membrana plasmática

Membrana plasmática e especializações Universidade Federal de Minas Gerais Instituto de Ciências Biológicas Departamento de Morfologia Prof. Greg Kitten – Sala J3-339/310

PRINCIPAIS CONSTITUINTES DAS CÉLULAS CONSTITUI CONSTI TUINTE NTE EXT EXTERN ERNO O - Memb Membra rana na Pl Plas asmá máti tica ca (Pla (Plasm smal alem ema) a),, Matr Matriz iz Extr Extrac acel elul ular ar CONSTI CONS TITU TUIN INTE TESS IN INTE TERN RNOS OS:: Nú Núcl cleo eo e Ci Cito topl plas asma ma.. No ci cito topl plas asma ma es estã tãoo pr pres esen ente tes: s: a) Citoesqueleto: Microfilamentos, Filamentos Intermediários e Microtúbulos. b) Organe anelas: Mitocô ocôndrias rias,, Retículo Endopla plasmático, Apare arelho de Golg Golgi,i, Liso Lisoss ssom omos, os, Pero Peroxi xiss ssomo omos. s. c) Depósitos (Inclusões): Carboidratos, Proteínas, Lipídeos ou pigmentos. Espaço entre as organelas e os depósitos é preenchido pela Matr Matriz iz Cito Citopla plasm smát átic icaa (Cit (Citos osso sol)l)..

PRINCIPAIS CONSTITUINTES DAS CÉLULAS CONSTITUINTE EXTERNO - Membrana Plasmática (Plasmalema)

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Aula de hoje

Constituinte interno: o Citoplasma, onde se localizam: a) Citoesqueleto: Microfilamentos, Filamentos Intermediários e Microtúbulos. b) Organelas: Mitocôndrias, Retículo Endoplasmático, Aparelho de Golgi, Lisossomos, Peroxissomos. c) Depósitos (Inclusões): Carboidratos, Proteínas, Lipídeos ou pigmentos. Espaço entre as organelas e os depósitos é preenchido pela Matriz Citoplasmática (Citossol).

Membrana plasmática FUNÇÕES DA MEMBRANA PLASMÁTICA OU CELULAR Separa o meio intracelular do extracelular. Responsável pela constância do meio intracelular: controle da entrada e saída de substâncias da célula. Barreira seletiva. Sinalização celular (receptores). Canais de comunicação: estabelece conexões com outras células e com a matriz extracelular. Fixação ou movimentação da célula. Sistemas enzimáticos. Constituição: 1. Lipídios 2. Proteínas 3. Carboidratos Embora a organização molecular básica das membranas seja a mesma, há diferenças na composição química e nas propriedades biológicas das membranas de diferentes tipos celulares e organelas.

Membrana plasmática: estrutura

ESTRUTURA : Modelo do Mosaico Fluido Duas camadas lipídicas, fluidas e contínuas onde se inserem moléculas protéicas. 

Duas regiões hidrofílicas e uma região hidrofóbica. Ao ME apresenta-se como uma estrutura trilaminar = unidade de membrana.

Singer e Nicholson (1972), o modelo do mosaico fluído.

Membrana plasmática: estrutura * Microscopia Eletrônica: estrutura trilaminar --> Unidade de membrana

Cell 1

Cell 2


Grupamentos polares

Grupamentos Não-polares

Membrana plasmática: estrutura - As duas camadas lipídicas permanecem unidas por meio de interações hidrofóbicas das cadeias apolares de cada camada. * A membrana plasmática é ASSIMÉTRICA tanto na composição de lipídios quanto nas proteínas, carga elétrica (fosfatidilserina), distribuição de glicolipídios e glicoproteínas

- Uma mesma membrana pode apresentar diferentes regiões funcionais (ex, microvilos de células epiteliais do intestino delgado).

Métodos de estudo - membrana plasmática ME

Criofratura Fracionamento Análise de expressão de proteínas


Folheto Externo

Ultra-estrutura da MP: análise por criofratura Folheto interno

Criofratura

Membrana plasmática: estrutura Estudo por Crio-fratura

Membrana plasmática: estrutura face E

face P

Micrografia eletrônica de uma crio-fratura mostrando interior da membrana plasmática: face P (Protoplasmática) c/ maior número de partículas intramembranosas do que a face E (Externa).


