buscando tornar-las iguais. Considere então que a concentração de um determinado soluto seja diferente nos meios intra e extracelular. É possível que a molécula deste soluto seja tão pequena a ponto de ser capaz de atravessar a bicamada lipídica sem muitos problemas, como de fato ocorre com a molécula de oxigênio. O transporte através das membranas está relacionado a passagem de solventes, água, e diversos solutos, como oxigênio e glicose, para dentro e fora das células. Podemos separar esses transportes em ativos, passivos, endocitoses, exocitoses. Como citamos anteriormente, a membrana plasmática apresenta como característica principal a permeabilidade seletiva, pois tem a capacidade de regular a troca de certas substâncias entre o citoplasma e o meio, sendo essa a função primordial dessa estrutura. Os nutrientes de que a célula necessita, como os aminoácidos, lipídeos e açúcares, precisam passar através da membrana plasmática para chegar ao interior da célula. De outra maneira, substâncias como hormônios e enzimas, necessárias para o desenvolvimento e funcionamento do organismo como um todo e que são produzidas no interior da Pela Difusão do Conhecimento Crítico Figura 4. Em (A) o soluto está mais concentrada no interior da célula e tende a sair por difusão, em (B) ocorre o inverso, a concentração é maior fora da célula, então o soluto tende a entrar na célula por difusão. Neste caso, as moléculas de soluto irão da região de maior concentração, hipertônica, para região de menor concentração, hipotônica; o que é lógico, afinal deste modo as concentrações podem se igualar. Por ser o soluto a substância a se movimentar através da membrana, esse transporte é chamado de difusão, e por ser movido simplesmente por diferença de concentração, se trata de um transporte passivo. Figura 5. O gráfico da difusão simples é linear. 35 cad01bio01mod08.pmd 35

3 DIFUSÃO FACILIT CILITAD ADA Similarmente a difusão comum, a difusão facilitada também é um processo no qual o soluto se movimenta através da membrana, e é também devido a diferença de concentração, indo do mais concentrado para o menos concentrado. A principal diferença reside no fato de que esse processo ocorre quando as moléculas são grandes demais para passarem rapidamente pela membrana, muito embora a passagem seja possível, sendo necessária a existência de proteínas de membrana que auxiliam essa passagem, de modo que ela ocorre em maior velocidade. Neste caso, também ocorre ligação especifica entre a substância e a proteína de transporte pela membrana. Um bom exemplo deste processo é a molécula de glicose, essencial para a célula, que atravessa a membrana graças a ação de uma proteína. Importante salientar que neste processo não há gasto de energia, sendo também um processo passivo. Figura 6. Na difusão facilitada pode ocorrer saturação das enzimas da membrana, similarmente ao que ocorre ás enzimas. OSMOSE Quando a molécula não pode passar através da membrana, devido ao seu tamanho, estrutura ou carga elétrica moléculas carregadas, por atraírem a agregarem muitas moléculas de água, podem ter dificuldade de atravessar a membrana são as moléculas de água que passam. É importante esclarecer que, como a molécula de água é polar, não pode atravessar o meio apolar da membrana plasmática e seu transporte ocorre principalmente por canais protéicos. Assim, se a célula estiver mergulhada num meio de concentração mais alta do que a do seu citoplasma, a água vai sair da célula até que essas concentrações se igualem. Tal fenômeno é chamado de osmose e não requer gasto de energia pela célula. Esse tipo de transporte é denominado transporte passivo. Importante que fique claro que neste processo quem se movimenta é o solvente, e como serve para diluir a concentração, a passagem ocorre do menos concentrado para o mais concentrado. Disto, temos a idéia de experimentos clássicos. Uma célula quando posta em meio hipertônico tende a murchar; quando em meio hipotônico tende a sofrer lise celular, isto é, rompimento da membrana; e