Membrana plasmática: estrutura, composição e funções

Com certeza, você já deve estar familiarizado com essa estrutura clássica, essencialmente a "segurança de porta de festa do organismo". Afinal, a membrana plasmática controla tudo que entra e sai da célula. Entretanto, essa queridinha da citologia não tem apenas essa função!

Você sabia que ela também tem um papel crucial na sobrevivência de peixes em águas congelantes? E que o pigarro de fumantes acontece por uma mudança na sua estrutura? Sem suas especializações, nem a fecundação do óvulo seria possível!

Curioso para entender mais sobre o assunto? Cola com o Aprova, pois tudo o que você precisa saber para detonar nos vestibulares e no Exame Nacional do Ensino Médio (Enem) está neste artigo!

O que é a membrana plasmática?

A membrana plasmática, também conhecida apenas como membrana celular, é uma estrutura semipermeável que envolve todas as células. Ela é uma bicamada de lipídeos, como uma gota de óleo envolvendo a célula inteira, a protegendo e mediando o transporte de compostos para dentro e para fora da célula.

Mas o que exatamente é essa semipermeabilidade? Bem, permeabilidade é a capacidade de um corpo deixar passar através de si outros corpos, como, por exemplo, uma jaqueta de algodão que deixa a água passar quando você sai na chuva desprotegido. Já algo impermeável bloqueia a passagem de outros corpos, como uma roupa de Neoprene de surfista. O meio termo é a semipermeabilidade, a capacidade de escolher o que passa e o que não passa através do corpo.

Essa permeabilidade seletiva é o que torna a membrana especial! Se qualquer composto pudesse entrar na célula quando bem quisesse, o equilíbrio de solutos dentro da célula estaria em uma constante (e caótica) mudança.

Funções da membrana plasmática

Devido a essas e outras peculiaridades, a membrana plasmática desempenha várias funções importantes na célula:

• Barreira seletiva
  Regula a passagem de substâncias, permitindo ou restringindo a passagem de compostos pela membrana. Fundamental para a manutenção de um ambiente intracelular adequado.
• Comunicação
  Em sua estrutura, a membrana possui receptores que detectam sinais químicos do meio extracelular, e permitem que ela interaja com outras células ou microrganismos (como bactérias e vírus, por exemplo). Essencial para a coordenação das atividades celulares e respostas a estímulos externos.
• Proteção e integridade celular
  Forma uma barreira física, que separa meio intra e extracelular, dá forma à célula e a protege de danos físicos.

Além das suas funções básicas, a membrana celular pode ainda desenvolver especializações, dependendo da célula em que se encontra. As mais célebres são as microvilosidades, cílios e flagelos.

Microvilosidades são finas invaginações de membrana plasmática, em formato de dedos, com função de aumento da superfície de contato da célula, melhorando a eficácia de absorção de substâncias. Muito presentes no intestino delgado e nos túbulos renais.

Cílios e flagelos são expansões ou prolongamentos da membrana plasmática, constituídas de pares de microtúbulos, que permitem a mobilidade de muitas células animais e vegetais, além de outras funções.

O batimento dos cílios na traqueia é o que permite a livre passagem do muco na nossa garganta e, ao serem destruídos ou danificados, geram acúmulo de muco e aquele pigarro bem característico. Já os flagelos dos espermatozoides são responsáveis pela locomoção rápida e efetiva até o óvulo.

Modelo mosaico fluido: características da membrana plasmática

Outra característica importante da membrana é seu modelo estrutural, o mosaico fluido. Basicamente, a membrana plasmática é um mosaico de componentes, um quebra-cabeça constituído principalmente de fosfolipídios, colesterol e proteínas.

Esse mosaico tem mobilidade, ou seja, seus componentes mudam de lugar livremente e de maneira fluida, como ondas no plano da membrana. A fluidez concede à membrana uma dinâmica, permitindo que ela se adeque estruturalmente para cada situação.

Composição da membrana plasmática

Já sabemos que a membrana é um mosaico de componentes diversos. Que tal entender mais sobre cada um deles?

Fosfolipídios

São lipídios compostos por glicerol, duas caudas de ácido graxo e uma cabeça com um grupo de cadeias de fosfato. Eles apresentam duas regiões distintas: uma cabeça polar (hidrofílica) e duas caudas apolares (hidrofóbicas). A cabeça hidrofílica é voltada para fora da membrana, e as caudas para o interior da membrana.

Caso você não se lembre, hidrofilia e hidrofobia são termos que descrevem, respectivamente, a presença e ausência de afinidade/interação com moléculas de água. Ou seja, uma substância hidrofílica consegue interagir com a água, e uma hidrofóbica não. Essa conformação dos fosfolipídios na membrana concede sua principal característica: a permeabilidade seletiva! Substâncias apolares podem atravessar facilmente a parte interna da membrana, enquanto substâncias polares necessitam de auxílio para passar.

