PROF. DORIVAL FILHO dorivalfilho@uol.com.br MEMBRANAS CELULARES Toda célula precisa estar envolvida por algum tipo de estrutura que controle o que nela pode entrar e sair. É a membrana plasmática a responsável por esse controle (permeabilidade seletiva) em todas as células que existem. Ela também mantém a diferença na composição química entre o meio interno e o externo da célula e entre as organelas e o citosol (no caso de eucariontes), o que é importantíssimo para a manutenção da vida. Alguns organismos possuem externamente a sua membrana plasmática uma parede celular. Parede Celular. A parede celular é uma estrutura mais rígida que a membrana plasmática. Sua composição química é bastante variada, como podemos verificar abaixo: Moneras peptoglicano (ou peptidoglicano). Protistas celulose, sílica, algina, ágar etc. Fungos principalmente quitina. vegetais celulose. Membrana Plasmática. A membrana plasmática é composta por duas camadas de lipídios (bicamada lipídica) e proteínas. Por isso dizemos que ela é lipoprotéica. Os lipídios que formam a bicamada possuem duas regiões que se diferenciam quanto a sua polaridade. A cabeça é polar e, portanto, hidrofílica e a cauda é apolar e hidrofóbica. Isso faz com que os lipídios se organizem quando estão em contato com a água de tal maneira que as cabeças ficam em contato com a água e as caudas não.
Essa característica dos lipídios que formam a membrana gera uma outra propriedade bastante interessante, a autoselagem ou auto-montagem. Ela significa que se jogarmos um pedaço de membrana aberto na água, espontaneamente ela se fechará, impedindo que as caudas dos lipídios que estão nas extremidades entrem em contato com a água. Como já foi dito, além dos lipídios, as membranas celulares possuem também na sua constituição as proteínas. Elas desempenham diversas funções na membrana. Entre elas: comunicação entre as células, receptores de substâncias químicas (como os hormônios), transporte de substâncias entre a célula e o meio externo ou entre organelas e o citoplasma, entre outras. Glicocálix A membrana plasmática de praticamente todas as células animais também podem ter, do seu lado externo, moléculas de açúcar (oligossacarídeos) ligados a proteínas e lipídios. Essa camada de açúcar é chamada de glicocálix. O glicocálix apresenta várias funções. Entre elas: 1) Proteger e lubrificar a superfície celular, permitindo um deslocamento melhor de células que se movem. 2) Importante papel no reconhecimento célula-célula. Isso é muito importante em organismos pluricelulares que precisam reconhecer se a célula que está a seu lado é do seu corpo ou invasora. 3) Auxilia na adesão da célula a uma superfície. 4) Reconhecimento do espermatozóide por um óvulo.
Imagem mostrando as proteínas de membrana e o glicocálix. Transporte através de membrana. Uma importante função das membranas é controlar a entrada e saída das substâncias das células e de seus compartimentos. A isso damos o nome de permeabilidade seletiva. A membrana realiza diversos tipos de transporte que veremos a seguir. Tipos de Características Transportes Passivo Sem gasto de energia. A favor do gradiente de concentração. Ex:difusão simples e facilitada. Ativo Com gasto de energia. Contra o gradiente de concentração. Sempre feito por proteínas. Ex: bomba de sódio e potássio. No transporte passivo não há gasto de energia porque o soluto é transportado a favor de seu gradiente de concentração. Essa é a tendência natural de qualquer substância: passar de onde tem mais para onde tem menos. Portanto, não é preciso que haja um esforço da célula para que ele ocorra. Na difusão simples, o soluto passa por entre as moléculas de lipídios e na difusão facilitada a passagem do soluto é feita com o auxílio de uma proteína. É importante observar que as substâncias possuem graus variados de dificuldade de atravessar a bicamada lipídica. Observe a figura ao lado. No transporte ativo o gasto de energia é inevitável porque o soluto está sendo movido contra o seu gradiente de concentração.
IMPORTANTE: toda fez que uma questão disser que um transporte de membrana deixa uma substância mais concentrada de um lado do que de outro, é sinal de que ela está sendo submetida ao transporte ativo porque o passivo iguala as concentrações, já que a substância passa de onde tem mais para onde tem menos. Osmose A osmose é a passagem do solvente de um meio menos concentrado de soluto (hipotônico) para um mais concentrado de soluto (hipertônico). Observe que quem se move na osmose é a água. Portanto, se considerarmos a água ao invés do soluto, diremos que a água se move de onde tem mais água para onde tem menos água. Portanto, na osmose, a água se move: do meio mais concentrado de água --------> para o meio menos concentrado de água OU do meio hipotônico --------> para o meio hipertônico Quando células animais são colocadas em um meio muito hipotônico, a entrada de água por osmose pode provocar a ruptura da membrana plasmática (lise), levando a célula à morte. Se esse rompimento ocorrer em uma célula animal qualquer diremos que ocorreu uma plasmoptise e se for com uma hemácia diremos que houve uma hemólise. Caso a célula animal seja colocada em um meio hipertônico, ela perderá água. Nesse caso, ela estará crenada.