quando em meio isotônico tende a manter sua integridade. Este processo é particularmente interessante em células vegetais, que por conta da parede celular, não sofrem lise. Dizemos que quando absorve muita água a célula fica túrgida. Quando perde muita água, além de murchar, a membrana plasmática pode descolar da parede celular, nesse estado dizemos que a célula está plasmolisada. BOMB OMBA DE SÓDIO E POTÁSSIO Outras moléculas e íons são transportados contra seu gradiente de concentração. Nesses casos, é necessário que a célula gaste energia para realizar o transporte. Fala-se então em transporte ativo. Um importante exemplo de transporte ativo é a bomba de sódio e potássio. Os íons sódio (Na+) e potássio (K+) devem atravessar a membrana contra um gradiente de concentração. Esperar-se-ia que esses íons apresentassem concentrações iguais dentro e fora da célula devido ao fato da membrana plasmática apresentar permeabilidade passiva a ambos. No entanto, encontramos concentrações diferentes, dentro e fora da célula, para o sódio e o potássio. Que mecanismo explicaria esta diferença de concentração? Na maioria das células dos organismos complexos a concentração do sódio é bem mais baixa dentro da célula do que fora desta. Experimentos indicam que os íons sódio (Na+) entram e saem da célula com muita rapidez. Este mecanismo, denominado de bomba de sódio, mantém baixo o nível intracelular deste íon. O potássio (K+), apresenta situação inversa, a sua concentração é mais alta dentro da célula do que fora desta, devido a um mecanismo de transporte ativo denominado de bomba de potássio. Juntos, esses dois mecanismos receberam o nome de bomba de sódio e potássio. Como funcionaria tal mecanismo? Propõe-se a existência de moléculas transportadoras de sódio e potássio, no caso uma enzima (ATP-ase) que capturaria íons sódio do interior da célula e os transportaria para o exterior, onde os trocaria por íons potássio. Estes seriam, então, transportados para o interior da célula, onde seriam trocados por novos íons sódio. Todo este mecanismo de transporte ativo que mantém tais distribuições iônicas é de suma importância para a transmissão dos impulsos nervosos, por exemplo. Figura 7. Esquema de uma célula realizando fagocitose. 36 Pela Difusão do Conhecimento Crítico cad01bio01mod08.pmd 36

4 ENDOCIT NDOCITOSES OSES Quando as moléculas são muito grandes em relação a célula e nenhum dos processos de difusão é possível, existe um outro tipo de transporte utilizado pra englobar partículas para o interior da célula denominado endocitose. Existem dois tipos de endocitose, de acordo com o tamanho das partículas a serem capturadas: a fagocitose e a pinocitose. Na fagocitose, elementos de dimensões macromoleculares ou maiores são envolvidos por expansões das membranas, que englobam a macromolécula. Este processo é comum na captura de alimento feita pela ameba, que emite pseudópodos (do grego pseudo=falso + podos=pés) e engolfa a sua presa. Nos animais, certas células de defesa, chamadas de fagócitos, também se utilizam da fagocitose para englobar e digerir organismos invasores. Na fagocitose, depois que as macromoléculas são envolvidas, elas são transportadas para vesículas no interior da célula, os vacúolos (bolsas membranosas existentes no citoplasma) de fagocitose. Na pinocitose, as partículas de dimensões menores do que no processo anterior são capturadas por invaginações - projeções para dentro - da membrana plasmática, formando um túbulo que envolve as moléculas. Estas penetram na célula e vão para vacúolos de pinocitose. 1) (PUC-MG) Hemácias humanas em isotonia, em concentração de água e sal a 0,9%, foram colocadas em dois meios diferentes, o primeiro em solução de água e sal a 1,5% e o segundo, a o,1%. É esperado que: a) Haja deplasmólise em 1. b) Haja hemólise em 2. c) As hemácias fiquem túrgidas em 1. d) Haja redução da pressão interna em 2. e) Haja hemólises em 1 e 2. 