Membrana plasmática

A membrana plasmática é uma estrutura fundamental que envolve todas as células, seja em organismos unicelulares ou nas células que compõem os tecidos dos organismos multicelulares. A membrana plasmática é composta por uma dupla cama lipídica com proteínas incorporadas, que atua como uma barreira seletiva, controlando a entrada e saída de substâncias da célula. A principal função da membrana plasmática é atuar como uma barreira seletiva, regulando o transporte de substâncias para dentro e para fora da célula. Ela é responsável por manter o equilíbrio interno, controlando a entrada de nutrientes essenciais, como glicose e aminoácidos, e a eliminação de resíduos metabólicos, como dióxido de carbono e ureia. Ela contém proteínas receptoras que podem detectar e responder a sinais químicos do ambiente externo ou de outras células. Essas proteínas de receptor desencadeiam respostas celulares específicas, permitindo que as células coordenem suas atividades e interajam umas com as outras. Ela possui moléculas de adesão que permitem que as células se conectem umas às outras e formem tecidos e órgãos coesos. Essas moléculas são essenciais para o desenvolvimento e manutenção da estrutura dos tecidos, bem como para a migração celular durante processos como a cicatrização de feridas. Além das funções mencionadas, a membrana plasmática desempenha um papel na transdução de sinais, transmitindo informações do ambiente externo para o interior da célula. Ela interage com moléculas sinalizadoras, como hormônios e neurotransmissores, e converte esses sinais em respostas celulares apropriadas. Essa capacidade de detectar e responder a estímulos é essencial para a homeostase e sobrevivência das células em um ambiente em constante mudança.

Membrana plasmática

A membrana plasmática é uma estrutura essencial presente em todas as células, responsável por regular o tráfego de substâncias para dentro e para fora da célula. Com cerca de 8 nm de espessura, ela é composta principalmente por fosfolipídios, proteínas e uma pequena quantidade de glicídios. 

A camada lipídica da membrana plasmática é formada por fosfolipídios dispostos em uma bicamada. Devido às diferentes afinidades entre as regiões polar e apolar dos lipídios, eles se organizam espontaneamente na membrana. A região polar dos lipídios da camada externa fica voltada para a água extracelular, enquanto a região polar da camada interna volta-se para a água intracelular. As regiões apolares se posicionam uma em relação à outra, seguindo o princípio de que "semelhante dissolve semelhante".

As proteínas desempenham um papel crucial na membrana plasmática. A maioria delas é chamada de proteínas integrais, pois estão inseridas na bicamada lipídica, interrompendo sua continuidade. Outras proteínas, chamadas de proteínas periféricas, estão aderidas à extremidade das proteínas integrais. As proteínas integrais podem se movimentar lateralmente, conferindo à membrana uma aparência de mosaico de proteínas em um fluido, o que levou à denominação "mosaico fluido" para essa estrutura. Essas proteínas podem atuar no transporte de substâncias e também como receptores que se ligam a moléculas externas, desencadeando atividades celulares específicas.

Os glicídios, por sua vez, estão localizados na face externa da membrana plasmática. Eles são compostos por pequenas cadeias de monossacarídeos e estão ligados aos lipídios, formando os glicolipídios, ou às proteínas, formando as glicoproteínas. Além de desempenharem funções estruturais na membrana, os glicídios participam da identificação de células do mesmo tecido e também ajudam na identificação de células estranhas, como bactérias. Essa identificação é fundamental para a adesão celular e para o reconhecimento de células do próprio corpo pelos glóbulos brancos.

Portanto, além de sua função primária de controle do transporte de substâncias, a membrana plasmática desempenha um papel crucial na comunicação entre células e no reconhecimento de sinais externos. Ela reage a hormônios, antígenos, neurotransmissores e a receptores de outras células, permitindo uma resposta adequada do organismo aos estímulos do ambiente interno e externo.

Como as substâncias atravessam a membrana plasmática

Há uma constante troca de substâncias entre a célula e o meio externo, porém, apenas as substâncias necessárias devem entrar ou permanecer na célula, enquanto as indesejáveis devem sair ou permanecer fora dela.

