“10 Questões Desafiadoras sobre Membrana Plasmática para Graduação”

Conjunto de Questões de Avaliação – Membrana Plasmática

Este conjunto de questões tem como objetivo avaliar a compreensão dos alunos sobre a estrutura e as funções da membrana plasmática, com foco em seus processos de transporte e na sua importância para a saúde celular, de acordo com o texto fornecido. As questões têm um nível de dificuldade alto e são destinadas a estudantes de graduação na área de Ciências Humanas.

TEXTO BASE

A membrana plasmática é a estrutura que delimita todas as células vivas. Ela separa o ambiente intracelular do ambiente extracelular, controlando, assim, tudo o que entra e sai da célula, por meio de transportes ativos (com gasto de energia) ou passivos (sem gasto de energia). Além de delimitar a célula e protegê-la de diversos agentes, a membrana celular participa de processos de reconhecimento celular e sinalização celular, da comunicação entre as células e de outras funções comuns a algumas membranas.

Então, qual seria a importância da membrana celular na saúde? Algumas doenças são causadas por alterações na membrana plasmática e acabam conferindo risco à vida, como o mal de Alzheimer e a fibrose cística. Além disso, a absorção de fármacos está relacionada com o funcionamento da membrana celular. Dependendo de sua composição, essas substâncias conseguem penetrar mais rápido pelas membranas, como no caso dos fármacos solúveis em lipídios. Por essa razão, estudaremos não apenas a composição da membrana plasmática, mas também as suas funções, características e o transporte de substâncias através da membrana, uma vez que esta é seletiva, de modo que apenas algumas substâncias podem entrar ou sair das células. Vale destacar, ainda, que, de acordo com a concentração de moléculas no meio intracelular em comparação ao meio extracelular, a membrana efetua um transporte diferente.

Como uma ferramenta de auxílio ao processo de conhecimento, vamos analisar uma situação-problema na intenção de aproximar os conteúdos teóricos da prática profissional. Vamos lá! Uma multinacional farmacêutica abriu um processo seletivo para a vaga de trainee em diversos setores e você foi um dos candidatos aprovados. Você está atuando no setor de produção, especificamente na área de pesquisa, desenvolvimento e testes dos medicamentos. O gestor que está conduzindo o seu treinamento lhe apresentou ao farmacêutico Carlos. Juntos, vocês farão alguns testes para verificar a ação de fármacos nas células e entender como eles atravessam a membrana celular para agir. Foi possível aprender que os fármacos penetram a membrana plasmática de quatro formas distintas: por difusão passiva, por difusão passiva facilitada, por transporte ativo e por pinocitose.

Qual a diferença entre esses modos de transporte? Existem outros transportes realizados pela membrana plasmática? A membrana plasmática, ou celular, como também é conhecida, é a estrutura que delimita a célula, ou seja, que separa o meio intracelular do extracelular. Ela está presente na superfície de todas as células, sejam estas procariontes ou eucariontes, e é encarregada de manter a integridade da célula e controlar o tráfego de substâncias que entram e saem, formando uma barreira seletiva com uma estrutura complexa e organizada. Por causa de sua diminuta espessura, com cerca de 7 a 10 nm, não pode ser visualizada em microscópio óptico, o que torna necessária a utilização da microscopia eletrônica, a qual possibilitou a identificação das características e composição das membranas plasmáticas, concluindo que a estrutura básica das membranas biológicas é semelhante em todos os tipos celulares.

Todas as membranas plasmáticas consistem em uma bicamada de fosfolipídio contendo moléculas de proteínas inseridas. Dessa maneira, a composição básica da membrana plasmática inclui moléculas de lipídios, proteínas e cadeias de carboidratos ligados aos lipídios e às proteínas. A proporção desses componentes varia conforme o tipo de célula. Por exemplo, as membranas de mielina (que recobrem fibras nervosas) possuem 80% de lipídios, enquanto as membranas de eritrócitos (glóbulos vermelhos) têm cerca de 40% de sua massa composta por lipídios, e o restante é distribuído entre os demais constituintes.