2) (UPC) Sabe-se que as células epiteliais se acham fortemente unidas, sendo necessária uma força considerável para separá-las.isso se deve à ação a) Do ATP que se prende às membranas plasmáticas das células vizinhas. b) Da substância intercelular. c) Dos desmossomos. d) Dos centríolos. e) Dos microtúbulos. 3) (UNICENTRO) Considere as afirmações: I) A membrana plasmática das células dos seres eucariontes é de natureza lipoprotéica, com função variada, entre elas a semipermeabilidade seletiva, do mesmo modo que a membrana plasmática dos seres protocariontes. II) A membrana plasmática das células vegetais e animais só é visível ao microscópio eletrônico e, na sua face externa, apresenta o glicocálix, com função de reconhecimento celular. III) A membrana plasmática é uma estrutura que recobre a superfície celular, separando o meio intracelular do extracelular, e não apresenta diferenciações em sua superfície. São verdadeiras: a) Apenas I. b) Apenas I e II. c) Apenas III. d) I, II e III. e) Apenas II e III. 4) (FUVEST) Para exercerem suas funções de reabsorção, as células epiteliais dos túbulos renais apresentam a) Vilosidades e muitas mitocôndrias. b) Superfície lisa e muitas mitocôndrias. c) Vilosidades e poucas mitocôndrias. d) Superfície lisa e poucas mitocôndrias. e) Grandes vacúolos. 5) (PUC) Hemácias foram colocadas em uma solução de concentração desconhecida, tendo, após um certo tempo, sofrido hemólise. Em função deste resultado, foi possível dizer que a solução em questão apresenta-se: a) atônica em relação às hemácias. b) com alta concentração de sais. c) hipotônica em relação às hemácias. d) isotônica em relação às hemácias. e) hipertônica em relação às hemácias. 6) (Unifor-CE) Hemácias foram colocadas em três tubos de ensaio contendo uma solução na NaCl. Após algum tempo, as hemácias estavam: Enrugadas no tubo I Normais no tubo II Rompidas no tubo III Assinale, na tabela abaixo, a alternativa correta quanto a concentração da solução de NaCl nos três tubos de ensaio. 7) (FUVEST) Medidas da concentração de íons de sódio (Na+) e de potássio (K+), dentro e fora dos neurônios gigantes de lula revelaram: Se os neurônios são expostos a um bloqueador respiratório, como o cianeto, a concentração de sódio rapidamente se iguala dentro e fora da célula, o mesmo ocorrendo com o potássio. Em condições normais, qual o mecanismo responsável pela manutenção da diferença entre as concentrações iônicas dentro e fora do neurônio? a) Difusão, pelo qual íons podem atravessar a membrana espontaneamente. b) Osmose, pelo qual apenas a água atravessa a membrana espontaneamente. c) Transporte ativo, pelo qual íons atravessam a membrana com gasto de energia. d) Fagocitose, pelo qual a célula captura partículas sólidas e) Pinocitose, pelo qual a célula captura gotículas. 8) (PUC-MG) As trocas entre as células e o meio podem sob diversas modalidades como, por exemplo, por difusão simples ou por difusão facilitada. O que distingue difusão facilitada da simples? 9) (FUVEST) As bananas mantidas à temperatura ambiente deterioram-se em conseqüência da proliferação de microorganismos. O mesmo não acontece com a bananada, conserva altamente açucarada, produzida com essas frutas. a) Explique, com base no transporte de substâncias através da membrana plasmática, por que bactérias e fungos não conseguem Pela Difusão do Conhecimento Crítico 37 cad01bio01mod08.pmd 37

5 proliferar em conservas com alto teor de açúcar. b) Dê exemplo de outro método de conservação de alimentos que tenha por base o mesmo princípio fisiológico. 10) (UNICAMP) No interior de uma hemácia, a concentração do íon potássio é cerca de 20 vezes maior que no plasma sanguineo circundante. No plasma, por outro lado, há íons sódio em concentração 20 vezes maior que no interior das hemácias. a) Como se explica que essa diferença de concentração se mantenha inalterada, apesar de estar ocorrendo difusão? b) O que aconteceria com a situação descrita acima se fosse bloqueado o processo respiratório dessa célula? 