A membrana plasmática desempenha o papel de controle e seleção dessas substâncias, conferindo-lhe uma permeabilidade seletiva. Portanto, ela colabora para manter a composição química da célula constante, dentro de certos limites.

De maneira geral, as substâncias atravessam a membrana de duas formas: por transporte passivo e por transporte ativo. No transporte passivo, uma substância se move de uma região onde está mais concentrada para outra onde está menos concentrada. Nesse caso, não há gasto de energia durante esse deslocamento. Já no transporte ativo, ocorre o contrário: a substância se move contra o gradiente de concentração (o gradiente indica uma variação), e há consumo de energia por parte da célula.

Transporte passivo por difusão

A difusão é a capacidade das partículas (átomos, moléculas ou íons) de gases e líquidos de se espalharem uniformemente por todo o espaço disponível. Esse fenômeno ocorre devido ao movimento constante e aleatório das partículas do gás e do líquido. Estatisticamente, há um maior fluxo de partículas da região mais concentrada (com maior concentração de partículas) para a menos concentrada. Em outras palavras, as partículas se movem a favor de um gradiente de concentração até alcançarem a mesma concentração em todos os pontos do espaço. Nesse momento, a intensidade do fluxo de partículas é a mesma em todas as direções. Essa explicação faz parte da Teoria Cinética, uma teoria da Física que afirma, entre outras coisas, que as partículas dos fluidos (gases e líquidos) estão constantemente em movimento aleatório.

Agora, vamos explicar como a difusão ocorre na entrada de oxigênio e na saída de gás carbônico da célula. A maioria das células utiliza oxigênio constantemente para obter energia dos alimentos por meio da respiração celular. Assim que o oxigênio entra na célula, ele é consumido nesse processo. Como as células estão imersas em um ambiente com uma concentração de oxigênio maior do que no citoplasma, esse gás entra na célula à medida que é consumido. Por outro lado, o gás carbônico é produzido continuamente pela respiração celular, o que resulta em uma concentração maior dele no interior da célula em comparação ao ambiente externo. Portanto, o gás carbônico sai continuamente da célula. No caso de nós e de muitos animais, o sistema circulatório é responsável por fornecer mais oxigênio aos tecidos e remover o gás carbônico das células.

Osmose

A osmose é o processo de passagem de água de uma solução para outra através de uma membrana semipermeável ou com permeabilidade seletiva. Uma membrana semipermeável permite a passagem do solvente, gases e outras substâncias, mas impede a passagem do soluto.

Para ilustrar esse processo, podemos usar o exemplo de colocar água com bastante açúcar em um funil com a boca fechada por papel celofane e imergir o funil em água pura. Embora o açúcar possa atravessar o celofane, ele o faz em uma velocidade muito menor do que a da água. Portanto, na prática, consideramos apenas a passagem da água.

Após algum tempo, observamos que o nível da solução no funil sobe até um certo ponto e para. Por que isso acontece?

A concentração de moléculas de água na parte inferior do papel é maior, pois na parte superior há água e açúcar. Assim, há um fluxo maior de água de baixo para cima, para dentro do funil, o que eleva o nível da solução. De forma mais precisa, parte das moléculas de água é atraída pelas moléculas de açúcar e se liga a elas, perdendo mobilidade. Na água pura ou em uma solução menos concentrada (com menos soluto), há mais moléculas de água com maior mobilidade, o que explica o fluxo maior de água da solução menos concentrada para a mais concentrada.

Portanto, sempre que houver diferença de concentração entre duas soluções, o solvente (geralmente a água) se moverá espontaneamente, sem gastar energia, da solução menos concentrada para a mais concentrada. É importante lembrar que a expressão "menos concentrada" refere-se à concentração do soluto. A osmose é, portanto, um tipo de difusão de moléculas de um solvente (água) através de uma membrana semipermeável.