Unidade de membrana: estrutura trilaminar vista ao ME (demonstração por deposição de Tetróxido de Ósmio).

Constituição: 1. Lipídios 2. Proteínas 3. Hidratos de carbono · Embora a organização molecular básica das membranas seja a mesma há diferenças na composição química e nas propriedades biológicas das membranas de diferentes tipos celulares e organelas.

Membrana plasmática: constituição 1 – LIPÍDEOS Moléculas anfipáticas: *Uma extremidade hidrofílica (polar) – cabeça. *Outra hidrofóbica (apolar) – duas caudas de ácidos graxos. Principais tipos: . Fosfolipídeos: contém radical fosfato Fosfoglicerídeos (4 tipos principais). Esfingolipídeos (fosfatidilinositol: sinalização celular). . Glicolipídeos Hidratos de carbono (carboidratos  açúcares). Os mais abundantes nas células animais são os Glicoesfingolipídeos (Componentes de muitos receptores celulares de superfície). . Colesterol Presente em células animais, as vegetais têm outros esteróis.

Composição Química de Membranas: Lípides 1. Fosfoglicerídeos: fosfatidilcolina*, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina. Cabeça polar hidrofílica

Calda apolar hidrofóbica

Composição Química de Membranas: Lípides 2. Esfingolípides: esfingomielina 3. Colesterol

Lípides de membrana: Independente do tipo são ANFIPÁTICOS

Características da Bicamada Lipídica

Lipídeos possuem distribuição ASSIMÉTRICA Glicolípides: apenas folheto externo

Fosfatidilserina: folheto interno


Síntese de proteínas da Membrana plasmática * Síntese e secreção de proteínas da membrana plasmática: 1) Síntese no RER; 2) Transporte por vesículas ao CG 3) Modificações estruturais adicionais no CG 4) Transporte por vesículas para a MP.

Fluidez da membrana plasmática FLUIDEZ DA MEMBRANA É DEPENDENTE DE: Composição Temperatura Algumas células conseguem alterar a proporção das duplas ligações (em hidratos de carbono nos ácidos graxos) de acordo com variações de temperatura para manter a fluidez e assim sua homeostasia. Lipídios se movem lateralmente dentro de sua monocamada com velocidade alta (difusão lateral). Entretanto, uma molécula da monocamada interna raramente troca de lugar com um da camada externa e vice versa, esse movimento é chamado de Flip-Flop. As proteínas de membrana têm difusão rotacional e lateral As proteínas se movem facilmente entre os lipídios. Algumas proteínas ficam presas ao citoesqueleto e não se movimentam. Embora existam diferenças entre os lipídios que influem nas propriedades da membrana, a atividade metabólica da mesma depende principalmente de suas proteínas. •

Características da Bicamada Lipídica FLUIDEZ Movimento de Rotação Movimento Lateral (107 vezes/seg) Flip-flop (raro; flipases)

Características da Bicamada Lipídica Fluidez pode ser alterada por temperatura, insaturação e tamanho das caudas hidrofóbicas de ác. Graxos, e presença de colesterol + duplas, + fluida menor, + fluida

Características da Bicamada Lipídica

Deformação

Fluidez da Membrana plasmática Evidência experimental demonstrando a fluidez da membrana celular

A) Dois tipos de células (uma marcada e outra não-marcada)… B)…foram induzidas a se fundirem.

C) Minutos após a fusão celular, as moléculas marcadas (em amarelo) se espalham por toda a superfície da (nova) célula fundida.

Demonstração dos movimentos das proteínas na bicamada lipídica

Restrição dos movimentos das proteínas na bicamada lipídica

Permeabilidade de uma bicamada lipídica Difusão passiva

Transporte mediado por proteínas

Tipos de proteínas transportadoras

Bombas Transporte ativo Bombeiam íons e pequenas moléculas, contra um gradiente de [ ], às custas de ATP

Canais iônicos Transporte passivo movem íons e água (seleção por tamanho e carga), a favor de um gradiente de [ ], sem gasto de energia

Transportadores Transporte passivo ou acoplado Movem grande variedade de íons e moléculas específicas a favor ou contra um gradiente de [ ]. Neste último o transporte é acolpado a um processo energeticamente favorável.

