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Modelo de mosaico fluido

Última atualização em 19 de agosto de 2022

Definição do modelo em mosaico fluido

O modelo de mosaico fluido é uma maneira de entender as membranas biológicas, consistente com a maioria das observações experimentais. Este modelo afirma que os componentes de uma membrana, como proteínas ou glicolipídios, formam um mosaico móvel no ambiente semelhante ao fluido criado por um mar de fosfolipídios. Existem restrições aos movimentos laterais e subdomínios dentro da membrana têm funções específicas.

Desenvolvimento do modelo de mosaico fluido

Esse modelo foi desenvolvido ao longo de muitos anos, através de um trabalho meticuloso de cientistas em todo o mundo. Começou com a hipótese de que a membrana era feita de uma bicamada lipídica, onde fosfolipídios da membrana se auto-montaram em uma camada dupla, com as caudas hidrofóbicas não polares voltadas para o outro. As regiões hidrofílicas de ‘cabeça’ enfrentam o citosol e a região extracelular. Isso foi verificado pela extração de membranas celulares e espalhando os lipídios em uma única camada. A área de superfície geral desta monocamada foi duas vezes a da membrana plasmática, apoiando a idéia de que os lipídios formaram uma bicamada.

No entanto, este foi apenas o começo, uma vez que ficou claro que as membranas celulares tinham que ser feitas de mais componentes, para explicar suas propriedades biofísicas variadas. Por exemplo, diferentemente dos lipídios puros, as membranas celulares não congelam com muita facilidade. A permeabilidade da membrana a moléculas polares volumosas também não pode ser explicada.

Mais de 25 anos após a proposta do modelo de bicamada lipídica, as membranas celulares foram visualizadas pela primeira vez na década de 1950. As observações iniciais pareciam sugerir que a membrana lipídica foi revestida em ambos os lados por folhas finas de proteínas. No entanto, em 1972, dois cientistas, cantor e Nicolson, refinaram isso para criar o modelo de mosaico fluido. Nisso, a bicamada fosfolipídica foi considerada pontuada por várias proteínas que formaram um padrão semelhante a mosaico na membrana lipídica. Essas proteínas podem atravessar toda a membrana ou interagir com uma das duas camadas lipídicas. Algumas proteínas podem até ser ligadas à membrana apenas através de uma cadeia lipídica curta.

A membrana é fluida, mas também possui uma estrutura subjacente, sendo ancorada ao citoesqueleto. A natureza fluida da matriz lipídica que formava a membrana foi ilustrada pela primeira vez por um experimento em que membranas com diferentes composições foram artificialmente fundidas. As proteínas de ambas as células se redistravam em toda a membrana fundida em menos de uma hora.

A imagem ilustra esse modelo e descreve a bicamada lipídica, com diferentes tipos de proteínas da membrana integral, bem como colesterol, glicoproteínas e glicolipídios. A imagem também mostra a ancoragem da membrana ao citoesqueleto.

Agora, com técnicas avançadas de imagem, algumas membranas foram estudadas em grande profundidade, com uma resolução de menos de um nanômetro. Essas imagens podem até revelar a localização relativa de diferentes cadeias polipeptídicas e lipídios dentro da membrana.

Funções e componentes de membranas biológicas

A principal função das membranas celulares é demarcar as regiões interna e externa da célula. Dentro da célula, as membranas das organelas desempenham a mesma função para estruturas subcelulares.

Essa função vem junto com uma advertência – a célula precisa se comunicar ativamente com o ambiente externo, trocar materiais, além de manter nutrientes importantes e manter as substâncias prejudiciais. Os componentes e a estrutura das membranas biológicas ajudam a cumprir esses papéis e manter sua permeabilidade seletiva.

As membranas biológicas, especialmente as membranas celulares, são feitas de fosfolipídios, colesterol e proteínas.

Fosfolipídios

A primeira é a bicamada fosfolipídica em si que cria uma camada hidrofóbica que separa ambientes aquosos de ambos os lados. Os fosfolipídios são moléculas anfipáticas que consistem em uma região de ‘cabeça’ hidrofílica polar e hidrofílica formada por um grupo fosfato e a ‘cauda’ hidrofóbica não polar que consiste em dois ácidos graxos de cadeia longa. Esses dois segmentos são conectados covalentemente a uma molécula de glicerol.

