Este documento discute a estrutura e função das biomembranas. As principais pontos são: 1) As biomembranas são constituídas por uma bicamada de lípidos anfipáticos e proteínas. 2) Estas estruturas delimitam compartimentos celulares e especializaram-se para funções distintas. 3) O modelo do mosaico fluido descreve a organização e movimento dos componentes das biomembranas.

1. Inês Couceiro - Biologia Celular – 1º Semestre - FCTUC
Tema 4 - Biomembranas
1. Introdução
As biomembranas desempenham um papel essencial na organização topográficas do
meio interno, delimitando duas zonas principais: o núcleo e o citoplasma, e ainda as zonas
internas do reticulo endoplasmático e do complexo de Golgi (semelhantes, topologicamente à
zona extracelular).
Podem considerar-se duas faces:
- Interna ou citosólica – virada para
o citosol
- Externa ou exoplasmática –
voltada para o exoplasma
As biomembranas foram-se especializando
para funções distintas.
São constituídas por lípidos e proteínas, e por vezes, também por glícidos associados a
estes compostos. Os principais lípidos destas membranas são os fosfolípidos existindo também
glicolípidos e esteróides. Estes lípidos são constituídos por moléculas anfipáticas pois são
constituídos por duas partes distintas com diferentes afinidades para a água:
- Cabeça polar ou hidrofílica
- Cabeça apolar ou hidrofóbica,
uma vez que os ácidos gordos que as
constituem são apolares
A presença de ligações duplas
(lípidos insaturados) está relacionada
com a fluidez da membrana.
Os fosfolípidos variam em
forma, tamanho e carga eléctrica. São
constituídos por um grupo fosfato (sempre carregado negativamente) e por um grupo glicerol
(que se pode ionizar e ficar com carga positiva que anulará a negativa formando um fosfolípido
neutro, por isto o pH da molécula é neutro. Quando a cabeça esta carregada negativamente
forma-se um fosfolípido não neutro, acídico).
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Nas membranas existem três classes de lípidos (fosfolípidos):
- Fosfoglicerídeos
- Esfingolípidos
- Esteróides
Estas classes diferem na sua estrutura química, abundância e função que desempenham na
membrana celular. Existem também glicolípidos.
FOSFOGLICERÍDEOS
ESFINGOLÍPIDOS
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ESTERÓIDES
Os lípidos estão distribuídos assimetricamente nos dois folhetos da membrana
plasmática, costumam ser mais abundantes num dos folhetos.
O folheto exoplasmático consiste essencialmente de fosfatidilcolina e esfingomielina.
O folheto citoplasmático apresenta fosfatidilamina e fosfatidilserina. Como a cabeça
desdes fosfolípidos esta carregada negativamente, o folheto interno tem uma carga negativa.
NOTA: Os glicolípidos são exclusivos ao folheto externo.
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2. Estrutura em bicamada das biomembranas
Como os fosfolípidos são anfipáticos, a estrutura da membrana será:
Em cada face da camada encontra-se 50% de fosfolípidos, estando os outros
componentes desigualmente distribuídos pelas faces.
O colesterol liga-se fortemente à cabeça hidrocarbonada dos fosfolípidos através da
sua própria cabeça hidrocarbonada, sendo mais forte essa ligação do que entre os vários
fosfolípidos.
As proteínas têm um papel importante nas membranas biológicas, quer a nível
estrutural, constituindo as membranas, quer no que diz respeito às funções das
biomembranas, que são específicas, consoante o tipo de proteínas nelas presentes.
As proteínas desempenham funções estruturais, enzimáticas, de receptores de sinais
ou ligandos e de transportadores.
Dependendo do tipo de interacção
das proteínas com a bicamada lipídica,
temos:
- Proteínas integrais ou
intrínsecas
- Proteínas periféricas ou
extrínsecas
- Ancoradas em lípidos
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3. Crio-fractura/ Crio-gravação
OBJECTIVO: Revelar a organização estrutural das bicamadas
Esta técnica tem por base a análise ultraestrutural de moldes de superfícies de
membranas previamente congeladas e sujeitas a crio-fractura.
FRACTURA
- Os componentes células são congelados e fixados (-190ºc/-195ºC) através da imersão
de uma fase liquida (criogénico), não havendo formação de cristais nem destruição da
estrutura da célula. A amostra é inserida numa camara onde existe uma faca de aço que vai
provocar uma fractura irregular, nas zonas de menor resistência da célula
GRAVAÇÃO
- É efectuada uma desidratação parcial através da sublimação do gelo na superfície da
fractura, através de ma mudança brusca de temperatura. Depois o material é coberto por uma
pelicula de carbono, formando um molde do material cuja função é dar-lhe suporte. De
seguida, é vaporizado na superfície do material, num certo angulo, um metal (platina). Este
reforça a pelicula de carbono e confere relevo ao molde. Por fim o material é dissolvido com
ácido, podendo o molde de carbono e metal ser observado através de microscopia electrónica.
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A crio-fractura é importante no estudo da distribuição das proteínas nas
biomembranas. Nesta técnica dá-se o “splitting” das biomembranas, abrindo-as ao meio, pois
há uma ruptura nas ligações hidrofóbicas da cadeia hidrocarbonada dos ácidos gordos das
caudas dos fosfolípidos.
CONCLUSÃO: As membranas biológicas são constituídas por uma bicamada contínua de
lípidos anfipáticos onde se intercalam proteínas transmembranares.
