Publicado por: Djalma Santos | 5 de setembro de 2015

PROTEÍNAS DA MEMBRANA

A membrana plasmática, também conhecida como membrana citoplasmática ou plasmalema, ocorre em todas as células. Trata-se de um envoltório que define os limites entre a célula e o ambiente extracelular, formando uma “barreira” de permeabilidade seletiva que regula a composição molecular e iônica do meio intracelular. A plasmalema é muito delgada, tendo cerca de 7,5 a 10 nm (nanômetros) de espessura, só podendo ser “vista” ao microscópio eletrônico. A imagem de micrografia eletrônica mostra, para a membrana plasmática, uma estrutura trilaminar, conhecida como unidade de membrana ou membrana unitária, que, conquanto sejam morfologicamente parecidas, varia muito na composição química e em suas propriedades biológicas. Ela é contínua com outras biomembranas, tais como a do retículo endoplasmático e a membrana nuclear (carioteca). Nas células dos vegetais, das algas, dos fungos e das bactérias, há um envoltório extra (externo), denominado, genericamente, parede celular

Além das funções de proteção e de “barreira” seletiva (permeabilidade seletiva), o que mantém a constância do meio intracelular, que é diferente do meio extracelular, a membrana plasmática exerce um papel fundamental no contato e no reconhecimento celular e molecular. Graças a seus receptores específicos, ela possui a capacidade de reconhecer outras células e diversos tipos de moléculas provenientes do exterior, como hormônios, neurotransmissores, fatores de crescimento e outros indutores químicos. Esse reconhecimento, que é feito pela ligação de uma molécula específica com o receptor da membrana, desencadeia uma resposta que varia de acordo com a célula e com o estímulo recebido. Essa resposta pode ser inibição ou estimulação da secreção; contração ou movimentação celular; síntese de anticorpos; divisão celular; etc. Através de suas membranas, algumas células se prendem umas às outras, formando, muitas vezes, camadas que delimitam diferentes compartimentos. É o caso, por exemplo, da camada epitelial que, recobrindo internamente o tubo digestivo, constitui uma “barreira” seletiva situada entre o meio externo (conteúdo do tubo digestivo) e o meio interno. Deve ser mencionado, ainda, que, em alguns tecidos, as membranas de células contíguas estabelecem canais de comunicação entre si, por onde ocorrem trocas de moléculas e de íons, importantes na coordenação das diversas atividades desses agrupamentos celulares.

Estudos bioquímicos mostraram que os componentes mais abundantes da membrana plasmática são fosfolipídeos e proteínas (figura abaixo), razão pela qual se costuma dizer que ela apresenta constituição lipoproteica. Alguns desses componentes estão ligados covalentemente a açúcares.

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Os fosfolipídios, presentes na plasmalema, são moléculas anfipáticas (figura a seguir), ou seja, são dotadas de uma extremidade polar (“cabeça” polar) ou hidrófila (“atraída” pela água) e outra apolar (duas “caudas” apolares) ou hidrófoba (“repelida” pela água). Esta dualidade explica muitas das propriedades da membrana plasmática e tem grande importância na estruturação dessa membrana, como vermos mais adiante.

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Em face de haver água dentro e fora da célula, as extremidades hidrófilas da camada interna ficam voltadas para o citoplasma, e as da camada externa apontam para o espaço entre as células. As extremidades hidrofóbicas dos fosfolipídios, por seu turno, encontram-se voltadas para o interior da membrana (figura abaixo). Entre os fosfolipídios mais abundantes da membrana, citamos: fosfatidilcolina, esfingomielina, fosfatidiletanolamina e fosfatidilserina. Algumas proteínas que participam da composição química da membrana são também anfipáticas, com as extremidades hidrófilas (polares) situadas na superfície e as hidrófobas (apolares) se inserindo na porção hidrofóbica da camada fosfolipídica. A membrana plasmática das células animais apresenta, também, colesterol na sua composição química, o mesmo não ocorrendo com as células vegetais. Nestas, o colesterol é substituído por outros esteróis, denominados, coletivamente, de fitoesteróis. Vale ressaltar que as membranas celulares dos procariontes, com raras exceções, são desprovidas de esteróis e que o colesterol reduz a fluidez das membranas.