A osmose influencia diversos fenômenos biológicos e é estudada também na área da Química, dentro do campo das propriedades coligativas, que são as propriedades das soluções que dependem do número de partículas dispersas e não da natureza das partículas do soluto.

Observe que as moléculas de água dentro do funil estão sujeitas a uma pressão maior, resultante da diferença de altura da coluna, o que compensa a tendência do fluxo de água para dentro do funil e estabelece um equilíbrio. Assim, o nível da água no funil para de subir.

A pressão que equilibra a entrada de água é chamada de pressão osmótica e é proporcional à concentração da solução.

Quando comparamos duas soluções com concentrações diferentes, chamamos aquela que tem uma pressão osmótica maior de hipertônica (hiper = acima; tónos = tensão). Por outro lado, a solução com menor concentração de soluto é chamada de hipotônica (hipo = abaixo) em relação à primeira. Quando as duas soluções apresentam a mesma pressão osmótica, dizemos que são isotônicas (iso = igual)

A osmose nas células animais

Se uma célula animal, como uma hemácia, for imersa em uma solução hipertônica em relação ao seu citoplasma, ocorrerá perda de água por osmose, levando à sua murcha. A hemácia apresenta uma superfície enrugada, também conhecida como crenação.

Se a hemácia for colocada em uma solução hipotônica, ocorrerá um aumento em seu volume devido à entrada de água por osmose. A membrana celular é elástica e consegue resistir a esse aumento até certo ponto. No entanto, se a solução for muito hipotônica, o volume celular aumentará tanto que a célula se romperá, dispersando seu conteúdo na solução. Esse rompimento é chamado de plasmoptise (ptise = expulsão). No caso específico da hemácia, é denominado hemólise (hematos = sangue; lysis = dissolução, destruição).

Na área da Química, existem várias maneiras de expressar as concentrações dos solutos em soluções, como gramas por litro (g/L), porcentagem (gramas de soluto por 100 g ou 100 mililitros de solução), entre outras. Em determinados produtos comerciais, a concentração é indicada na embalagem.

Para o estudo microscópico de uma célula humana viva, o soro fisiológico é amplamente utilizado. Trata-se de uma solução isotônica em relação às células em geral, obtida pela dissolução de 0,9 g de cloreto de sódio em 100 mL de água destilada (solução a 0,9%). Essa solução preserva a forma e o volume da célula, evitando seu rompimento ou murchamento.

Osmose ns células vegetais

No caso das células vegetais, os efeitos da osmose são diferentes. A parede celular, que envolve a membrana plasmática, é altamente elástica e resistente, suportando qualquer pressão osmótica, mesmo quando imersa em água destilada. Portanto, as células vegetais nunca sofrem plasmoptise. O mesmo ocorre com células de certos protozoários, bactérias e fungos, que possuem uma parede celular rígida (diferente da celulose encontrada nas células vegetais) ao redor da membrana.

Nas células vegetais, os fenômenos osmóticos ocorrem entre o meio e o vacúolo, que ocupa a maior parte do volume interno da célula. Quando o ambiente é hipotônico em relação ao vacúolo, ele absorve água e incha, resultando no aumento do volume celular. Esse fenômeno é chamado de turgência. A turgência exerce pressão sobre a parede celular de celulose, que se estica e gera uma força contrária à entrada de água. É semelhante ao funcionamento de uma câmara de ar, que, ao ser inflada, pressiona o pneu, empurrando o ar para fora.

Geralmente, as células vegetais estão túrgidas, pois o vacúolo acumula solutos e se torna hipertônico em relação ao ambiente extracelular. A turgência contribui para a rigidez de certos tecidos, auxiliando no suporte das folhas e partes menos rígidas da planta. No entanto, em dias quentes e secos, a evaporação da água aumenta a pressão osmótica do meio extracelular. Nesse caso, o vacúolo celular perde água e a parede celular perde pressão. Consequentemente, as células se tornam flácidas e as folhas murcham. Se a planta receber água, as células recuperam a turgência e as folhas se levantam novamente.

