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 todas as coisas vivas na Terra; seu próprio corpo tem trilhões deles, e diferentes células em diferentes órgãos e tecidos têm diferentes estruturas que se correlacionam primorosamente com as funções dos tecidos que consistem nestes células.
Embora os núcleos das células muitas vezes chamem mais atenção, uma vez que contêm o material genético necessário para a transmissão informações para as gerações subsequentes do organismo, a membrana celular é literalmente a guardiã e guardiã da conteúdo. Longe de ser um mero recipiente ou barreira, no entanto, a membrana evoluiu para manter o equilíbrio celular, ou equilíbrio interno, por meio de transporte eficiente e incansável mecanismos que tornam a membrana uma espécie de alfândega microscópica, permitindo e negando a entrada e saída de íons e moléculas de acordo com o tempo real da célula. precisa.
Membranas celulares em todo o espectro de vida
Todos os organismos possuem algum tipo de membrana celular. Isso inclui procariotos, 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. Tanto as bactérias procarióticas quanto as plantas eucarióticas têm uma parede celular externa à membrana celular para proteção adicional; nas plantas, essa parede 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 envolve a célula como um todo. Os procariontes nem mesmo têm núcleos; seu material genético está disperso, embora um tanto firmemente, por todo o citoplasma.
Evidências moleculares consideráveis sugerem que as células eucarióticas são descendentes de células procarióticas, perdendo a parede celular em algum ponto 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. Na verdade, as células eucarióticas podem ser dez vezes maiores que as células procarióticas, uma descoberta que se torna ainda mais surpreendente pelo fato de que uma única célula é, por definição, a totalidade de um organismo procariótico. (Alguns eucariotos também são unicelulares.)
Estrutura da membrana celular
A membrana celular consiste em uma estrutura de camada dupla (às vezes chamada de "modelo de mosaico fluido") composta principalmente de fosfolipídios. Uma dessas camadas está voltada para o interior da célula, ou citoplasma, enquanto a outra está voltada para o ambiente externo. Os lados voltados para fora e para dentro são considerados "hidrofílicos" ou atraídos por ambientes aquosos; a parte interna é "hidrofóbica" ou repelida por ambientes aquosos. Isoladas, as membranas celulares são fluidas em temperaturas corporais, mas em temperaturas mais baixas, elas assumem uma consistência de gel.
Os lipídios na bicamada representam cerca de metade da massa total da membrana celular. O colesterol constitui cerca de um quinto dos lipídios nas células animais, mas não nas células vegetais, pois o colesterol não é encontrado em nenhuma parte das plantas. A maior parte do restante da membrana é responsável por proteínas com uma ampla variedade de funções. Como a maioria das proteínas são moléculas polares, como a própria membrana, suas extremidades hidrofílicas projetam-se 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, que elas pode fazer tanto pela criação de canais de proteínas através da membrana, quanto por transportá-los fisicamente através da membrana. Outras proteínas funcionam como receptores na superfície das células, fornecendo locais de ligação para moléculas que transportam sinais químicos; essas proteínas então retransmitem essas informações para o interior da célula. Ainda outras proteínas de membrana agem como enzimas catalisando reações específicas da própria membrana plasmática.
Funções da membrana celular
O aspecto crítico da membrana celular não é que ela seja "à prova d'água" ou impermeável a substâncias em geral; se fosse, a célula morreria. A chave para entender a principal função da membrana celular é que ela é seletivamente permeável. Uma analogia: assim como a maioria das nações da Terra não proíbe completamente as pessoas de viajarem pelo fronteiras internacionais de uma nação, os países ao redor do globo não têm o hábito de permitir que ninguém e todos entram. As membranas celulares tentam fazer o que os governos desses países fazem, em uma escala muito menor: permitir que entidades desejáveis entrem na célula depois de ser "examinado", ao mesmo tempo que impede a entrada de entidades que provavelmente se revelem tóxicas ou destrutivas para o interior ou para a célula como um inteira.
No geral, a membrana atua como um limite formal, mantendo as várias partes da célula juntas da mesma A maneira como uma cerca ao redor de uma fazenda mantém o gado unido, ao mesmo tempo que permite que vagueiem e se misturem. Se você tivesse que adivinhar os tipos de moléculas que podem entrar e sair mais facilmente, você poderia dizer "fontes de combustível" e "resíduos metabólicos" respectivamente, visto que é essencialmente isso que os corpos como um todo Faz. E você estaria certo. Moléculas muito pequenas, como oxigênio gasoso (O2), dióxido de carbono gasoso (CO2), e água (H2O), pode passar livremente pela membrana, mas a passagem de moléculas maiores, como aminoácidos e açúcares, é rigidamente controlada.