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4. Modelo do mosaico fluido
Os lípidos e as proteínas distribuem-se nas membranas numa espécie de mosaico –
assimetria.
Lípidos e proteinas integrais movem-se no plano da bicamada – fluidez.
Estas moléculas apresentam difusão lateral, movimento de translação na bicamada, uma
vez que as ligações são fracas. Possuem também movimento de rotação. Os fosfolípidos
apresentam ainda movimento de flexão e movimento flip-flop raros, passando uma molécula
de uma camada para a outra, através da utilização de energia e da catalisação por parte de
enzimas (flipases ou translocases de lipidos).
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FACTORES QUE INFLUENCIAM A FLUIDEZ DAS BIOMEMBRANAS:
- Natureza química dos seus componentes (grau de saturação das cadeias de ácidos
gordos)
- Natureza química dos seus componentes (características químicas e estruturais do
colesterol)
- Temperatura fisiológica
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5. Formação de balsas ou jangadas de lípidos
6. Técnicas representativas da fluidez das Biomembranas
TÉCNICAS FÍSICAS:
- Difracção dos raios X
- Espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN)
- Espectroscopia de ressonância mínima do Spin electrónico (ESR)
- Microscopia de fluorescência
TÉCNICAS BIOLÓGICAS:
- Fenómeno da formação de Capuz
- Fenómeno de fusão celular
- Restabelecimento da fluorescência após fotobranqueamento (FRAP)
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a) Fenómeno da formação de Capuz
Experiência realizada com linfócitos.
1- Na sua superfície existem diferentes proteínas (antigénios) que foram marcadas com
os seus anticorpos específicos (os anticorpos foram marcados com fluorocromos). No
início estes antigénios têm uma distribuição uniforme no linfócito.
2- O complexo antigénio-anticorpo tem tendência para se agregar em algumas zonas do
linfócito.
3- Passado algum tempo, os complexos com agregados migram para um dos pólos, que
aparece fortemente fluorescente. A membrana do linfócito invagina-se formando
vesiculas que contêm complexos antigénio-anticorpo.
b) Fenómeno de fusão celular
Esta experiência utiliza dois tipos de
células distintas. Cada célula possui, na sua
membrana plasmática, antigénios específicos.
Através de um fusogénio (facilitador da fusão
da membrana) dá-se a fusão das duas células.
Desta fusão resulta uma célula que tem na sua
membrana plasmática os antigénios das suas
células que lhe deram origem. E feita a
marcação com fluorocromos (substancia
fluorescente que marca os anticorpos). A
fluorescência aparece, primeiramente dividida
em duas partes bem distintas mas ao fim de
algum tempo a distinção torna-se bem difícil,
devido ao movimento dos antigénios nas
células. A temperaturas baixas a distinção é
sempre possível, não havendo esta troca de
proteínas no plano da bicamada.
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c) Restabelecimento da fluorescencia após fotobranqueamento (FRAP)
As proteínas das membranas são marcadas com fluorocromos. A membrana é
irradiada com um laser que elimina a fluorescência de uma zona, que fica descorada. Para essa
zona deslocam-se proteínas com coloração, pelo que a fluorescência é restabelecida.
7. Revestimento celular – Glicocálice
Em todas as células eucarióticas, a
membrana celular é revestida por uma cobertura
células, o glicocálice, que é constituído por
moléculas oligossacarídeas ligadas às proteínas e
aos lípidos da membrana plasmática.
Esta camada é facilmente identificável
através de técnicas de coloração específicas dos
hidratos de carbono (Teste de Thiéry e coloração
com vermelho de ruténio). Estas técnicas de
coloração coram, no geral, todos os
polissacarídeos. Existe assim, necessidade de usar
monossacarídeos existentes no glicocálice.
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Exemplos de algumas lectinas:
- concavalina A – glicose e manose
- Aglutamina de Gérmen – N-acetil-glucosomina
PRINCIPAIS FUNÇÕES DO GLICOCÁLICE
1. Protecção da membrana - Protege a bicamada lipídica contra agressões
químicas e/ou físicas do ambiente externo.
2. Filtração - Actua como um filtro ou crivo molecular, regulando a passagem
de substâncias de acordo com o seu peso molecular.
3. Microambiente - Define um ambiente especial na superfície das células, que
pode variar em termos de pH e carga eléctrica (o que faz variar a
concentração de certas substâncias na superfície e, inclusivamente, o
ambiente catiónico da célula).
4. Actividade enzimática - Muitas das glicoproteínas têm função enzimática,
como a fosfatase alcalina e outras enzimas que intervêm na digestão de
carbohidratos e proteínas, especialmente nas vilosidades do intestino.
5. Antigénios dos grupos sanguíneos (ABO) - A especificidade do sistema ABO
dos grupos sanguíneos é largamente determinada pelas cadeias terminais de
oligossacarídeos que estão presentes na membrana plasmática dos
eritrócitos.
6. Reconhecimento e Adesão celulares - Os oligossacarídeos presentes no
glicocálice constituem como que um código molecular (marca datiloscópica)
para a superfície celular _ antigénios de histocompatibilidade; deste modo,
só células que tenham o mesmo código/marca é que se reconhecem e
aderem, enquanto as células estranhas se rejeitam.
7. Inibição por contacto - Responsável pela emissão de sinais químicos que
interrompem a mitose por meio de contactos físicos entre células de um
mesmo tecido; quando esta propriedade é perdida ou modificada, as células
crescem desordenadamente, formando tumores.
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