Contente
- Membranas celulares em todo o espectro da vida
- Estrutura da membrana celular
- Funções da membrana celular
- A bicamada lipídica
- Transporte de membrana celular
A membrana celular - também chamada de membrana plasmática ou membrana citoplasmática - está entre as construções mais fascinantes e elegantes do mundo da biologia. A célula é considerada a unidade fundamental ou "bloco de construção" de todos os seres vivos da Terra; seu próprio corpo possui trilhões deles e células diferentes em diferentes órgãos e tecidos têm estruturas diferentes que se correlacionam primorosamente com as funções dos tecidos que consistem nessas células.
Enquanto os núcleos das células costumam chamar mais atenção, pois contêm o material genético necessário para transmitir informações às gerações subsequentes do organismo, a membrana celular é o guardião e guardião literal do conteúdo das células. Longe de ser um mero recipiente ou barreira, no entanto, a membrana evoluiu para manter o equilíbrio celular, ou equilíbrio interno, por meio de mecanismos de transporte eficientes e incansáveis que tornam a membrana uma espécie de funcionário microscópico da alfândega, permitindo e negando a entrada e saída de íons e moléculas de acordo com as necessidades em tempo real das células.
Membranas celulares em todo o espectro da vida
Todos os organismos têm membranas celulares de algum tipo. Isso inclui procariontes, que são principalmente bactérias e acredita-se que representem algumas das espécies vivas mais antigas da Terra, bem como eucariotos, que incluem animais e plantas. As bactérias procarióticas e as plantas eucarióticas possuem uma parede celular externa à membrana celular para proteção adicional; nas plantas, esse muro tem poros e eles não são especialmente seletivos em termos do que pode passar e do que não pode. Além disso, os eucariotos possuem organelas, como o núcleo e as mitocôndrias, envolvidas por membranas como a que circunda a célula como um todo. Os procariontes nem têm núcleos; seu material genético é disperso, embora de maneira um tanto estrita, por todo o citoplasma.
Evidências moleculares consideráveis sugerem que as células eucarióticas descendem das células procarióticas, perdendo a parede celular em algum momento de sua evolução. Embora isso tenha tornado as células individuais mais vulneráveis a insultos, também permitiu que se tornassem mais complexas e se expandissem geometricamente no processo. De fato, as células eucarióticas podem ser dez vezes maiores que as células procarióticas, uma descoberta ainda mais impressionante pelo fato de uma única célula ser a totalidade de um organismo procariótico, por definição. (Alguns eucariotos também são unicelulares.)
Estrutura da membrana celular
A membrana celular consiste em uma estrutura de dupla camada (às vezes chamada de "modelo de mosaico fluido") composta principalmente por fosfolipídios. Uma dessas camadas está voltada para o interior da célula, ou citoplasma, enquanto a outra está voltada para o ambiente externo. Os lados externo e interno são considerados "hidrofílicos" ou atraídos para ambientes aquosos; a porção interna é "hidrofóbica" ou repelida por ambientes aquosos. Isoladamente, as membranas celulares são fluidas à temperatura corporal, mas em temperaturas mais baixas, assumem uma consistência semelhante a um gel.
Os lipídios na bicamada representam cerca de metade da massa total da membrana celular. O colesterol representa cerca de um quinto dos lipídios nas células animais, mas não nas células vegetais, pois o colesterol não é encontrado em nenhum lugar das plantas. A maior parte do restante da membrana é explicada por proteínas com uma variedade diversificada de funções. Como a maioria das proteínas são moléculas polares, como a própria membrana, suas extremidades hidrofílicas se projetam para o exterior da célula e suas extremidades hidrofóbicas apontam para o interior da bicamada.
Algumas dessas proteínas têm cadeias de carboidratos ligadas a elas, tornando-as glicoproteínas. Muitas das proteínas da membrana estão envolvidas no transporte seletivo de substâncias através da bicamada, o que elas podem fazer criando canais de proteína através da membrana ou transportando-os fisicamente através da membrana. Outras proteínas funcionam como receptores nas superfícies celulares, fornecendo locais de ligação para moléculas que transportam sinais químicos; essas proteínas retransmitem essas informações para o interior da célula. Ainda outras proteínas da membrana agem como enzimas catalisadoras de reações particulares à própria membrana plasmática.
Funções da membrana celular
O aspecto crítico da membrana celular não é que seja "impermeável" ou impermeável a substâncias em geral; se fosse, a célula morreria. A chave para entender o principal trabalho das membranas celulares é que ele é seletivamente permeável. Uma analogia: assim como a maioria das nações da Terra não proíbe completamente as pessoas de viajarem através das fronteiras internacionais, os países ao redor do mundo não costumam deixar ninguém entrar. As membranas celulares tentam fazer o que esses governos dos países fazem, em uma escala muito menor: permitir que entidades desejáveis entrem na célula após serem "examinadas", impedindo a entrada em entidades que provavelmente se mostrem tóxicas ou destrutivas para o interior ou para a célula. todo.
No geral, a membrana atua como um limite formal, mantendo as várias partes da célula juntas, da mesma forma que uma cerca em torno de uma fazenda mantém o gado unido, enquanto permite que eles vaguem e se misturem. Se você tivesse que adivinhar os tipos de moléculas que podem entrar e sair com maior facilidade, você poderia dizer "fontes de combustível" e "resíduos metabólicos", respectivamente, dado que isso é essencialmente o que os organismos como um todo fazem. E você estaria certo. Moléculas muito pequenas, como oxigênio gasoso (O2), dióxido de carbono gasoso (CO2) e água (H2O), pode passar livremente através da membrana, mas a passagem de moléculas maiores, como aminoácidos e açúcares, é fortemente controlada.