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A porcentagem de proteínas nas membranas varia, em geral, entre 25% e 75%. As membranas mielínicas dos axônios, por exemplo, que funcionam, principalmente, como isolante elétrico, apresentam cerca 25% de massa proteica. Membranas internas das mitocôndrias e dos cloroplastos, envolvidas com processos energéticos possuem, por outro lado, cerca de 75% de proteínas. Embora a estrutura básica de uma biomembrana seja dada pela bicamada lipídica, a maioria de suas funções é realizada por proteínas. Não é surpresa, portanto, que a razão entre proteínas e lipídios nas diferentes biomembranas, varie de acordo com sua atividade funcional. Além de participar da estrutura mecânica da membrana, as proteínas desenvolvem funções importantes, entre as quais: (a) exercer atividade reguladora; (b) atuar no reconhecimento de substâncias, função importante, não apenas para selecionar o que entra e o que sai da célula, mas também para o reconhecimento e a comunicação entre as células; (c) favorecer a adesão entre células adjacentes; (d) funcionar como pontos de apoio para o citoesqueleto e (e) atuar como transportadora entre o meio externo e o meio interno, carregando substâncias para dentro e para fora da célula. No último caso, fala-se, basicamente, em proteínas de canal e proteínas carreadoras ou carregadoras (permeases). As permeases estão envolvidas na difusão facilitada e no transporte ativo, como veremos mais adiante.

As proteínas de canal (figura a seguir) respondem pela formação de canais hidrofílicos através dos quais certos íons (Na+, K+, Cl, Ca++) e moléculas podem atravessar livremente a membrana plasmática. Lembramos que os canais iônicos desempenham várias funções, das quais destacamos a transmissão do potencial nervoso. Em face de nesses canais não ocorrer ligação entre os solutos e as proteínas que o compõem, o transporte através deles é relativamente rápido, sendo diretamente proporcional à concentração do soluto. Esses canais são dotados de uma elevada seletividade, decorrente de características próprias, tais como seu diâmetro e a disposição de cargas elétricas ao longo deles. Para se ter uma ideia da importância das proteínas canais, a falta de canais de cloro, por exemplo, causa uma doença autossômica recessiva denominada fibrose cística. Essa doença se caracteriza pelo acúmulo crônico de um muco anormal no interior dos dutos do pâncreas (afetando a produção de enzimas digestivas) e das vias respiratórias, resultando em alterações pulmonares e infecções persistentes, bem como uma perda excessiva de sal pelo suor.

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As aquaporinas ou canais de água (figura abaixo), que formam canais de passagem para as moléculas de água através das biomembranas, pertencem ao grupo das proteínas de canal. Esses canais são importantes nos fenômenos de salivação, transpiração e no funcionamento renal.

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As proteínas carreadoras ligam-se, especificamente, a pequenas moléculas (glicose, aminoácidos, nucleotídeos, etc.), sofrem alterações conformacionais (figura a seguir) e liberam as moléculas no outro lado da membrana. Elas funcionam, dessa forma, como enzimas, facilitando o transporte de moléculas específicas através da membrana. Ressaltamos que a translocação de moléculas mediada por carreadores tende a ser mais rápida do que nos canais proteicos. O transporte mediado por carreadores, entretanto, apresenta uma velocidade máxima, que é atingida quando todos os carreadores presentes na membrana estão “trabalhando” em atividade máxima.

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A figura abaixo evidencia diferenças entre os transportes que não dependem de proteínas carreadoras (difusão simples e transporte mediado por canais proteicos) e os dependentes de carreadores (difusão facilitada e transporte ativo). Para os não mediados por carreadores, constata-se que, à medida que a concentração das moléculas transportadas aumenta, a velocidade de transporte aumenta proporcionalmente. Nas formas de transporte mediado por proteínas carreadoras, localizadas na membrana plasmática, por outro lado, percebe-se que, com o aumento da concentração de moléculas transportadas, a velocidade de transporte aumenta apenas até certo ponto de saturação (velocidade máxima). Nestes casos, a velocidade do transporte não é proporcional à concentração do soluto, exceto em concentrações muito baixa. Aumentando-se, gradativamente, a concentração da substância a ser transportada, atinge-se o referido ponto de saturação, além do qual a velocidade de penetração não mais aumenta. Dessa forma, quando todas as moléculas transportadoras estão mobilizadas, a velocidade de penetração não pode aumentar. Nesse ponto, portanto, todos os carreadores presentes na membrana estão participando do transporte de substância.

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Todas as proteínas de canal e algumas proteínas transportadoras são uniporte, ou seja, transportam um único soluto de um lado para outro da membrana (figura a seguir). Outras proteínas transportadoras, dotadas de cinética mais complexa, funcionam em sistemas de co-transporte, no qual a transferência de um soluto depende da transferência simultânea ou sequencial de um segundo soluto. Esse pode ser transportado na mesma direção que o primeiro (simporte) ou na direção oposta (antiporte ou trocador).

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Além das proteínas de canal e carreadoras, citadas acima, outras, como as receptoras e as de reconhecimento (figura abaixo), também associadas à membrana plasmática, merecem ser destacadas. As receptoras apresentam “formas” que permitem sua ligação com moléculas importantes para o metabolismo celular. Dessa forma, elas recebem sinais de substâncias que conduzem mensagem para a célula.  As segundas atuam no reconhecimento entre as células, sendo verdadeiros “selos marcadores”. No caso da rejeição de órgãos, por exemplo, proteínas presentes na membrana das células do doador são reconhecidas como estranhas pelo receptor.

