Membrana celular

Membrana celular ( anatomia. Membrana celularis ), citomembrana , membrana plasmática , também chamada de plasmalema , é o nome dado à própria biomembrana de cada célula viva , que circunda o interior da célula e mantém seu meio interno.

Representação esquemática de uma membrana celular.

A membrana celular de células eucarióticas e bactérias consiste em uma bicamada de lipídios ( bicamada lipídica ) e várias proteínas de membrana que são incorporadas a ela perifericamente, integralmente ou transmembrana. Os pólos hidrofílicos e solúveis em água da bicamada lipídica formam a superfície interna e externa da membrana celular, enquanto os pólos hidrofóbicos e repelentes à água da bicamada lipídica são direcionados para o centro da membrana. Dependendo do tamanho, da solubilidade em gordura e da carga de certas substâncias, a membrana celular é permeável em graus diferentes ou pouco, portanto, é semipermeável. Com uma espessura de cerca de seis a dez nanômetros , ele só pode ser vagamente imaginado como uma linha sob um microscópio de luz . A membrana celular separa o espaço citoplasmático de uma célula do espaço extracelular e representa a interface através da qual ocorre uma troca de substâncias com o ambiente.

Além disso, a membrana da célula assume tarefas essenciais para os contactos célula-célula , ligações célula-matriz , a transmissão do sinal , a migração de células e alterações na forma da célula . Em procariotos , é também o local da fotossíntese ou do fornecimento quimiotrófico de energia e superfície de arranjo para fotossistemas , complexos da cadeia respiratória e outros sistemas enzimáticos . O lado externo e extracelular da membrana celular também é estruturalmente diferente em todas as células do lado interno e intracelular da membrana. Externamente, a membrana plasmática pode ser circundada por uma parede celular como uma cobertura protetora. Internamente, ele pode ser conectado a proteínas de um citoesqueleto ou, em alguns organismos unicelulares, endurecido para formar uma película .

Organização da membrana celular

composição

A membrana celular consiste inicialmente em um grande número de diferentes lipídios membranogênicos em duas camadas opostas, que juntas formam uma bicamada lipídica; apenas em algumas arquéias é formada como uma monocamada lipídica . Seus componentes principais são fosfolipídios , principalmente vários fosfoglicerídeos - estes incluem lecitinas como fosfatidilcolinas (PC) e cefalinas como fosfatidiletanolaminas (PE) ou como fosfatidilserinas (PS), bem como fosfatidilinositóis (PI). Além da esfingomielina , outros componentes essenciais da membrana também são outros esfingolipídeos e também esteróis , como o colesterol . Os componentes lipídicos não esteroidais diferem em seu grupo principal, por exemplo, no grau de saturação e no comprimento da cadeia de resíduos de ácidos graxos ligados . Além disso, eles podem ter sido modificados para formar glicolipídeos com resíduos de carboidratos .

Além de lipídios, a membrana celular também contém uma variedade de proteínas de membrana específicas . Deitados por fora ou por dentro, cada um deles desempenha tarefas diferentes. Como uma proteína transmembrana, algumas se estendem através da membrana, conectando ambos os lados, como moléculas de adesão celular , canais iônicos ou receptores para transdução de sinal através da membrana. A maneira como eles são equipados com proteínas de membrana caracteriza uma célula de acordo com certas funções. Mas a própria composição de seus lipídios distingue a membrana celular de outras membranas celulares que envolvem organelas celulares .

Como a camada mais externa da superfície celular humana, cadeias de açúcar em forma de antena de glicoproteínas e glicolipídeos da membrana celular - e possivelmente aqueles da matriz extracelular - formam uma camada rica em carboidratos, o chamado glicocálice . Como a primeira barreira, protege a célula de efeitos mecânicos e químicos, medeia as interações célula-célula e evita contatos indesejados de proteína-proteína com outras células.

polaridade

A composição lipídica é diferente em relação ao lado intracelular / citosólico e ao lado extracelular da citomembrana. Essa organização orientada é realizada por translocadores de fosfolipídios seletivos , chamados flippases ou floppases . No decurso da apoptose , esta orientação é invertida e serve como um sinal para as células circundantes.