11) (Unicamp) É comum, nos dias de hoje, ouvirmos dizer: estou com o colesterol alto no sangue. A presença de colesterol no sangue, em concentração adequada, não é problema, pois é um componente importante ao organismo. Porém, o aumento das partículas LDL (lipoproteína de baixa densidade), que transportam o colesterol no plasma sanguíneo, leva à formação de placas ateroscleróticas nos vasos, causa freqüente de infarto do miocárdio. Nos indivíduos normais, a LDL circulante é internalizada nas células através de pinocitose e chega aos lisossomos. O colesterol é liberado da partícula LDL e passa para o citosol para ser utilizado pela célula. a) O colesterol é liberado da partícula LDL no lisossomo. Que função essa organela exerce na célula? b) A pinocitose é um processo celular de internalização de substâncias. Indique outro processo de internalização encontrado nos organismos e explique no que difere da pinocitose. c) Cite um processo no qual o colesterol é utilizado. 12) (Unicamp) Ao estudar para o vestibular, um candidato percebeu que ainda tinha dúvidas em relação aos processos de difusão simples, transporte passivo facilitado e transporte ativo através da membrana plasmática e pediu ajuda para outro vestibulando. Este utilizou a figura abaixo para explicar os processos. Para testar se o colega havia compreendido, indicou os processos como A, B e C e solicitou a ele que associasse a três exemplos. Os exemplos foram: (1) transporte iônico nas células nervosas; (2) passagem de oxigênio pelas brânquias de um peixe; (3) passagem de glicose para o interior das células do corpo humano. a) Indique as associações que o candidato deve ter feito corretamente. Explique em que cada um dos processos difere em relação aos outros. b) em seguida, o candidato perguntou por que a alface que sobrou do almoço, e tinha sido temperada com sal, tinha murchado tão rapidamente. Que explicação correta o colega apresentou? 13) (Vunesp) Um estudante colocou dois pedaços recém cortados de um tecido vegetal em dois recipientes, I e II, contendo solução salina. Depois de algumas horas verificou que as células do recipiente I estavam plasmolisadas. No recipiente II as células mantiveram seu tamanho normal. Qual a conclusão do estudante quanto: a) à concentração das soluções salinas nos recipientes I e II, em relação ao suco celular desse tecido? b) ao que significa dizer que em I as células estavam plasmolisadas? 1) b 2) c 3) a 4) a 5) c hipotônica em relação às hemácias. A Hemólise (ruptura de hemácias em função do excesso de absorção de água) ocorre quando hemácias são colocadas em solução hipotônica (com menor concentração de soluto) em relação à solução intracelular destas células. 6) b 7) c 8) Auxilio de proteínas de membrana na difusão facilitada. 9) a) porque o ambiente fica hipertônico e os microorganismos perdem água. b) salgar alimentos. 10) a) Transporte ativo por meio das bombas de sódio e potássio, que eliminam sódio e absorvem potássio. b) A diferença de concentração seria alterada devido à falta de energia. 11) a) transporte do colesterol para os tecidos e células do corpo. b) fagocitose, engloba partículas maiores pela formação de pseudopodes. c) formação dos hormônios esteróides, estrutura da membrana plasmática. 12) a) 1-C; 2-A; 3-B. Em A (difusão simples) e B (transporte passivo facilitado) não necessitam de energia para o transporte de substâncias, enquanto C (transporte ativo) necessita de energia para o transporte de substâncias. B e C necessitam de proteínas carreadoras para transporte de substâncias, enquanto A não precisa. b) A folha de alface murchou rapidamente porque suas células perderam água para o meio salino (hipertônico) por osmose. Neste processo o solvente (água) passa da solução menos concentrada, em soluto, para a de maior concentração. 13) a) No recipiente I a solução estava hipertônica, no recipiente dois estava isotônica. b) Quando a célula vegetal perde muita água para o meio, a membrana plasmática pode descolar da parede de celulose. Nesse estado é dito que a célula está plasmolisada. 38 Pela Difusão do Conhecimento Crítico cad01bio01mod08.pmd 38