Se a planta continuar perdendo água, o meio extracelular se torna hipertônico em relação ao vacúolo, resultando em uma perda significativa de água pelo vacúolo. O citoplasma e a membrana plasmática se retraem, mas a parede celular de celulose, devido à sua resistência, não acompanha essa retração. Esse fenômeno é conhecido como plasmólise e, se prolongado, é fatal para a célula

Transporte de moléculas e partículas

As grandes moléculas orgânicas, como as proteínas, os polissacarídeos e até mesmo outras partículas maiores, não conseguem atravessar a membrana celular. Portanto, essas substâncias não podem ser absorvidas nem eliminadas pelos processos mencionados anteriormente. A entrada dessas substâncias ou partículas na célula ocorre por meio da endocitose (endon = dentro), enquanto a saída ocorre por exocitose (exo = para fora).

Endocitosi

Há dois tipos de endocitose: a fagocitose (phagein = comer) e a pinocitose (pino = beber).

Na fagocitose, a célula ingere partículas insolúveis relativamente grandes e visíveis ao microscópio óptico (com tamanho maior que 0,25 µm), como microorganismos ou fragmentos celulares. O citoplasma forma expansões conhecidas como pseudópodes (pseudos = falso; podos = pé), que envolvem o alimento e o levam para uma cavidade no interior da célula. É nessa cavidade que ocorre a digestão e a absorção dos produtos obtidos.

Em alguns invertebrados e protozoários, a endocitose é um mecanismo utilizado para capturar alimento, sendo que ocorre até mesmo a fagocitose de outros organismos unicelulares.

Nos vertebrados, a fagocitose é utilizada por algumas células para defender o organismo contra a penetração de corpos estranhos e para destruir células velhas do corpo. Essas funções são realizadas por um grupo de células de defesa, incluindo os glóbulos brancos do sangue, que formam um verdadeiro exército espalhado pelo corpo, fagocitando e digerindo bactérias invasoras.

Em relação à pinocitose, vale ressaltar que nem todas as células realizam fagocitose, mas a maioria das células eucarióticas realiza pinocitose. Nesse processo, a célula captura líquidos ou macromoléculas dissolvidas em água por meio de invaginações da membrana, formando pequenas vesículas conhecidas como pinossomos, que têm tamanho menor que 0,15 µm. Um exemplo desse processo é a captura de gotículas de gordura pelas células intestinais a partir do tubo digestivo.

Além disso, é importante mencionar o aumento de volume da célula vegetal quando ela passa de uma solução hipertônica para uma solução hipotônica, fenômeno chamado de desplasmólise ou deplasmólise.

Dessa forma, podemos compreender por que o feijão cozido em água com sal murcha, pois o grão perde água por osmose. Da mesma forma, é recomendado temperar uma salada de alface com sal e outros condimentos apenas na hora de servir, em vez de guardá-la já temperada na geladeira para consumo posterior. Esses exemplos ilustram como o conhecimento cotidiano pode ser aplicado na prática.

Transporte ativo

Algumas substâncias movem-se de regiões onde sua concentração é baixa para regiões de maior concentração, ao contrário da tendência da difusão (contra um gradiente de concentração). Ao tratar células com inibidores da respiração, observamos que esses processos de difusão contra o gradiente de concentração param de ocorrer, sugerindo que eles dependem da energia produzida na respiração.

Esse movimento de substâncias através da membrana, em sentido contrário à difusão e com gasto de energia, é chamado de transporte ativo. Ele depende de proteínas carreadoras especiais que, por meio de um alto consumo de energia, combinam-se com a substância de um lado da membrana e a liberam do outro lado. A proteína sofre uma mudança de forma (com gasto de energia), abrindo-se para permitir a entrada da substância e, em seguida, abrindo-se na face oposta para liberar a substância do outro lado da membrana.