Jangadas de lipídios

Os esfingolipídios e o colesterol podem formar domínios dentro da membrana celular, as chamadas balsas lipídicas . As jangadas lipídicas são enriquecidas seletivamente em certas proteínas de membrana de acordo com seus domínios transmembrana e desempenham um papel no agrupamento de proteínas de membrana, por exemplo, no curso de uma cascata de sinal . Atualmente (2015) não há consenso sobre o tamanho típico e a vida útil das jangadas de lipídios.

propriedades

Com a membrana celular, a célula delimita seu próprio espaço no qual outras condições ambientais são possíveis além da área circundante. De acordo com o modelo do mosaico fluido, diferentes proteínas da membrana , que são importantes para os contatos externos, repousam ou “nadam” na membrana . Como proteínas receptoras externas, elas absorvem estímulos ou recebem sinais; como proteínas que abrangem a membrana, permitem o transporte através da membrana ou ancoram a célula no ambiente ou a conectam a outras células.

Muitas das proteínas periféricas direcionadas para fora e alguns dos lipídios da membrana frequentemente carregam compostos de carboidratos ramificados de cadeia curta, às vezes semelhantes a árvores e, portanto, também são referidos como glicoproteínas ou glicolipídios . No geral, essas estruturas superficiais formam o glicocálice , que garante estabilidade além do citoesqueleto em células sem parede celular . Uma célula pode ser reconhecida por células imunes , por exemplo, por meio de estruturas características, também conhecidas como antígenos de superfície - ou, inversamente, elas podem se identificar dessa forma.

A membrana celular também pode ligar moléculas, complexos moleculares ou partículas maiores do ambiente de uma maneira especial. Além disso, podem ocorrer deformações da membrana celular, como entalhes. Se certas interações proteína-lipídio resultam na invaginação e constrição das seções da membrana celular, áreas do meio circundante são fechadas e absorvidas, o que é chamado de endocitose . Uma distinção é feita aqui de acordo com o conteúdo encerrado entre a fagocitose de substâncias sólidas ou outros organismos e a pinocitose de quantidades de líquido, ou de acordo com o volume entre os vacúolos alimentares e as vesículas menores .

Exocitose é o nome dado a processos na direção oposta, nos quais a membrana das vesículas se funde com a citomembrana, e o conteúdo da vesícula é expelido para o espaço extracelular circundante. Nas células eucarióticas, a formação de vesículas também é possível por meio da constrição das membranas internas, das cavidades do retículo endoplasmático e do aparelho de Golgi . Na exocitose constitutiva , essas vesículas não são usadas para secretar conteúdos específicos das vesículas, mas para expandir ou remodelar a membrana celular e incorporar proteínas de membrana.

Conforme as mudanças na forma da célula, regiões da membrana celular também podem ser salientes ou, além disso , viradas para a frente como um processo celular , suportado por uma estrutura de microtúbulos do citoesqueleto, por exemplo, como cílios . Ao contrário dessas, as microvilosidades são formações especiais de membranas celulares animais - na forma de protrusões semelhantes a pseudópodes - que, carregadas por filamentos de actina , aumentam a superfície da membrana e, juntas, formam a chamada borda em escova de uma célula. Em organismos unicelulares como as amebas , seus pseudópodes são processos celulares protuberantes com os quais se movem.