Os fosfolipídios, inclusive, são os responsáveis pela sobrevivência daqueles peixes que falamos lá no começo do texto! Caudas de fosfolipídios com insaturações são mais curvas, e não são tão “unidas” na bicamada, gerando uma membrana mais fluida do que o normal. Peixes que vivem em temperaturas frias possuem mais ácidos graxos insaturados justamente para dificultar o enrijecimento da membrana das suas células.

Colesterol

Além dos fosfolipídios, nossa bicamada lipídica apresenta um componente especial: o colesterol. Intercalado entre as caudas dos fosfolipídios da membrana, ele desempenha um papel vital na orquestração da fluidez, tornando a membrana resiliente a diferentes temperaturas. Em climas mais frios, o colesterol eleva a fluidez, conferindo à membrana a flexibilidade necessária. Já em temperaturas mais elevadas, o colesterol reduz a fluidez.

Proteínas

São o segundo componente mais abundante nas membranas plasmáticas, e tem função de transporte de substâncias, sinalização celular e ancoragem da membrana. Podem ser divididas em duas categorias: integrais e periféricas.

• Proteínas integrais de membrana

Com pelo menos uma região hidrofóbica que torna possível que elas permaneçam no interior hidrofóbico da bicamada, onde estão as caudas dos fosfolipídios. As partes da proteína que não estão dentro da membrana tendem a ser hidrofílicas. Algumas proteínas integrais estão apenas parcialmente inseridas na membrana, enquanto outras estão inseridas de um lado a outro da membrana (proteínas transmembrana). Temos ainda proteínas integrais que formam canais de um lado ao outro da membrana, as proteínas canal, permitindo a passagem de íons e pequenas moléculas.

• Proteínas periféricas de membrana

Encontradas no exterior e no interior das superfícies das membranas, podem estar ligadas tanto às proteínas integrais quanto aos fosfolipídios. Proteínas periféricas não entram no interior hidrofóbico da membrana, permanecendo apenas nas periferias (como o nome bem diz).

Carboidratos

Os carboidratos na membrana plasmática se ligam a lipídios ou proteínas, gerando moléculas chamadas de glicolipídios e glicoproteínas, respectivamente. Estas moléculas em conjunto geram um envoltório chamado glicocálice (ou glicocálix). Os carboidratos que constituem o glicocálice desempenham um papel fundamental na retenção de nutrientes, enzimas e outras proteínas, gerando uma camada com uma composição química exclusiva para cada célula, uma identidade molecular. Essa singularidade permite que as células se reconheçam umas às outras, possibilitando a união e formação de tecidos.

O glicocálice também atua no sistema imune, permitindo que as células de defesa diferenciem entre células do organismo e organismos estranhos, e na determinação dos grupos sanguíneos (A, B, AB e O).

Transporte pela membrana plasmática

O que define a permeabilidade da membrana é a sua capacidade de ser atravessada por determinadas substâncias (soluções). Solvente e soluto são duas metades de um todo que é a solução. O soluto é a substância dissolvida e o solvente é a substância que dissolve. Em uma solução de água e sal, o sal seria o soluto e a água o solvente. Na célula temos íons que são solutos, como o Na+ e o K+, por exemplo. O transporte através da membrana tem como objetivo manter um equilíbrio da concentração de soluto dentro e fora da célula.

Transporte passivo

Tipo de transporte onde não há gasto de energia (na forma de ATP) para o transporte de substâncias através da membrana. Ele transporta a favor do gradiente de concentração, ou seja, do meio com maior concentração de soluto para o de menor concentração de soluto, com ou sem o auxílio de proteínas transportadoras. Temos três tipos principais de transporte passivo:

• Difusão simples

A favor do gradiente de concentração, movimenta partículas de soluto do meio mais concentrado para o menos concentrado, até atingir o equilíbrio (também chamado de isotonia) entre concentrações do meio intra e extracelular. Passam por difusão simples pequenas moléculas apolares e gases como o oxigênio, o nitrogênio e o gás carbônico.

• Difusão facilitada

Com auxílio obrigatório de proteínas carreadoras e proteínas de canal no transporte de substâncias. As proteínas carreadoras (permeases) agem como enzimas, ligando-se à substância a ser transportada em seus sítios ativos e alterando a sua própria forma para transportá-las com segurança para o interior da célula. As proteínas de canal servem apenas como um tubo de transporte. Ideal para moléculas grandes e hidrossolúveis, como glicose e aminoácidos.