O primeiro componente da membrana celular que investigaremos é o lipídio. Os lipídios associados às membranas são moléculas com uma extremidade hidrofílica e uma cadeia hidrofóbica. Mas o que isso significa? As moléculas que apresentam a região hidrofílica têm afinidade com a água, sendo solúveis em meio aquoso. Isso acontece porque elas são moléculas polares. Já a região hidrofóbica dessas moléculas tem aversão à água e é insolúvel em meio aquoso, mas solúvel em lipídios e considerada apolar. As moléculas que carregam essas características são consideradas anfipáticas, ou seja, possuem regiões hidrofílicas e hidrofóbicas.

Os lipídios mais abundantes da membrana são os fosfolipídios, pelo fato de conterem grupos fosfato. Os mais comumente encontrados nas membranas celulares são os fosfoglicerídeos, esfingolipídios, colesterol e glicolipídios. Graças às suas propriedades anfipáticas, os fosfolipídios, em meio aquoso, formam uma dupla camada ou bicamada, com porções hidrofóbicas voltadas para o interior da célula e extremidades hidrofílicas voltadas para o meio exterior aquoso. Essa característica é essencial para a manutenção da bicamada lipídica, uma estrutura básica universal da membrana plasmática, assim como de outras membranas biológicas que, associadas a proteínas, constituem um mosaico fluido, sobre o qual estudaremos mais adiante.

As proteínas podem ser consideradas o segundo maior componente das membranas plasmáticas, cuja atividade metabólica depende das proteínas. Cada tipo de membrana tem proteínas específicas, responsáveis pelas funções da membrana (Junqueira; Carneiro, 2023). Existem dois grandes grupos de proteínas: as integrais (ou intrínsecas) e as periféricas (ou extrínsecas), classificadas de acordo com a facilidade com que são extraídas da bicamada lipídica. Elas atravessam a bicamada lipídica e auxiliam em quase todas as funções da membrana. Também estão envolvidas no transporte através da membrana e na comunicação celular. As proteínas encontram-se agrupadas pela membrana conforme as suas especialidades, uma vez que são as principais responsáveis pela atividade da membrana plasmática.

As proteínas existentes na membrana podem ser: integrais, quando estão integradas à membrana e firmemente associadas aos lipídios; transmembranas, quando atravessam a membrana de um lado a outro; e periféricas, quando são extrínsecas e não estão associadas aos lipídios.

Por fim, os outros componentes da membrana celular são os carboidratos (oligossacarídeos). Encontrados na superfície externa das células, eles podem estar associados às proteínas (glicoproteínas) ou aos lipídios (glicolipídios). Quando associados às proteínas, os carboidratos formam marcadores celulares, os quais permitem que as células reconheçam umas às outras. A região composta por glicoproteínas e glicolipídios é denominada glicocálice, ou glicocálix, e exerce importantes funções para a célula, as quais abrangem proteção contra lesões de natureza química e mecânica, capacidade de adsorver água (evitando ligações indesejadas entre células), reconhecimento celular e adesão celular (importante para a criação de tecidos).

Conhecendo a composição básica das membranas plasmáticas, podemos concluir que elas estão envolvidas em processos vitais das células, como: proteção das estruturas celulares; permeabilidade seletiva (no controle de entrada e saída de substâncias da célula); delimitação do conteúdo intracelular e extracelular (mantém a integridade da célula); transporte de substâncias essenciais ao metabolismo celular (com o auxílio das proteínas); suporte físico para enzimas que ficam fixadas nela; reconhecimento de substâncias; e comunicação celular (por meio de receptores específicos na membrana).

Além de sua propriedade de permeabilidade seletiva, controlando o fluxo de substâncias na célula, a membrana plasmática possui outras duas características marcantes: fluidez e assimetria. Para representar a estrutura dinâmica e complexa da membrana plasmática, formada por uma bicamada lipídica, constituída de proteínas e carboidratos, foi proposto, em 1972, o modelo de mosaico fluido, idealizado por Singer e Nicholson. O modelo foi assim denominado porque a membrana plasmática se assemelha a um mosaico composto por uma combinação de proteínas e lipídios (fosfolipídios).