Canal Iônico

Sistema de Biomembranas

Membrana Plasmática: Composição Química

Singer e Nicholson (1972), o modelo do mosaico fluído.

Proteínas da membrana plasmática 2 – PROTEÍNAS Cada tipo de membrana tem suas proteínas características, principais responsáveis pela sua função e caracterização. * A orientação dessas proteínas na membrana é fixa devido ao seu modo de inserção e à função de seus domínios citoplasmáticos e não citoplasmáticos.

2 tipos principais

Integrais (intrínsecas) Firmemente associadas aos lipídios 70%, maioria das enzimas * Transmembrana: Atravessam inteiramente a camada lipídica uma única vez. * Transmembrana de passagem múltipla: Atravessando a membrana em vários pontos. Periféricas (extrínsecas) Fracamente associadas aos lipídios * Prendem-se aos lipídios da face interna ou externa da membrana por diversos mecanismos e freqüentemente elas se fixam a moléculas glicosiladas de fosfatidil inositol (glicosilfosfatidilinositol – GPI).

Proteínas da membrana plasmática Principais tipos de proteínas:

3 proteínas extensamente estudadas: Espectrina: Proteína associada ao citoesqueleto, não covalentemente associada a face citoplasmática da membrana da hemácea forma uma trama que confere a morfologia bicôncava da hemácea e aumenta sua capacidade de aguentar pressão enquanto passa pelos capilares (defeitos nessa proteína podem causar anemia). Glicoforina: Glicoproteína transmembrana com estrutura similar de outras classes de interesse – receptores - serve de modelo para estudos dessas outras. Banda 3: Proteína transmembrana de passagem múltipla; transportadora de ânions, auxilia na respiração processo de carreamento do CO2.

Hidratos de carbono da Membrana Plasmática 3) GLICOCÁLICE Região da membrana rica em hidratos de carbono ligados a proteínas ou a lipídios Funcionalmente importante Composição não é estática Varia de um tipo celular pra outro e na mesma célula, varia de acordo com a atividade funcional da célula em determinado momento.

Constituição do Glicocálice

Porções glicídicas dos glicolipídios + Glicoproteínas integrais ou secretadas e adsorvidas na membrana +

Proteoglicanas secretadas e adsorvidas na membrana * Elo de união funcional e dinâmico de uma célula com outra ou com a matriz extracelular dos tecidos. Ex: Microfilamentos de actina + vinculina + proteína intrínseca da membrana 140Kd + Fibronectina + regiões da matriz extracelular = Fibronexus

Glicocálice Funções: Adesão celular Reconhecimento celular Inibição por contato

...

Glicocálice - O glicocálice apresenta-se como um denso tapete formado por filamentos finos entremeados, cobrindo as microvilosidades. - Esta camada de glicocálice é observada tanto na superfície, como nos lados das microvilosidades, por entre elas. - No canto inferior direito, onde duas células estão próximas, suas microvilosidades são mantidas separadas pelo glicocálice que as reveste.

Glicocálice no epitélio intestinal. Aumento 65 000 X.

-Microvilosidades com membrana plasmática e citoplasma finamente granular em seu interior. - Glicocálice sob a forma de material filamentoso ramificado. -Unidade trilaminar de membrana (figura inferior). Glicocálice no epitélio intestinal. Aumentos 200 000 X e 240 000 X.