A bicamada lipídica
As moléculas que são quase universalmente chamadas de "fosfolipídios" que compõem a bicamada da membrana celular são mais apropriadamente chamadas de "glicerofosfolípides". Eles consistem em uma molécula de glicerol, que é um álcool de três carbonos, ligado a dois ácidos graxos longos de um lado e um grupo fosfato do outro. Isso confere à molécula uma forma cilíndrica longa que é adequada para o trabalho de fazer parte de uma folha larga, que é o que uma única camada da bicamada de membrana se assemelha na seção transversal.
A porção fosfato do glicerofosfolípido é hidrofílica. O tipo específico de grupo fosfato varia de molécula para molécula; por exemplo, pode ser fosfatidilcolina, uma que inclui um componente contendo nitrogênio. É hidrofílico porque tem uma distribuição desigual de carga (isto é, é polar), assim como a água, de modo que os dois "se dão bem" em locais microscópicos próximos.
Os ácidos graxos no interior da membrana não têm uma distribuição desigual de carga em nenhum lugar de sua estrutura; portanto, são não polares e, portanto, hidrofóbicos.
Devido às propriedades eletroquímicas dos fosfolipídios, o arranjo de bicamada fosfolipídica não requer entrada de energia para criar ou manter. De fato, os fosfolipídios colocados na água tendem a assumir espontaneamente a configuração da bicamada da mesma maneira que os fluidos "buscam seu próprio nível".
Transporte de membrana celular
Como a membrana celular é seletivamente permeável, ela deve fornecer um meio de obter uma variedade de substâncias, algumas grandes e outras pequenas, de um lado para o outro. Pense nas maneiras pelas quais você pode atravessar um rio ou um corpo de água. Você pode pegar uma balsa; você pode simplesmente flutuar com uma brisa leve ou ser carregado por correntes constantes de rio ou oceano. E você pode encontrar-se apenas atravessando o corpo de água em primeiro lugar porque há uma concentração muito alta de pessoas ao seu lado e uma concentração muito baixa no outro, apresentando uma necessidade de equilibrar as coisas.
Cada um desses cenários tem alguma relação com uma das maneiras pelas quais as moléculas podem passar através da membrana celular. Essas maneiras incluem:
Difusão simples: Nesse processo, as moléculas simplesmente flutuam através da membrana dupla para passar para dentro ou para fora da célula. A chave aqui é que, na maioria das situações, as moléculas se moverão para baixo em um gradiente de concentração, o que significa que elas naturalmente passam de áreas de maior concentração para áreas de menor concentração. Se você derramar uma lata de tinta no meio de uma piscina, o movimento externo das moléculas de tinta representaria uma forma de difusão simples. As moléculas que podem atravessar as membranas celulares dessa maneira, como você pode prever, são pequenas moléculas como O2 e companhia2.
Osmose: A osmose pode ser descrita como uma "pressão de sucção" que causa o movimento da água quando o movimento de partículas dissolvidas na água é impossível. Isso ocorre quando uma membrana permite que a água passe, mas não as partículas dissolvidas ("solutos") em questão. A força motriz é novamente um gradiente de concentração, porque todo o ambiente local "busca" um estado de equilíbrio no qual a quantidade de soluto por unidade de água é a mesma em todo o processo. Se houver mais partículas de soluto em um lado de uma membrana permeável à água e impermeável ao soluto do que no outro, a água fluirá para a área de maior concentração de soluto. Ou seja, se as partículas não puderem mudar sua concentração na água se movendo, a própria água se moverá para realizar mais ou menos o mesmo trabalho.
Difusão facilitada: Novamente, esse tipo de transporte de membrana vê partículas se moverem de áreas de maior concentração para áreas de menor concentração. Ao contrário do caso da difusão simples, no entanto, as moléculas se movem para dentro ou para fora da célula através de canais especializados de proteínas, em vez de simplesmente desviarem-se dos espaços entre as moléculas de glicerofosfolípides. Se você já assistiu ao que acontece quando algo que desce de um rio repentinamente se encontra em uma passagem entre rochas, você sabe que o objeto (talvez um amigo em um tubo interno!) Acelera consideravelmente enquanto está nesta passagem; assim é com canais de proteína. Isso é mais comum em moléculas de cargas polares ou eletricamente.
Transporte Ativo: Todos os tipos de transporte de membrana discutidos anteriormente envolvem movimento em um gradiente de concentração. Às vezes, no entanto, assim como os barcos precisam subir a montante e os carros precisam subir morros, as substâncias mais se movem contra um gradiente de concentração - uma situação energeticamente desfavorável. Como resultado, o processo precisa ser alimentado por uma fonte externa e, nesse caso, a fonte é adenosina trifosfato (ATP), que é um combustível disseminado para transações biológicas microscópicas. Nesse processo, um dos três grupos fosfato é removido do ATP para criar adenosina difosfato (ADP) e um fosfato livre, e a energia liberada pela hidrólise da ligação fosfato-fosfato é usada para "bombear" moléculas no gradiente e através da membrana.
O transporte ativo também pode ocorrer de maneira indireta ou secundária. Por exemplo, uma bomba de membrana pode mover sódio através de seu gradiente de concentração de um lado da membrana para o outro, para fora da célula. Quando o íon sódio difunde de volta na outra direção, ele pode transportar uma molécula de glicose contra o próprio gradiente de concentração (a concentração de glicose é geralmente maior no interior das células do que no exterior). Como o movimento da glicose é contra seu gradiente de concentração, esse é o transporte ativo, mas como nenhum ATP está diretamente envolvido, este é um exemplo de secundário transporte Ativo.