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Artigo sobre modelo de mosaico fluido: membranas celulares

Pode até parecer que o corpo humano seja feito de uma mistura caótica de partes aleatórias, mas não é isso o que acontece. Os nutrientes líquidos, a maquinaria celular e as informações dos esquemas que formam o corpo humano estão escondidos dentro de células individuais, rodeados por uma dupla camada de lipídios.
O objetivo da membrana celular é manter os diferentes componentes da célula juntos e protegê-los do meio extracelular. A membrana celular também regula o que entra e o que sai da célula para que ela não perca muitos nutrientes, nem absorva muitos íons. Ela também faz um bom trabalho mantendo coisas nocivas fora da célula.

Do que ela é formada?

A membrana celular é composta principalmente por três coisas: 1. Fosfolipídios 2. Colesterol 3. Proteínas

1) Fosfolipídios

Há duas partes importantes em um fosfolipídio: a cabeça e as duas caudas. A cabeça é uma molécula de fosfato que é atraída por água (hidrofílica). As duas caudas são constituídas por ácidos graxos (cadeias de átomos de carbono) que não são compatíveis com água, ou a repelem (hidrofóbicas). A membrana celular é exposta à água misturada com eletrólitos e outros materiais no exterior e no interior da célula. Quando as membranas celulares se formam, os fosfolipídios se agrupam em duas camadas por causa de suas propriedades hidrofílicas e hidrofóbicas. As cabeças de fosfato em cada camada ficam voltadas para o meio aquoso em ambos os lados; e as caudas, por serem hidrofóbicas, escondem-se da água entre as camadas de cabeças. Os biólogos chamam essa característica de organização simples de "automontagem”.

2) Colesterol

O colesterol é um tipo de esteroide que ajuda a regular a entrada e a saída de moléculas da célula. Falaremos mais profundamente sobre isso depois, mas, por ora, lembre-se de que o colesterol faz parte da membrana celular.

3) Proteínas

A célula é composta por dois tipos diferentes, ou “classes”, de proteínas. As proteínas integrais estão abrigadas na bicamada fosfolipídica e se projetam em ambas as extremidades. As proteínas integrais são úteis no transporte de moléculas maiores, como a glicose, através da membrana celular. Elas têm regiões, chamadas de regiões “polares” e “apolares”, que correspondem à polaridade da bicamada fosfolipídica.
Polar e apolar se referem à concentração de elétrons em uma molécula. Polar significa que os elétrons não estão uniformemente distribuídos, o que torna um lado da molécula mais positiva ou negativamente carregado do que o outro lado. Apolar significa que os elétrons estão uniformemente distribuídos, de modo que a molécula é carregada uniformemente na superfície.
A outra classe de proteínas é chamada de proteínas periféricas, que não se estendem através da membrana. Elas podem, ou não, estar fixadas nas extremidades de proteínas integrais, e ajudam no transporte ou na comunicação.

O que torna a membrana celular fluida?