Todas as membranas celulares são semipermeáveis , são permeáveis ​​a algumas substâncias e menos ou nada a outras. Embora a camada lipídica não represente uma barreira para as moléculas lipofílicas , as pequenas hidrofílicas só podem passar por aberturas como poros ou canais - se eles se encaixarem e não forem repelidos como íons carregados - e para os maiores, como a glicose, um transporte suportado por portadores especiais são necessários para a passagem da membrana . Exceto nas vesículas exocitóticas, as proteínas no citoplasma não podem atravessar a membrana celular. É por isso que a distribuição de substâncias e cargas dentro da célula difere da distribuição externa. Isso cria gradientes eletroquímicos através da membrana , o que leva a uma diferença de potencial entre o interior e o exterior. Todas as células, portanto, têm um potencial de membrana , que pode ser ajustado a um determinado nível, principalmente por meio de canais iônicos e bombas iônicas .

Do ponto de vista eletrofisiológico , a membrana celular pode ser vista de forma simplificada como um capacitor de placa , cuja capacitância específica para membranas de diferentes tipos de células está na faixa de cerca de 1 µ F · cm −2 .

Canais, transportadores, bombas e receptores

A membrana celular tem um grupo de cabeça polar hidrofílico , que atrai água, nas superfícies externa e interna . O centro da membrana celular pode ser entendido como hidrofóbico . Essa camada lipídica de camada dupla é bem permeável a pequenas moléculas como a água e é muito permeável a gases dissolvidos ( O 2 , CO 2 , N 2 ). Como a membrana é amplamente impermeável à maioria das substâncias devido ao tamanho da molécula ou da carga (íons), um ambiente especial pode ser criado dentro da célula, que difere do ambiente externo aquoso do espaço extracelular . As substâncias dissolvidas na água podem passar pela membrana através de poros, canais ou transportadores especiais, cujo tipo e número são determinados pela célula.

canais

Os canais iônicos são proteínas que alcançam a membrana celular e formam um canal hidrofílico através do qual a maioria dos íons podem passar. O transporte é passivo, os íons fluem para dentro ou para fora da célula seguindo o gradiente eletroquímico . Esse processo acontece espontaneamente (com diminuição da entalpia livre , é exergônico ). A abertura e o fechamento de um canal geralmente podem ser controlados e é z. B. controlado por voltagem elétrica ou substâncias de sinal.

A maioria das células também possui canais específicos para a água, as chamadas aquaporinas .

Transportador

Os transportadores ou transportadores permitem a passagem de íons ou pequenas moléculas hidrofílicas, como glicose ou aminoácidos . Eles são trazidos através da membrana pelas respectivas proteínas de transporte passando por uma mudança conformacional , alternando entre conformações cujos sítios de ligação estão de um lado ou do outro da membrana. Somente se houver um gradiente de concentração para a respectiva substância é que o seu transporte ocorre de forma equilibrada ( Uniport ), por isso é aqui referido como difusão facilitada .

O cotransportador pode ser atribuído ao transportador ou visto como independente. Em princípio, é um carreador que transporta duas substâncias ao mesmo tempo através da membrana, seja na mesma direção ( simporte ) ou na direção oposta ( antiporta ). Uma substância segue passivamente um gradiente, cuja força motriz também pode ser usada para transportar a outra substância em direção a um gradiente. Neste caso, fala-se também em transporte ativo secundário . Exemplos disso são o simporte sódio-glicose no epitélio intestinal ou o antiporta sódio-hidrogênio no túbulo proximal .

bombear

As bombas transportam substâncias através da membrana celular contra um gradiente e, assim, criam diferenças na distribuição. Este transporte principalmente ativo custa a hidrólise do ATP . Portanto, essas bombas também são enzimas que dividem o ATP e usam a energia de Gibbs liberada para o transporte e, portanto, são também chamadas de ATPase de transporte . Exemplos disso são as bombas de íons , como a bomba de sódio-potássio ou a bomba de cálcio do retículo endoplasmático .

Membrana da célula Archaea

A membrana celular das arquéias freqüentemente contém isoprenóides (1) e éter (2 ) ligados ao glicerol - fosfato (3-4), em contraste com os ácidos graxos (5) em Esterbindung (6). Em contraste com a estrutura de duas camadas (9), no caso de extremamente termófilos, os tetraéteres podem conectar covalentemente o interior e o exterior da membrana (10).