Como será discutido no capítulo 10, essa energia é proveniente de moléculas de adenosina trifosfato (ATP), produzidas na respiração celular. As proteínas que utilizam o ATP para realizar o transporte ativo são chamadas de ATPases. Elas funcionam como enzimas que quebram o ATP, convertendo-o em adenosina difosfato (ADP) e fosfato, liberando energia:  ATP → ADP + P + energia

Existem vários tipos de transporte ativo, sendo o mais conhecido a bomba de sódio e potássio, que explica a diferença de concentração desses íons dentro e fora da célula.

A concentração de sódio (Na+) fora da célula é maior do que em seu interior, enquanto ocorre o oposto com o potássio (K+). Poderíamos esperar que, por difusão, esses íons se movessem até que suas concentrações se igualassem dentro e fora da célula. No entanto, isso não acontece, pois as células estão constantemente gastando energia para bombear esses íons em sentido contrário à difusão.

Para cada três íons sódio que saem, dois íons potássio entram. Isso resulta em uma diferença de cargas elétricas entre os dois lados da membrana, tornando a face externa positiva e a interna negativa. Essa diferença é importante para os fenômenos elétricos que ocorrem nas células nervosas e musculares, como será abordado posteriormente.

Outra função da bomba de sódio e potássio é compensar o acúmulo de solutos no citoplasma (onde há mais moléculas orgânicas dissolvidas) em relação ao líquido que envolve as células. Isso evita uma entrada excessiva de água por osmose, que poderia levar à ruptura da célula (plasmoptise). O acúmulo de sódio do lado externo, promovido pela bomba de sódio e potássio, compensa essa maior concentração interna de solutos.

Exocitose

A exocitose é um processo de eliminação de produtos para o exterior da célula. Esses produtos encontram-se no interior de vesículas que se desfazem na superfície da membrana, por um mecanismo que corresponde ao inverso da endocitose. Um exemplo disso é a liberação na corrente sanguínea das gotículas de gordura capturadas pelas células intestinais. Além disso, as células do pâncreas e de outras glândulas também eliminam seus produtos (secreções) por meio da exocitose, seja para o sangue ou para as cavidades do corpo.

Os resíduos provenientes de materiais que foram internalizados por fagocitose ou pinocitose são eliminados através de um tipo de exocitose conhecido como clasmocitose ou clasmatose (klasma = ruptura).

Especializações da membrana plasmática

A superfície das células é revestida por um conjunto de substâncias que formam uma espécie de envoltório. Essas substâncias desempenham diversas funções, sendo que, em algumas células, são complementadas por especializações da membrana, como as junções intercelulares e as microvilosidades .

Glico cálice

Como mencionado anteriormente, a face externa das células animais é caracterizada pela presença de glicídios ligados às proteínas e aos lipídios da membrana, formando as glicoproteínas e os glicolipídios. Essa região é conhecida como glicocálice ou glicocálix, que atua no reconhecimento celular e na adesão entre as células. O glicocálice é único para cada tipo de célula e desempenha um papel importante na troca de informações entre as células de um organismo.

Um exemplo da relevância do glicocálice é a determinação dos grupos sanguíneos das pessoas, como os tipos A, B, AB e O, que são determinados pelos diferentes tipos de glicídios presentes na membrana dos glóbulos vermelhos.

Além de sua função no reconhecimento celular, o glicocálice e as proteínas da face externa da membrana plasmática desempenham papéis na ligação de hormônios aos receptores de membrana, desencadeando processos celulares como secreção, produção de anticorpos e divisão celular.

Outra importância do glicocálice é a sua participação no reconhecimento e defesa do organismo contra células invasoras. Algumas proteínas e glicídios da membrana funcionam como antígenos, permitindo que o organismo reconheça e ataque células invasoras.

Porém, em certos casos, células cancerosas podem sofrer modificações no glicocálice, o que as torna capazes de escapar da inibição por contato com outras células em divisão, levando a uma multiplicação desordenada.

Dessa forma, o glicocálice desempenha um papel crucial na comunicação, adesão e reconhecimento celular, além de estar envolvido em processos como determinação de grupos sanguíneos, resposta hormonal, defesa imunológica e comportamento de células cancerosas.