• Osmose

Difusão de um solvente (como a água) por uma membrana semipermeável, de uma área de baixa concentração de soluto para uma de alta concentração de soluto, a favor do gradiente de concentração.

Transporte ativo

Tipo de transporte através da membrana com gasto de energia na forma de ATP e transporta íons e substâncias contra o gradiente de concentração, do menos concentrado para o mais concentrado, com o auxílio de proteínas transportadoras.

Um exemplo clássico de transporte ativo é a bomba de sódio-potássio, que mantém gradientes de concentração de íons sódio (Na+) e potássio (K+) através do uso de energia na forma de adenosina trifosfato (ATP).

Endocitoses

Transporte de substâncias para o interior da célula, na forma de partículas sólidas (fagocitose) ou líquidas (pinocitose). Na fagocitose, a célula emite pseudópodes (falsos pés) para englobar partículas grandes como, por exemplo, bactérias, protozoários ou restos celulares. Já na pinocitose não são formados pseudópodes, apenas uma espécie de “tubo” para transporte do líquido.

Além das endocitoses, temos ainda exocitoses: transporte de resíduos produzidos pela digestão celular e outras substâncias para fora da célula, através de vesículas.

Resumo: membrana plasmática

Veja os principais pontos sobre o assunto:

• A membrana plasmática é uma estrutura essencial para a vida celular, desempenhando funções vitais de regulação, proteção e comunicação;
• Ela é composta por uma bicamada lipídica com proteínas dispersas, seguindo o modelo mosaico fluido;
• A composição da membrana inclui fosfolipídios, proteínas, carboidratos e colesterol, cada um com funções específicas na integridade e funcionalidade da membrana;
• O transporte de substâncias através da membrana pode ocorrer passivamente, com base em gradientes de concentração, ou ativamente, requerendo energia na forma de ATP;
• Já o transporte através de vesículas pode ser por endocitose (para o interior da célula) ou exocitose (para o exterior da célula). É um processo de transporte de partículas e líquidos para dentro e fora da célula.

Como a membrana plasmática cai no Enem e outros vestibulares?

Depois desse intensivão de membranas, a pergunta que não quer calar é: “E como o Enem e os vestibulares vão cobrar isso?” Bem, as provas de Biologia tendem a focar nas principais características da membrana plasmática, como a permeabilidade seletiva e o mosaico fluido. Entretanto, o transporte ativo por bomba de sódio e potássio e a osmose também são figurinha carimbada das provas. Foque nisso que é sucesso! Vamos testar seus novos conhecimentos?

Exemplo 1

(Enem 2019) A fluidez da membrana celular é caracterizada pela capacidade de movimento das moléculas componentes dessa estrutura. Os seres vivos mantêm essa propriedade de duas formas: controlando a temperatura e/ou alterando a composição lipídica da membrana. Neste último aspecto, o tamanho e o grau de insaturação das caudas hidrocarbônicas dos fosfolipídios, conforme representados na figura, influenciam significativamente a fluidez. Isso porque quanto maior for a magnitude das interações entre os fosfolipídios, menor será a fluidez da membrana.

Qual das bicamadas lipídicas apresentadas possui maior fluidez?

a) I

b) II

c) III

d) IV

e) V

Resposta: [B]
Aumentar o número de insaturações nos fosfolipídios reduz as interações intermoleculares, resultando em um aumento na fluidez da membrana. Além disso, cadeias mais curtas geralmente exibem maior fluidez em comparação com cadeias mais longas.

Exemplo 2

(Enem 2018) Visando explicar uma das propriedades da membrana plasmática, fusionou-se uma célula de camundongo com uma célula humana, formando uma célula híbrida. Em seguida, com o intuito de marcar as proteínas de membrana, dois anticorpos foram inseridos no experimento, um específico para as proteínas de membrana do camundongo e o outro para as proteínas de membrana humana. Os anticorpos foram visualizados ao microscópio por meio de fluorescência de cores diferentes.

A mudança observada da etapa 3 para a etapa 4 do experimento ocorre porque as proteínas

a) movimentam-se livremente no plano da bicamada lipídica.

b) permanecem confinadas em determinadas regiões da bicamada.

c) auxiliam o deslocamento dos fosfolipídios da membrana plasmática.

d) são mobilizadas em razão da inserção de anticorpos.

e) são bloqueadas pelos anticorpos.

Resposta: [A]
A alteração notada, de 3 para 4, refere-se à distribuição das proteínas de membrana entre camundongos e seres humanos. Isso ocorre devido à fluidez da membrana plasmática, conforme previsto pelo modelo do mosaico fluido, que permite o movimento das proteínas dentro do plano da bicamada lipídica.