A célula vegetal também fica túrgida quando colocada num meio hipotônico. Mas, sua membrana nunca arrebenta porque a parede celular resiste à pressão da água. Quando colocada num meio hipertônico a célula vegetal perde água. Nessa caso, diremos que ela está plasmolisada, ou que houve uma plasmólise. Como visto, a entrada excessiva de água por osmose pode levar algumas células à morte. Dependendo do organismo, pode haver estratégias diversas para evitar que isso ocorra. Observe abaixo: 1) Células animais bombeiam íons para fora, deixando o meio extracelular tão concentrado quanto o intracelular (isotônico). Com o meio extracelular isotônico em relação ao intracelular, a quantidade de água que entrar na célula será igual a que sair. 2) Células vegetais não possuem nenhum mecanismo especial para evitar a entrada excessiva de água porque a parede celular não permite que isso ocorra a ponto de romper a membrana plasmática. 3) Células de protozoários possuem uma estrutura chamada de vacúolo pulsátil (contrátil) que elimina a água que entrou em excesso.
Questões de vestibulares Questão 01 (UEFS 2000 modificada) O metilmercúrio MeHg é muito solúvel em gordura, atingindo facilmente o interior das células, e tem efeitos tóxicos variáveis e irreversíveis. A facilidade com que o metilmercúrio ingerido com os alimentos alcança o interior das células, está associada à A) camada bilipídica que integra o mosaico fluido da ultra-estrutura da membrana plasmática. B) ocorrência de transporte ativo, permitindo a incorporação inicial de metilmercúrio contra o gradiente de concentração. C) ausência de seletividade da membrana em relação ao tamanho das moléculas a serem transportadas. D) emissão de pseudópodos, condição exigida para o englobamento de metais pesados. E) alta permeabilidade dos lipídios de membrana a compostos químicos positivamente carregados. Questão 02 (FTC 2000 modificada) O transporte de substâncias entre a célula e o meio envolve 01 ) a formação de pseudópodos exigidos para o transporte passivo. 02) a obrigatoriedade de uma parede celular, universal, entre os seres vivos. 03) o fluxo de moléculas de água de uma solução hipertônica para uma solução hipotônica. 04) o consumo de ATP quando se faz contra o gradiente de concentração. 05) a passagem de macromoléculas pela bicamada lipídica. Questão 03 (UESC 2001) A apresentação, em 1972, por Singer e Nicholson, da concepção de membrana biológica, segundo o modelo que foi denominado de mosaico fluido, constituiu uma contribuição decisiva para o desenvolvimento da biologia celular e molecular. A apresentação desse modelo foi fundamental para o estudo da célula, entre outros aspectos, porque ele podia explicar 01) o estabelecimento de gradientes iônicos entre compartimentos celulares. 02) o transporte ativo através da bicamada lipidica. 03) a presença dos radicais polissacaridicos na face citossólica da membrana. 04) o transporte de íons, contrariando um gradiente eletroquímico, sem uso de energia celular. 05) a existência de poros fixos para o intercâmbio de água. Questão 04 (polifucs 2001) A figura esquematiza a estrutura da membrana plasmática, destacando a participação de um dos seus componentes no intercâmbio de substâncias entre os meios intra e extracelular. Na situação descrita, 01 ) os fosfolipídios são as moléculas transportadoras dos íons Na + e K +. 02) as concentrações de íons Na+ e K+ se diferenciam nas soluções intra e extracelular. 03) o trânsito de íons está subordinado à estabilidade conformacional das moléculas transportadoras. 04) as proteínas dispostas em dupla camada facilitam o trânsito de solventes orgânicos para o meio intracelular. 05) o tamanho das moléculas de água impede a sua passagem entre as moléculas indicadas em I. Questão 05 (Ecmal 2001) O quadro a seguir apresenta dados relativos à concentração dos íons K+, Na+ e Cl- dentro e fora da célula nervosa de uma lula, uma espécie de molusco. Íons Concentração molar Dentro Fora K+ 0,400 0,020 Na+ 0,050 0,440 Cl- 0,120 0,560 Com relação aos eventos associados ao transporte dos íons K+, Na+ e Cl-, através da membrana de uma célula nervosa, pode-se afirmar: 01) Os gradientes de concentração dos íons K+, Na+ e Cl- são mantidos, mesmo após a morte da célula. 02) O transporte de íons K+ para fora da célula ocorre contra o gradiente de concentração.