Importância do glicocálice - Protege Protege a superfície superfície das células células de possíveis lesões; lesões; - Proteção química química da membrana membrana celular celular ao ataque de proteases - Proteção contra contra ressecamento e lubrificação da superfície celular: camada altamente hidratada devido aos açúcares - Confere viscosidade viscosidade às superfícies celulares, permitindo permitindo o deslizamento de células em movimento como, por exemplo, as células sangüíneas; - Apresenta propriedades imunitárias, por exemplo os glicídios glicídios do glicocálix dos glóbulos vermelhos que apresentam os antígenos próprios dos grupos sangüíneos do sistema sangüíneo ABO; - Intervém nos fenômenos de reconhecimento reconhecimento celular, celular, particularmente importantes durante o desenvolvimento embrionário. - A inibição do crescimento celular por contato depende de glicoproteínas do glicocálice. Se tais proteínas forem perdidas ou modificadas, como acontece em alguns tumores malignos, mesmo o glicocálice ainda existindo, esta função será comprometida. - Nos processos processos de adesão adesão entre óvulo e espermatozó espermatozóide. ide.

Funçõe Funçõess do do Glico Glicocáli cálice ce - ex 1 

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Funções do Glicocálice – ex 2 

Determinação antigênica Ex: especificidade do sistema sanguíneo ABO

Funções do Glicocálice – ex 3 

ligação de hormonas, toxinas, vírus e bactérias

Funções do Glicocálice – ex4 inibição por contato: inibição do movimento ou da proliferação das células normais resultante do contato célula à célula 

Especializações e Junções Intercelulares da Membrana Plasmática

Especializações e junções da Membrana plasmática

Especializações da Membrana plasmática

Microvilos

(ou microvilosidades) - Projeções da superfície celular em forma de dedo de luva. - Contém numerosos filamentos de actina (responsáveis pela manutenção da forma dos microvilos). - Aumentam a superfície de absorção das células. Ex: intestino delgado (Células prismáticas), rins (células do TCP). - filamentos de actina. - borda estriada (vista ao MO)

Microvilos

Microvilos: observe os feixes de filamentos dispostos paralelamente. Célula intestinal (delgado) especializada para a absorção de nutrientes.


Cílios e Flagelos - Prolongamentos longos dotados de motilidade, presentes na superfície de algumas células epiteliais. - Estão inseridos em corpúsculos basais (que são estruturas eletrodensas situadas no ápice da célula). - Microtúbulos - OBS.: a estrutura dos corpúsculos basais é semelhante aos dos centríolos (veremos na aula de citoesqueleto !!)

Flagelos: geralmente únicos e longos são encontrados, no corpo humano, apenas nos espermatozóides.


Estereocílios - Prolongamentos longos que aumentam a superfície de algumas células epiteliais. - Não possuem a estrutura nem a capacidade de movimento dos cílios verdadeiros. - Ramificam-se frequentemente, e são mais compridos que os microvilos. Ex: Epidídimo (contribuem

para o processo de maturação

- Encontrado tb em células sensoriais do ouvido interno e da retina.

Aula prática: Estrutura trilaminar (ao MET) da membrana plasmática Membrana plasmática ao ME de transmissão. Observe duas unidades de membrana (aspecto trilaminar) separados por um espaço intercelular.

Microvilosidades cortadas transversalmente em célula intestinal mostrando unidade de membrana

Aula prática: faces E e P; glicocálice, microvilos

face E

Crio-fratura mostrando interior da membrana plasmática: face P c/ maior número de partículas intramembranosas do que a face E.

face P

MET mostrando glicocálice em célula abosrtiva intestinal.

Junções Intercelulares Estruturas associadas à membrana plasmática que contribuem para a coesão e comunicação entre as células. 1) Zônula oclusiva Complexo 2) Zônula de adesão Juncional 3) Desmossomos 4) Junções comunicantes FUNÇÕES: Zônula oclusiva (Junções impermeáveis): -Promover vedação entre as células. Junções aderentes (Zonula de adesão e Desmossomos) : - Unir as células umas as outras e à matriz extracelular. Junções comunicantes (Gap-junctions) - Estabelecer comunicação entre as células.

Estruturas Juncionais

Estruturas Juncionais

1 - Junção oclusiva - Faixa contínua em torno da porção apical de certas células epiteliais. - Os folhetos externos das MPs das células vizinhas se fundem vedando o espaço intercelular. - Veda o trânsito de moléculas e íons por entre as células. - Forma compartimentos funcionalmente separados

A) depressões, e B) saliências observadas por criofratura. Célula epitelial do intestino.