A parece celular de um vegetal

A parede celular vegetal, também conhecida como membrana celulósica ou parede esquelética, desempenha um papel fundamental na proteção e sustentação das células vegetais. Essa estrutura é composta principalmente por celulose, além de conter água em suas malhas e outros polissacarídeos adesivos, como o ácido péctico e as hemiceluloses.

Em alguns casos, a parede celular também pode receber substâncias "endurecedoras" para aumentar sua resistência, como a lignina e a suberina. Essas substâncias conferem a dureza da casca de noz e a resistência da madeira, por exemplo.

Entre as paredes de células adjacentes, encontra-se a lamela média, que é uma camada de pectina e outras substâncias adesivas responsáveis por manter as células unidas. Além disso, existem poros entre as células chamados plasmodesmos ou plasmodesmatas, que permitem a passagem de fios de citoplasma e facilitam o transporte de substâncias entre as células.

Essa estrutura da parede celular vegetal confere resistência e rigidez às células vegetais, proporcionando suporte mecânico e proteção contra estresses físicos. Além disso, ela também desempenha um papel importante na regulação do equilíbrio hídrico, permitindo a absorção e retenção de água. A composição e a estrutura da parede celular podem variar em diferentes tipos de células vegetais, permitindo a adaptação a diferentes funções e ambientes.

Adesão e comunicação entre as células

As células de um organismo estão organizadas em grupos denominados tecidos. Em alguns tecidos, é essencial que haja uma forte adesão entre as células para evitar, por exemplo, a passagem de microrganismos entre elas. Em outros tecidos, existem estruturas especializadas que facilitam a circulação de substâncias entre as células.

Essas funções e outras são desempenhadas por regiões especializadas da membrana e dos envoltórios celulares, conhecidas como junções celulares. Entre elas, destacam-se os desmossomos, as zônulas de aderência, as zônulas oclusivas e os nexos.

O desmossomo, presente entre as células dos tecidos epiteliais (que cobrem o corpo e revestem cavidades) e no músculo cardíaco, é uma região rica em substâncias adesivas e fibras de queratina (a proteína que cobre a pele e forma pelos e unhas). Os desmossomos contribuem para a sustentação e adesão entre as células, sendo especialmente importantes em tecidos submetidos a tração, como o tecido epitelial. Uma vez que esse tecido reveste a superfície externa e as cavidades internas do corpo, é crucial que as células permaneçam unidas, protegendo o organismo contra a penetração de corpos estranhos.

Zônula de adesão: forma um cinturão contínuo ao redor das células de certos tecidos, como o tecido epitelial. Ela contém substâncias intercelulares e microfilamentos de proteína que aumentam a coesão entre as células.

Zônulas de oclusão: criam uma barreira ao redor das células epiteliais que revestem o intestino e outros órgãos, impedindo a passagem de produtos entre as células adjacentes. Com essa união entre as células, os alimentos presentes na cavidade intestinal, por exemplo, devem passar através das células, garantindo o controle dos nutrientes que serão absorvidos pela membrana celular.

Nexos ou junções comunicantes tipo gap: são encontrados em células embrionárias, cardíacas e hepáticas. Nessas junções, as proteínas das duas membranas se unem, formando canais pelos quais íons e pequenas moléculas podem passar. Desse modo, os nexos facilitam a troca de nutrientes e outras substâncias entre as células. No caso do coração, eles permitem a rápida passagem de íons entre as células, fazendo com que o órgão se contraia como um todo.

Microvilosidades

Em algumas células, como aquelas que revestem o intestino, ocorrem dobras da membrana que se projetam para fora da célula, as quais se assemelham a dedos finíssimos. Essas estruturas são conhecidas como microvilosidades ou microvilos (mikros = pequeno; villos = pelo). Ao entrarem em contato com a cavidade intestinal, as microvilosidades aumentam a superfície de absorção dos alimentos. Além disso, células glandulares também podem apresentar estruturas semelhantes, as quais aceleram a eliminação dos produtos secretados.