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As proteínas membranosas podem ser classificadas, também, em integrais ou intrínsecas e periféricas ou extrínsecas (figura a seguir), tendo como base o grau de associação com os demais componentes da membrana e os métodos utilizados para solubilizá-las. As periféricas são mais facilmente extraídas das membranas do que as integrais.

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As proteínas periféricas podem ser removidas com soluções salinas de molaridade relativamente baixa (0,1-0,5 M), são solúveis em soluções aquosas e, ao contrário das integrais, não interagem diretamente com o interior hidrofóbico das biomembranas, não estando, portanto, mergulhadas nas camadas lipídicas (esquema abaixo). Elas se unem à membrana, em locais específicos, por meio de ligações eletrostáticas ou pontes de hidrogênio com outras proteínas periféricas, com proteínas intrínsecas ou com a porção polar (hidrofílica) dos fosfolipídios. As periféricas localizadas na face citosólica incluem proteínas do citoesqueleto e a enzima proteinoquinase, que atua na transdução de sinais intercelulares. Outras proteínas periféricas, incluindo certas proteínas da matriz extracelular, estão localizadas na superfície externa (exoplasmática) da membrana citoplasmática.

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As proteínas integrais (esquema a seguir) encontram-se embutidas nas membranas, interagindo fortemente com as porções hidrofóbicas dos lipídios. Elas requerem tratamentos drásticos para serem isoladas, exigindo a presença de detergente, como dodecilsulfato de sódio (SDS), ou solventes especiais, para que se desliguem das membranas. Habitualmente, são insolúveis em soluções aquosas e representam 70 a 80% do total proteico da membrana, nos quais se incluem, entre outras, a maioria das enzimas das membranas, antígenos, proteínas transportadoras e receptoras para hormônios e drogas. O estudo dessas proteínas, de diferentes membranas, tem mostrado uma elevada variação no que concerne ao peso molecular. Elas podem estar ligadas a hidratos de carbono, formando glicoproteínas, que aparecem na superfície externa da plasmalema como componentes do glicocálice (glicocálix).

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Algumas proteínas integrais se estendem da zona hidrofóbica da dupla camada lipídica até uma das faces da membrana, de onde emergem. Outras, denominadas proteínas transmembrana (figura abaixo), atravessam completamente a bicamada lipídica e participam do transporte de íons (proteínas de canal); da comunicação de sinais entre os espaços extra e intracelulares (proteínas receptoras); das interações intercelulares e de atividades enzimáticas. Assim sendo, as proteínas integrais podem, ou não, atravessar totalmente a membrana, como mostra o esquema anterior.

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O glicocálice (figura a seguir) é uma camada de hidratos de carbono ligados, principalmente, a proteínas, sintetizadas no retículo endoplasmático rugoso, constituindo glicoproteínas, ou a lipídios, formando glicolipídios, constantemente renovada, presente na superfície externa da membrana plasmática. Essa distribuição das moléculas de glicoproteínas e glicolipídios na superfície externa das células, e nunca na face citoplasmática, bem como a concentração das proteínas periféricas na face citoplasmática, onde algumas se encontram ligadas a filamentos do citoesqueleto, faz com que a plasmalema seja assimétrica. O glicocálice representa, desse modo, uma projeção da parte mais externa da membrana plasmática, com algumas moléculas adsorvidas. Embora pertençam à mesma classe de compostos químicos, os componentes do glicocálix não são iguais em todas as células, tornando-o responsável pelo que se poderia chamar de “identidade celular”. Entre as funções do glicocálix, destacamos: (a) proteção contra agressões físicas e químicas do ambiente; (b) malha de retenção de nutrientes e enzimas, mantendo um microambiente adequado ao redor de cada célula e (c) reconhecimento molecular, promovendo, em última análise, a adesão ou a rejeição entre as células.

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Algumas proteínas transmembrana atravessam a membrana uma única vez, são as proteínas transmembrana de passagem única ou unipasso (figura abaixo). Outras se apresentam longa e dobrada, atravessando a membrana várias vezes, sendo nesse caso denominadas proteínas transmembrana de passagem múltipla ou multipasso. A porção da proteína que atravessa a membrana é, via de regra, a região hidrofóbica, enquanto as regiões hidrofílicas ficam expostas para o meio aquoso em ambos os lados da membrana. As partes externas dessas proteínas atuam como antena para sinais moleculares que se aproximam, e as internas desencadeiam respostas da célula a esses sinais. A face da membrana voltada para o meio extracelular é ricamente glicosada, formando o glicocálix, já referido.

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