Zônula oclusiva / Zônula de oclusão / Tight Juntions a | Freeze-fracture replica electron microscopic image of intestinal epithelial cells. Tight junctions appear as a set of continuous, anastomosing intramembranous particle strands or fibrils (arrowheads) on the P face with complementary vacant grooves on the E face (arrows). (Mv, microvilli; Ap, apical membrane; Bl, basolateral membrane.) Scale bar, 200 nm. b | Ultrathin sectional view of tight junctions. At kissing points of tight junctions (arrowheads), the intercellular space is obliterated. c | Schematic of three-dimensional structure of tight junctions. Each tight-junction strand within a plasma membrane associates laterally with another tight-junction strand in the apposed membrane of an adjacent cell to form a paired tight-junction s trand, obliterating the intercellular space (kissing point).

2 - Zonula de adesão -Dispor-se em cinturão ( belt ) ao redor do corpo da célula, fazendo a união desta com várias células vizinhas. Nesta junção o citoesqueleto ancorado é composto de microfilamentos de actina. - Material granular entre as membranas (caderina). - São sensíveis aos níveis de Ca++. - Encontrada em diversos tipos de tecido.

3 - Desmossomo - Placa arredondada, descontínuo. - Constituído pelas membranas de duas células vizinhas. - Material granular entre as membranas: c a d e r i n a (glicoproteína transmembrana) - Na face citoplasmática do desmossomo  placa elétrondensa (inserem-se os filamentos intermediários

= t o n o f i l a m e n t o s ).

- Representam locais onde o citoesqueleto (através dos tonofilamentos) se prende à membrana celular - elo de ligação do citoesqueleto com as células vizinhas. - Composição molecular complexa (no citossol e entre as membranas): desmoplaquinas I e II, desmocalmina, queratocalmina, caderina (desmogleína e desmocolina). - A função dos desmossomos depende da presença de caderina nas membranas e de Ca ++. - Frequentes em células submetidas à tração (p.ex., epiderme).

Especializações basais: Hemidesmossomo Epitélio sobre uma membrana não-celular (lâmina basal)

Uma das proteínas de filamentos intermediários

Filamentos que prendem as células epiteliais à matriz extracelular. Diferenças protéicas: Não possuem desmogleína, porém Integrina.

Especializações basais - Hemidesmossomo

Lâmina basal - Não visível ao MO com colorações de rotina, exceto: - Em lâminas basais de glomérulo renal e túbulos renais. - Nos glomérulos, a membrana basal além de ter uma função de suporte, tem um papel importante na filtração do plasma. (coloração: Picro-sírius-Hematoxilina)

4 - Junção comunicante (Gap Junction) - Estabelece comunicação entre as células. - Cada junção é constituída por um conjunto de tubos protéicos paralelos ( conexons) que atravessam a membrana de duas células. - Cada conexon é formado pela união de tubos menores: conexinas. - Epitélios de revestimento, glandular, muscular liso, muscular cardíaco, células nervosas. - passam pelo poro: nucleotídeos, aa, íons, cAMP, e outras moléculas de baixa massa molecular. - o canal é aberto ou fechado sob estímulo próprio: é dependente de íons Ca++.

Gap-junctions

R E S U M O

The End

Extras

Membrana plasmática

Estrutura da membrana plasmática

Estrutura trilaminar (ME): unidades de membrana

Lipídeos possuem distribuição ASSIMÉTRICA - Variam comparando-se as monocamadas - Variam comparando diferentes membranas - Variam comparando-se diferentes células

Comparação de monocamadas externa e interna Glicolípides: apenas externamente

Lipid rafts

Influências sob a fluidez da membrana: -Temperatura -Presença de insaturações nas caudas hidrofóbicas -Tamanho das caudas hidrofóbicas -Presença de colesterol + duplas, + fluida

menor, + fluida

Presença de colesterol

Diminui a permeablidade Fluidez alterada de acordo com a temperatura -37oC: diminui a fluidez -baixas temp: aumenta a fluidez [GK??]

Proteínas

importante componente funcional

Funções gerais >Interações com matriz extracelular >Interações com meio intracelular(citoesqueleto) >Transdução de informações para o interior da célula

membrana plasmática

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