A imagem mostra uma representação esquemática da estrutura química de um fosfolipídeo, com R1 e R2 referindo -se às duas cadeias de ácidos graxos. Geralmente, um dos dois ácidos graxos será insaturado, com pelo menos uma ligação dupla entre dois átomos de carbono.

Como visto na imagem, um ácido graxo insaturado tem uma torção em sua estrutura. Essa é uma característica importante que afeta a fluidez, a resistência à tração e a permeabilidade da membrana.

Proteínas

Além disso, a membrana possui três tipos de proteínas. As proteínas da membrana integral abrangem toda a membrana, geralmente com hélices alfa formando a região transmembranar. Essas proteínas formam canais e poros que permitem o movimento de moléculas grandes ou polares através do segmento hidrofóbico da membrana.

Além disso, pode haver proteínas incorporadas em um único folheto da membrana. Essas proteínas são frequentemente usadas em cascatas de sinalização e podem atuar como moléculas portadoras, transduzindo um sinal de um segmento da membrana e transmitindo -o para outra região. Essas membranas são chamadas proteínas da membrana periférica. Finalmente, algumas proteínas são muito levemente ligadas à membrana, com apenas uma cauda lipídica curta inserida na região hidrofóbica.

As proteínas da membrana podem ser conectadas covalentemente a carboidratos e formar glicoproteínas. Eles podem interagir com moléculas de água e estabilizar a membrana, além de servir como ferramentas importantes para a comunicação intercelular. Eles formam receptores para hormônios e neurotransmissores.

O outro papel importante das glicoproteínas é criar uma espécie de “assinatura celular”. Quando as células imunes reconhecem essas glicoproteínas, elas são capazes de distinguir as células do corpo daquelas dos patógenos. Por exemplo, o agrupamento sanguíneo nos tipos A, B e O depende do tipo de glicoproteína presente na superfície dos glóbulos vermelhos.

Colesterol

A presença de colesterol na camada fosfolipídica permite que a membrana mantenha sua permeabilidade e integridade, mesmo em temperaturas variadas. Parece ser inserido no meio dos fosfolipídios, o colesterol impede a compactação das caudas hidrofóbicas a baixas temperaturas, bem como a expansão da membrana sob calor. Dessa forma, pequenas moléculas como dióxido de carbono e oxigênio sempre podem se mover livremente através da membrana, enquanto a célula mantém sua permeabilidade seletiva para moléculas maiores.

Outros modelos para estrutura de membrana

O modelo de mosaico fluido foi refinado no início dos anos 80, por dois cientistas chamados Mouritsen e Bloom para criar o ‘modelo de colchão’ para a estrutura da membrana. Eles demonstraram o fato de que, embora experimentos anteriores tenham sugerido que toda a membrana é fluida e permita difusão livre de proteínas, existem subdomínios em cada membrana.

Por exemplo, quando uma proteína transmembranar possui uma região hidrofóbica que é um pouco mais longa que a largura média de uma membrana celular, a bicamada lipídica se deforma para acomodar essa proteína. Se houver várias proteínas cujos alongamentos hidrofóbicos não correspondem exatamente à largura da membrana, a bicamada lipídica acabaria parecendo um colchão, com regiões mais espessas e mais finas.

As regiões mais grossas provavelmente criariam uma inclinação que permite que as proteínas deslizem “para baixo”, levando à agregação de proteínas em algumas regiões. Da mesma forma, essas deformações podem resultar no acúmulo de lipídios específicos em torno dessas proteínas. Essas observações vinculadas a dados experimentais anteriores, sugerindo a presença de jangadas lipídicas, e a associação preferencial de proteínas com lipídios apoiou o ‘modelo de colchão’.

Modelos modernos de estrutura da membrana também levam em consideração o efeito da composição lipídica. As membranas celulares são formadas por muitas centenas de fosfolipídios e cada uma delas é feita de diferentes cadeias laterais de ácidos graxos. Esses ácidos graxos podem ter comprimento diferente e contêm graus variados de saturação. Também existem considerações termodinâmicas no estudo das propriedades da membrana, pois, mesmo em temperaturas fisiológicas, a espessura das membranas celulares e a distribuição de diferentes lipídios podem mudar.