Em archaea , a membrana celular geralmente mostra uma estrutura especial. Freqüentemente, os componentes lipídicos não são ácidos graxos, mas álcoois isoprenóides , que estão ligados ao glicerol não por meio de um éster, mas sim de uma formação de éter . Existem também isoprenóides, que se unem nas duas faces e (como bola-lipídeos ), puxam e apertam a membrana que liga as duas camadas da camada lipídica. A membrana celular desses organismos é organizada em uma única camada com esses di e tetraéteres e é muito mais estável em temperatura e ácido. Isso permite que as arquéias colonizem habitats com condições ambientais extremas, como fontes termais .

Links da web

Evidência individual

  1. ↑ a b c Stephan Dönitz: Doença do corpo humano para o serviço de resgate . Ed .: Frank Flake. 1ª edição. Elsevier, 2015, ISBN 978-3-437-46201-6 , pp. 37 .
  2. ↑ Frank Hoffmann: Caracterização de filmes quirais de Langmuir com a ajuda de métodos espectroscópicos de IV, termodinâmicos e de imagem, bem como abordagens biomiméticas para elucidar o modo de ação do peptídeo antibiótico surfactina. Diss. Univ. Hamburgo, 2002, página 6 ( d-nb.info PDF).
  3. ↑ a b Agamemnon Despopoulos: Pocket Atlas Physiology . 8., revisado. e exp. Edição. Thieme, Stuttgart 2012, ISBN 978-3-13-567708-8 .
  4. ↑ Gerold Adam, Peter Läuger, Günther Stark: Físico-química e biofísica . 5ª edição. Springer-Verlag, 2009, ISBN 978-3-642-00424-7 , p. 359 ( visualização limitada na pesquisa de livros do Google).
  5. ^ Günther Jung: Química orgânica. Noções básicas, classes de compostos, reações, conceitos, estrutura molecular, substâncias naturais . 6., revisado. Edição. Thieme, Stuttgart 2009, ISBN 978-3-13-541506-2 , p. 936 (com 133 mesas).
  6. ↑ Renate Lüllmann smoke em colaboração com Esther Asan: Pocket textbook histology . 5ª edição. Thieme, Stuttgart 2015, ISBN 978-3-13-129245-2 , p. 11 .
  7. ↑ a b c Renate Lüllmann-Rauch com a colaboração de Esther Asan: Pocket textbook histology . 5ª edição. Thieme, Stuttgart 2015, ISBN 978-3-13-129245-2 , p. 12 .
  8. ↑ Renate Lüllmann smoke em colaboração com Esther Asan: Pocket textbook histology . 5ª edição. Thieme, Stuttgart 2015, ISBN 978-3-13-129245-2 , p. 12 e 13 .
  9. ↑ Renate Lüllmann smoke em colaboração com Esther Asan: Pocket textbook histology . 5ª edição. Thime, Stuttgart 2015, ISBN 978-3-13-129245-2 , pp. 13 .
  10. ^ A. Pearson, Y. Pi, W. Zhao, W. Li, Y. Li, W. Inskeep, A. Perevalova, C. Romanek, S. Li, C. Zhang: Fatores que controlam a distribuição de Archaeal Tetraethers em Terrestrial Fontes termais . In: Microbiologia Aplicada e Ambiental . fita 74 , não. 11 de junho de 2008, ISSN  0099-2240 , p. 3523-3532 , doi : 10.1128 / AEM.02450-07 , PMID 18390673 ( asm.org [PDF]).
  11. ↑ E. Boyd, T. Hamilton, J. Wang, L. He, C. Zhang: The Role of Tetraether Lipid Composition in the Adaptation of Thermophilic Archaea to Acidity . In: Frontiers in Microbiology . fita 4 , não. 62 , abril de 2013, ISSN  1664-302X , doi : 10.3389 / fmicb.2013.00062 , PMID 23565112 , PMC 3615187 (texto completo livre).