The Lipid Bilayer
As moléculas que são quase universalmente chamadas de "fosfolipídios" que compõem a bicamada da membrana celular são mais apropriadamente chamadas "glicerofosfolipídios". Eles consistem em uma molécula de glicerol, que é um álcool de três carbonos, ligado a dois ácidos graxos longos em um lado e um grupo fosfato por outro. Isso dá à molécula uma forma cilíndrica longa que é adequada para o trabalho de ser parte de uma folha larga, que é o que uma única camada da bicamada da membrana se assemelha na seção transversal.
A porção de fosfato do glicerofosfolipídeo é hidrofílica. O tipo específico de grupo fosfato varia de molécula para molécula; por exemplo, pode ser fosfatidilcolina, a que inclui um componente contendo nitrogênio. É hidrofílico porque tem uma distribuição desigual de carga (ou seja, é polar), assim como a água, então os dois "se dão bem" em quartos microscópicos próximos.
Os ácidos graxos no interior da membrana não têm uma distribuição desigual de carga em nenhuma parte de sua estrutura, portanto, são apolares e, portanto, hidrofóbicos.
Por causa das propriedades eletroquímicas dos fosfolipídios, o arranjo da bicamada de fosfolipídios não requer entrada de energia para criar ou manter. Na verdade, os fosfolipídios colocados na água tendem a assumir espontaneamente a configuração de duas camadas, da mesma forma que os fluidos "buscam seu próprio nível".
Transporte de membrana celular
Como a membrana celular é seletivamente permeável, ela deve fornecer um meio de levar uma variedade de substâncias, algumas grandes e outras pequenas, de um lado para o outro. Pense em como você pode cruzar um rio ou um corpo de água. Você pode pegar uma balsa; você pode simplesmente flutuar em uma leve brisa, ou pode ser carregado por um rio constante ou por correntes oceânicas. E você só pode se encontrar cruzando o corpo de água em primeiro lugar porque há um muito alto concentração de pessoas do seu lado e concentração muito baixa do outro, apresentando uma necessidade de igualar coisas fora.
Cada um desses cenários tem alguma relação com uma ou mais maneiras pelas quais as moléculas podem passar pela membrana celular. Essas formas incluem:
Difusão simples: Nesse processo, as moléculas simplesmente passam pela membrana dupla para entrar ou sair da célula. A chave aqui é que as moléculas na maioria das situações irão se mover para baixo em um gradiente de concentração, o que significa que elas irão naturalmente de áreas de concentração mais alta para áreas de concentração mais baixa. Se você derramar uma lata de tinta no meio de uma piscina, o movimento das moléculas de tinta para fora representaria uma forma de difusão simples. As moléculas que podem atravessar as membranas celulares dessa forma, 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 das partículas dissolvidas na água é impossível. Isso ocorre quando uma membrana permite que a água, mas não as partículas dissolvidas ("solutos") em questão, passem por ela. 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 todas as partes. 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 podem mudar sua concentração na água pelo movimento, então a própria água se moverá para realizar mais ou menos o mesmo trabalho.
Difusão facilitada: Novamente, esse tipo de transporte por membrana faz com que as partículas se movam de áreas de maior concentração para áreas de menor concentração. Ao contrário do caso da difusão simples, no entanto, as moléculas movem-se para dentro ou para fora da célula via canais de proteína especializados, em vez de simplesmente vagar pelos espaços entre os glicerofosfolipídeos moléculas. Se você já observou o que acontece quando algo à deriva em um rio de repente se encontra em uma passagem entre as rochas, você sabe que o objeto (talvez um amigo em um tubo interno!) acelera consideravelmente enquanto neste passagem; o mesmo ocorre com os canais de proteínas. Isso é mais comum com moléculas polares ou com cargas elétricas.
Transporte Ativo: Todos os tipos de transporte por membrana discutidos anteriormente envolvem movimento descendente em um gradiente de concentração. Às vezes, porém, assim como os barcos precisam se mover rio acima e os carros precisam subir colinas, a maioria das substâncias se move contra um gradiente de concentração - uma situação energeticamente desfavorável. Como resultado, o processo tem que ser alimentado por uma fonte externa e, neste caso, essa fonte é o trifosfato de adenosina (ATP), esse combustível difundido para transações biológicas microscópicas. Neste processo, um dos três grupos fosfato é removido do ATP para criar difosfato de adenosina (ADP) e um fosfato livre, e a energia liberada pela hidrólise da ligação fosfato-fosfato é usada para "bombear" moléculas para cima no gradiente e através do membrana.
O transporte ativo também pode ocorrer de forma indireta ou secundária. Por exemplo, uma bomba de membrana pode mover o sódio através de seu gradiente de concentração de um lado da membrana para o outro, para fora da célula. Quando o íon sódio se difunde de volta na outra direção, ele pode carregar uma molécula de glicose com ele contra aquele gradiente de concentração da própria molécula (a concentração de glicose é geralmente maior no interior das células do que no fora). Uma vez que o movimento da glicose é contra seu gradiente de concentração, este é um transporte ativo, mas como nenhum ATP está diretamente envolvido, este é um exemplo de secundário transporte Ativo.