O modelo de mosaico fluido da membrana celular é como os cientistas descrevem a aparência e as funções da membrana celular, uma vez que ela é composta por um monte de moléculas diferentes distribuídas pela membrana. Se você ampliasse a membrana celular, veria um padrão de diferentes tipos de moléculas reunidas, também conhecido como mosaico. Essas moléculas estão em constante movimento em duas dimensões, de forma fluida, semelhante a icebergs que flutuam no oceano. O movimento do mosaico de moléculas impossibilita a formação de uma barreira completamente impenetrável.
Os três principais fatores que influenciam a fluidez da membrana celular são:
  1. Temperatura: a temperatura afetará o modo como os fosfolipídios se movem e a proximidade entre eles. Quando está frio, eles se encontram mais próximos uns dos outros; e, quando está quente, eles se distanciam.
  1. Colesterol: as moléculas de colesterol estão distribuídas aleatoriamente pela bicamada fosfolipídica, o que ajuda a bicamada a se manter fluida em diferentes condições do ambiente. O colesterol mantém os fosfolipídios unidos para que eles não se separem muito (o que permitiria que substâncias indesejadas entrassem) ou se compactem com muita força (o que restringiria o movimento através da membrana). Se não houvesse colesterol, os fosfolipídios em suas células começariam a ficar mais próximos quando expostos ao frio, fazendo com que moléculas pequenas, como gases, tivessem mais dificuldade para se comprimir e passar entre os fosfolipídios como normalmente o fazem. Sem colesterol, os fosfolipídios começariam a se separar uns dos outros, o que deixaria grandes lacunas entre eles.
  2. Ácidos graxos saturados e insaturados: os ácidos graxos formam as caudas dos fosfolipídios. Os ácidos graxos saturados são cadeias de átomos de carbono com apenas ligações simples entre os carbonos. Consequentemente, as cadeias são retas e fáceis de se empacotar com firmeza. As gorduras insaturadas são cadeias de átomos de carbono que têm ligações duplas entre alguns dos carbonos. As ligações duplas criam dobras nas cadeias, o que faz com que elas tenham mais dificuldade para se empacotar com firmeza.
Essas dobras têm um papel na fluidez da membrana: elas aumentam o espaço entre os fosfolipídios, o que dificulta o congelamento das moléculas em temperaturas mais baixas. Além disso, o aumento do espaço permite que certas moléculas pequenas, como o CO2 e o O2, atravessem a membrana de forma rápida e fácil.

O que pode passar pela membrana celular?

Os fosfolipídios são atraídos uns pelos outros, mas eles também estão em constante movimento e ricocheteiam afastando-se um pouco uns dos outros. Os espaços criados pela fluidez da membrana são incrivelmente pequenos, por isso ela continua sendo uma barreira eficaz. Por esta razão, e pela capacidade das proteínas de ajudar no transporte através da membrana, as membranas celulares são chamadas de semipermeáveis.
No ambiente celular, podem ser encontradas cinco grandes categorias de moléculas. Algumas dessas moléculas conseguem atravessar a membrana, já outras precisam da ajuda de outras moléculas ou processos para isso. Uma forma de fazer a distinção entre essas categorias de moléculas é baseando-se na forma como elas reagem à água. Moléculas hidrofílicas (que gostam de água) conseguem formar ligações com a água e com outras moléculas hidrofílicas. Elas são chamadas de moléculas polares. O oposto pode ser dito para moléculas hidrofóbicas (que têm medo de água), que são chamadas de moléculas apolares. Os cinco tipos são:
  1. Moléculas pequenas apolares (ex: oxigênio e dióxido de carbono): podem passar pela bicamada lipídica. Fazem isso comprimindo-se através das bicamadas fosfolipídicas. Elas não necessitam de proteínas para o transporte e podem atravessar a membrana difundindo-se rapidamente.
  2. Moléculas pequenas polares (ex: água): estas têm um pouco mais de dificuldade para atravessar a membrana que o tipo de molécula acima. Lembre-se de que o interior da bicamada fosfolipídica é composto por caudas hidrofóbicas. Não será fácil para as moléculas de água passarem, mas ainda assim elas conseguirão atravessar sem a ajuda de proteínas. Este é um processo um pouco mais lento.
  3. Moléculas grandes apolares (ex: anéis de carbono): estes anéis podem atravessar a membrana, mas também será um processo lento.
  4. Moléculas grandes polares (ex: açúcar simples - glicose) e íons: a carga de um íon e o tamanho e a carga de grandes moléculas polares dificultam muito sua passagem pela região apolar da membrana fosfolipídica sem ajuda.

Considere o seguinte:

O que acontece quando há um problema na capacidade da membrana celular de absorver/exportar moléculas importantes ou se comunicar? Há muitas doenças associadas a problemas na capacidade da bicamada fosfolipídica de desempenhar essas funções. Uma delas é o mal de Alzheimer, caracterizado pelo encolhimento do cérebro e perda de memória. Uma ideia que explica por que o mal de Alzheimer acontece é a formação de placas que aderem à bicamada fosfolipídica dos neurônios cerebrais. Essas placas bloqueiam a comunicação entre os neurônios do cérebro, levando eventualmente à morte dos neurônios, o que, por sua vez, causará os sintomas do mal de Alzheimer, como deficiência na memória de curto prazo.

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