A bicamada da membrana é formada por fosfolipídios, moléculas anfipáticas que encontram-se em constante deslocamento, permitindo a fluidez da membrana. As moléculas de proteínas presentes na bicamada da membrana estão dispostas com a sua parte hidrofílica em contato com a região aquosa da célula. Algumas proteínas podem deslocar-se lateralmente, comprovando que a membrana é um fluido capaz de viabilizar a movimentação das proteínas dentro de uma matriz lipídica líquida (Junqueira; Carneiro, 2023).

É importante termos o conhecimento de que a membrana plasmática de algumas células apresenta especializações de funções. Nesses casos, as regiões da membrana sofrem determinadas modificações, especializando-a para uma atividade mais exclusiva, como absorção de substâncias, aderência, locomoção e comunicação intracelular. Alguns exemplos mais conhecidos dessas especializações são: Microvilosidades: prolongamentos digitiformes encontrados na superfície de células do intestino e rins, os quais aumentam a absorção de nutrientes. Desmossomos: estruturas formadas pela membrana com a função de manter as células unidas umas às outras, aumentando a adesão entre elas. São encontrados em vários pontos da superfície da membrana plasmática. Cílios e flagelos: estruturas citoplasmáticas anexas à membrana plasmática, geralmente com função de locomoção. Os flagelos, por exemplo, são encontrados em espermatozoides, enquanto os cílios estão presentes nas vias respiratórias, auxiliando na defesa (retenção de impurezas).

A membrana plasmática, como aprendemos, não apenas separa o meio intracelular do extracelular, mas também controla a entrada e a saída de substâncias da célula, formando uma barreira que facilita ou dificulta a passagem de moléculas. Por essa razão, é denominada membrana semipermeável ou com permeabilidade seletiva. O transporte de substâncias através da membrana pode ocorrer de diferentes maneiras, dependendo das características das substâncias e das estruturas presentes em cada uma das células.

Para compreender os diversos tipos de transportes da membrana plasmática, precisamos, antes de tudo, saber quais são as substâncias que passam pelas membranas, conhecidas como soluto (íons ou pequenas moléculas que são dissolvidas) e solvente (meio líquido no qual o soluto é dissolvido). E como ocorre o fluxo dessas substâncias na membrana? As moléculas seguem um gradiente de concentração. Isso significa que elas sempre seguem do local de maior concentração para o local de menor concentração, até que a distribuição das moléculas seja uniforme. Além disso, para manter o equilíbrio, o intercâmbio de substâncias passa a ser proporcional. Dessa maneira, podemos caracterizar o meio intra e extracelular como isotônico, quando a concentração de soluto é igual no meio interno e externo da célula; hipertônico, quando a concentração de soluto é maior em relação ao solvente no meio; e hipotônico, quando a concentração de soluto é menor em relação ao solvente no meio. Com base nessas informações, já conseguimos entender que o tipo de substância e sua respectiva concentração influenciam o tipo de transporte que será adotado, o qual pode acontecer de forma ativa (com gasto de energia) ou passiva (sem gasto de energia).

O transporte passivo é caracterizado pela passagem das substâncias através da membrana plasmática, seguindo o gradiente de concentração, da região mais concentrada para a menos concentrada. Pode ocorrer tanto no interior das células como entre as células e o meio externo. Existem três tipos de transporte passivo: difusão simples, difusão facilitada e osmose. Como podemos diferenciá-los?

Na difusão simples ou passiva, o soluto é transferido através da membrana plasmática do meio mais concentrado para o menos concentrado, podendo entrar ou sair da célula de acordo com a disposição dessas concentrações nos meios intra e extracelulares. Nesse caso, o soluto precisa ser pequeno e apolar. A força que impulsiona o soluto para dentro ou para fora da célula é a própria agitação térmica das moléculas, não havendo gasto de energia (Junqueira; Carneiro, 2023). A relação entre a concentração de O2 e CO2 nas células é resultante da difusão simples. A maioria dos fármacos, por exemplo, pelo fato de apresentarem moléculas pequenas, são capazes de atravessar a membrana placentária por difusão, permitindo à gestante transferi-los para o feto. No entanto, a insulina possui moléculas grandes incapazes de atravessar a membrana da placenta por meio da difusão.