03) Os íons Cl- passam, principalmente, difundindo-se através da bicamada lipídica em direção à solução citoplasmática. 04) O transporte de íons Cl- para dentro da célula gasta energia fornecida por moléculas de ATP. 05) O transporte de íons Na+ para o meio extracelular é realizado por meio de proteínas que compõem a membrana. Questão 06 (FVC 2001) Há muito tempo, os biologistas já imaginavam a ocorrência de um envoltório celular que agisse como uma barreira, regulando a entrada e a saída de substâncias na célula. Hoje, está constatada a existência da membrana plasmática, que atua ativamente no intercâmbio entre a célula e o meio extemo. (Soares, p. 147) Sobre a propriedade da membrana plasmática referida no texto, é correto afirmar: 01) A permeabilidade seletiva fica evidenciada na igualdade da composição química das soluções intra e extracelulares. 02) A permeabilidade preferencial por solventes orgânicos revela a disposição de proteínas em dupla camada na membrana. 03) A estrutura glicoprotéica da membrana impede a passagem de monossacarídeos para o meio citoplasmático. 04) Moléculas de proteínas respondem pelo transporte de íons entre os meios intra e extracelular. 05) A passagem de íons pela membrana ocorre, invariavelmente, contra o gradiente eletroquímico. Questão 07 (FCT 2001) A - A água do mar é isotônica para muitos invertebrados. B - O aumento da salinidade de um lago determina a morte de animais. Considerando-se aspectos da fisiologia da membrana plasmática e os fatos apresentados A e B, é correto afirmar que: 01) a membrana plasmática dos invertebrados não se deixa atravessar por moléculas de água. 02) a solução extracelular, em B, é hipotônica em relação ao conteúdo intracelular. 03) a desidratação das células pode ser a causa da morte dos animais referidos no fato B. 04) o deslocamento de sais para o interior das células, em B, requer, necessariamente, gasto de energia. 05) os sais atravessam a membrana plasmática, deslocando-se entre as moléculas da bicamada lipídica. Questão 08 (UESC 2002) A ilustração, simplíficadamente, apresenta os prováveis caminhos da vida, delineando as supostas relações filogenéticas entre os grandes agrupamentos biológicos que se configuram na atual Biosfera. A análise do diagrama sugere que: 01) a Terra era colonizada por microorganismos procarióticos e eucarióticos, há três bilhões de anos. 02) o estabelecimento da célula compartimentalizada subordinou-se à evolução da pluricelularidade. 03) eventos envolvidos com as endossimbioses foram decisivos na evolução das arquebactérias. 04) a propriedade de auto-selagem da membrana celular desempenhou papel crucial na evolução do domínio Eucaria. 05) a organização no nível da unicelularidade é restrita às espécies bacterianas. Eucariontes Multicelulares Unicelulares Animais Fungos Plantas Protistas Arquebactérias Eubactéri Fogócitos primitivos Procariontes Endosimbiontes Forma ancestral comum Gabarito Comentado Questão 01 O enunciado afirma que o metil-mercúrio é muito solúvel em gordura. Como a membrana possui uma bicamada lipídica, isso é um sinal de que ele deve atravessar facilmente a membrana por difusão simples. Resposta a
Questão 02 Item 05: está errado porque macromoléculas, devido ao seu tamanho, têm dificuldade de atravessar a membrana. Resposta 04 Questão 03 Item 01: está correto porque foi o modelo do mosaico fluido que permitiu explicar como as proteínas poderiam se encarregar do transporte de substâncias, como os íons. Quando essas proteínas fazem um transporte ativo, elas geram gradientes de concentração, ou seja, uma diferença na concentração da substância transportada entre os dois lados da membrana. Item 02: está errado porque o transporte ativo é sempre feito por proteínas e não pela bicamada lipídica. Item 03: os radicais polissacarídicos, que formam o glicocálix, estão sempre voltados para o lado externo e não para o citosol. Resposta: 01 Questão 04 Item 01: a figura mostra um transporte que gasta ATP, portanto, um transporte ativo. Transporte ativo sempre é feito por uma proteína e não por lipídios da membrana. Item 02: está correto porque o transporte ativo gera diferença de concentração. Item 03: proteínas que fazem transporte ativo e algumas que fazem transporte passivo ao executarem o transporte modificam seu formato (conformação). Por isso esse item está errado, não há uma estabilidade conformacional, na medida em que as proteínas mudam seu formato. Item 04: quem se apresenta em dupla camada são os lipídios e não as proteínas. Item 05: apesar de ser polar a molécula de água consegue atravessar com alguma facilidade a bicamada lipídica por ser pequena. Resposta: 02 Questão 05 O três íons citados sofrem transporte ativo. Isso fica claro porque todos possuem uma grande diferença de concentração entre os dois lados da membrana. Resposta: 05 Questão 06 Item 01: está errado porque a membrana mantém a composição química extracelular diferente da intracelular. Item 04: está correto porque os íons, por serem carregados, possuem imensa dificuldade em atravessar o interior da bicamada que é apolar (por causa da cauda dos lipídios). Por isso, quem tem que fazer o transporte dos íons são as proteínas de membrana. Item 05: está errado porque nem sempre os íons sofrem transporte ativo (contra o gradiente de concentração). Eles podem atravessar a membrana por difusão facilitada. Resposta: 04 Questão 07 O aumento da salinidade deixou o lago hipertônico. Num meio hipertônico os seres vivos podem perder água e se desidratar. Resposta: 03 Questão 08 Item 02: está errado porque primeiro vieram os eucariontes (célula compartimentalizada) e depois os pluricelulares. Portanto, a frase correta seria o estabelecimento da pluricelularidade subordinou-se à evolução da célula compartimentalizada. Item 04: está correto porque a auto-selagem da membrana permitiu a evolução de organelas membranosas. Resposta: 04