Finalmente, as membranas também possuem estruturas chamadas jangadas lipídicas que consistem em lipídios especiais e colesterol e proteínas ligadas à membrana através de glicolipídios. As jangadas lipídicas são subdomínios importantes, especialmente para transdução de sinal.

Termos de biologia relacionados

  • Moléculas anfipáticas-moléculas contendo regiões hidrofílicas polares e regiões hidrofóbicas não polares.
  • Antígeno – Qualquer molécula capaz de produzir uma resposta imune.
  • Transdução de sinal – transmissão de informações, na forma de sinais elétricos ou químicos, do exterior da célula para o interior.
  • Esfingolipídios – derivados de ácidos graxos de uma molécula chamada esfingosina. Frequentemente visto em jangadas lipídicas da membrana.
  • Termodinâmica – O ramo da ciência que lida com a relação entre calor e quantidades fundamentais, como energia, trabalho, entropia e temperatura.

Questionário

1. Qual dessas declarações sobre a estrutura das membranas é verdadeira? A. Feito principalmente de moléculas de colesterol B. As glicoproteínas na superfície celular são necessárias para o reconhecimento imune C. Jangadas lipídicas foram previstas pelos primeiros modelos de estrutura da membrana celular D. Todas as opções acima

Resposta à pergunta nº 1

B está correto. Por exemplo, o agrupamento sanguíneo ABO depende das glicoproteínas presentes na membrana celular. Aqueles com grupo sanguíneo A e B têm o antígeno A e B, respectivamente, e aqueles sem nenhuma dessas glicoproteínas têm o grupo sanguíneo O. O outro antígeno relevante para o agrupamento sanguíneo é a região altamente imunogênica do antígeno D, chamado fator rhesus. Aqueles com o antígeno do fator rhesus são considerados “positivos”. A combinação dessas duas famílias de antígenos leva a grupos sanguíneos como AB positivo, O negativo, B negativo, positivo e assim por diante. Quando as células imunológicas estão amadurecendo, elas são expostas a várias células do corpo e suas composições de glicoproteínas, o que resulta em sua capacidade de distinguir antígenos ‘eu’ de antígenos ‘não-eu’. Quando essa maturação não ocorre corretamente, os distúrbios autoimunes podem surgir. Essas respostas são amortizadas artificialmente durante alguns procedimentos cirúrgicos (transplantes de órgãos) e algumas gestações.

2. Quais destas são características do modelo de mosaico fluido de membranas celulares? A. bicamada lipídica formada por moléculas de fosfolipídios anfipáticos B. Um mosaico formado por proteínas, colesterol e outros componentes da membrana C. A capacidade de difusão lateral de componentes da membrana D. Todos os acima dos itens acima

Resposta à pergunta nº 2

D está correto. O modelo de mosaico fluido é construído com base na hipótese anterior sobre a estrutura da membrana, que postulou que as membranas biológicas eram feitas de uma bicamada lipídica. Enquanto inicialmente, as proteínas foram consideradas para formar folhas finas em ambos os lados da bicamada da membrana, o modelo de mosaico fluido considerou a presença de proteínas globulares como parte integrante da estrutura da membrana. Esse modelo também implicava que havia difusão completa e livre de todos os componentes de ‘mosaico’ ao longo da bicamada fosfolipídica.

3. Quais dessas idéias representam um refinamento do modelo de mosaico fluido? A. espessura diferente da membrana celular em diferentes regiões, dependendo da composição da proteína da membrana integral B. Presença de jangadas lipídicas para transdução de sinal C. derretimento de lipídios em temperaturas fisiológicas e alterações na composição lipídica em diferentes subdomínios da membrana D. Todos o de cima

Resposta à pergunta nº 3

D está correto. Quando uma proteína integral de membrana possui uma região transmembranar hidrofóbica mais longa ou curta, a membrana celular parece se deformar para manter todo o alongamento dentro de sua região lipídica hidrofóbica. Jangadas lipídicas, consistindo em gorduras especiais, colesterol e esfingolipídios podem concentrar ou excluir preferencialmente algumas proteínas em subdomínios na membrana, permitindo a rápida transdução de sinal.

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