Já na difusão facilitada, as moléculas que não conseguem atravessar facilmente a membrana precisam do auxílio de algumas proteínas com função transportadora, chamadas de proteínas permeases ou carreadoras. Essas proteínas transportam as substâncias (moléculas e íons) polares que não são capazes de atravessar a parte dos fosfolipídios (hidrofóbica) da membrana. Como exemplo, podemos citar a molécula de glicose, algumas vitaminas e aminoácidos. As proteínas que auxiliam nesse transporte são capazes de mudar a sua conformação, de forma que passam a reconhecer a substância que deve ser carregada, facilitando o transporte, sem gasto de energia, a favor do gradiente de concentração. Esse processo ocorre em uma velocidade maior do que o processo de difusão simples.

Por fim, na osmose, a passagem do solvente acontece de uma região com baixa concentração de soluto para uma região mais concentrada. A entrada ou saída do solvente na célula depende da quantidade de soluto presente, a qual é controlada pela pressão osmótica, que atua no equilíbrio dessas concentrações. Você provavelmente já ouviu alguém dizer que, se jogarmos sal no corpo de uma lesma, ela derrete, certo? Isso ocorre porque a concentração de sal é muito maior no meio externo do que no corpo da lesma e, por essa razão, a água, a partir do processo de osmose, sai do corpo da lesma, provocando a sua morte.

Quando estudamos as células do sangue (hemácias) e as inserimos em um meio hipotônico, a água passa, a partir da osmose, para o interior da célula, que é mais concentrado. Assim, a célula acaba inchando por ganhar água e pode até mesmo estourar. Essas mesmas células inseridas em um meio hipertônico perdem água para o meio e acabam murchando. Muitas vezes, elas podem morrer ou ter as suas funções comprometidas. O ideal é que as células estejam em um meio isotônico, com a mesma pressão osmótica nos meios intra e extracelular, permitindo a entrada e a saída de água da célula com facilidade.

No transporte passivo ocorre a ação dos gradientes de concentração, sem atuação celular ou gasto energético, o que constitui um transporte físico. Então, como funciona o transporte ativo? Ao contrário do transporte passivo, nesse caso as substâncias são transportadas para a célula contra o gradiente de concentração, do meio de menor concentração (meio hipotônico) para um meio de maior concentração (meio hipertônico), sendo necessário o gasto de energia.

Além dos processos de transporte descritos, muitas células são capazes de transferir macromoléculas (proteínas, polissacarídeos, etc.), além de partículas maiores visíveis ao microscópio óptico, como bactérias e outros microrganismos, por meio de alterações morfológicas da superfície celular. As alterações morfológicas envolvem a formação de vesículas e dobras que englobam o material a ser introduzido na célula. Tais processos são conhecidos como endocitose (transporte para o interior da célula) e exocitose (transporte para o meio extracelular).

A endocitose abrange o englobamento e transporte de partículas maiores, moléculas, solutos, pedaços de tecido, microrganismos, entre outros elementos. Esse processo é diferenciado pelo tipo de substância englobada, distinguindo-se em fagocitose (englobamento de partículas sólidas por pseudópodes) e pinocitose (englobamento de partículas líquidas por meio de invaginações). As partículas englobadas sofrem um processo de digestão intracelular por auxílio de enzimas presentes nos lisossomos. Já o processo de exocitose permite à célula a liberação ou excreção de produtos metabólicos provenientes de digestão celular, bem como de compostos sintetizados no interior da célula, em grandes quantidades. O complexo de Golgi está envolvido nesse processo de liberação de moléculas da célula para o meio extracelular.

Você já conhecia muitos detalhes a respeito das células, sua importância para os seres vivos e sua composição. Agora, o estudo de um de seus componentes, a membrana plasmática, permitiu que você tivesse mais clareza sobre o quão complexa é a organização das células.

Para compreender como os fármacos atravessam as membranas celulares, precisamos nos lembrar dos dois tipos de transportes que as membranas realizam: o transporte passivo (sem gasto de energia) e o transporte ativo (com gasto de energia). É importante frisar que o gasto ou não de energia está vinculado ao gradiente de concentração em relação aos meios intracelular e extracelular