Evolução dos Modelos da Membrana Plasmatica

Evolução dos Modelos da Membrana Plasmatica

Camila Ribeiro de Matozinhos

Cláudio Sérgio Estevam

Fabiana Quaresma da Costa Fernanda Costa dos Santos Olá!

Você sabia que a membrana plasmática ou celular faz parte de todos os seres vivos formados por células?

A membrana é uma fina camada formada por moléculas de lipídeos e proteínas.

Além disso, ela desempenha funções como revestimento e proteção, no entanto sua principal função é manter de forma seletiva, moléculas diversas como proteínas e pequenos solutos, no interior da célula regulando sua permeabilidade.

Através deste estudo iremos conhecer sobre a evolução dos modelos da membrana celular conhecendo um pouco sobre os relatos dos cientistas.

No final do século XIX diversos pesquisadores investigaram a respeito da membrana plasmática e começaram a propor modelos representando a estrutura e a composição química. Então em 1895, Charles Ernest Overton iniciou seu estudo com células vegetais, e ao observar que as células absorviam substâncias lipossolúveis com facilidade ele propôs que a membrana plasmática era constituída de lipídios (Fig. 1).

Figura 1 - Representação da estrutura dos lipídeos. Fonte: http://www1.umn.edu/ships/9-2/membrane.htm

Tina de Langmuir (Início século X)

No início do século X, em 1905, Irving Langmuir conseguiu isolar os lipídios da membrana e propôs que esses se encontravam em uma única camada com a extremidade hidrofílica virada para a água e a hidrofóbica, dos lipídios, encontrava-se afastada da água, voltada para o ar (Fig. 2). Os lipídeos estariam dispostos em uma espécie de tina, uma monocamada lipídica denominada como: Tina de Langmuir.

Após a hipótese de diversos pesquisadores surge o primeiro modelo estrutural composto por bicamada fosfolipídica, descoberto em 1925, por Evert Gorter e F. Grendel (Fig. 3). Os dois cientistas sugeriram que a membrana plasmática seria constituída por duas camadas de fosfolipídios cujas caudas apolares hidrofóbicas estariam direcionadas para o interior da membrana e as caudas polares, hidrofílicas estariam apontadas para o exterior, estabelecendo contato com o meio intra e extra celular.

Figura 2 Adaptada - Representação do modelo de Langmuir Fonte: http://www.netxplica.com/figuras_netxplica/exanac/membrana.plasmatica.modelos.1.png

Figura 3 Adaptada - Representação do modelo de Gorter e Grendel Fonte: http://www.netxplica.com/figuras_netxplica/exanac/membrana.plasmatica.modelos.1.png

Em 1935, o modelo anterior foi retificado por Hugh Davson e James

Frederic Danielli que baseados em estudos de permeabilidade e de tensão superficial da membrana propuseram uma estrutura um pouco mais complexa. A bicamada fosfolipídica seria coberta, externa e internamente, por uma camada proteica unida às extremidades polares hidrófilas dos fosfolipídios (Fig. 4).

À medida que avançaram os estudos sobre a estrutura da membrana, alguns dados não corroboraram o modelo de Davson e Danielli. Pesquisas posteriores evidenciaram que as proteínas não existiam em quantidade suficiente para cobrir toda a superfície da camada fosfolipídica, abrindo precedente para novas hipóteses. Para além disso observaram que as proteínas alteravam a sua posição, evidenciando um comportamento dinâmico da organização da membrana.

Figura 4 - Modelo de Davson e Danielli demonstrando a bicamada fosfolipídica revestida de proteínas Fonte: http://www.netxplica.com/figuras_netxplica/exanac/membrana.plasmatica.modelos.1.png

Mais tarde, em 1956, Stein, W. D. e James Frederic Danielli propuseram a existência de poros proteicos que formariam passagens hidrofílicas através das quais as substâncias polares poderiam permear a membrana (Fig. 5). As substâncias não polares, por sua vez, atravessariam a membrana diretamente através da bicamada fosfolipídica. O principal problema desse modelo é o envolvimento de toda a membrana celular por proteínas, não há contato para porção polar da bicamada lipídica com o solvente do meio extracelular, ou com o citoplasma, a bicamada lipídica fica blindada pela proteína.

Experimentos detalhados mostraram deficiências nos diversos modelos de membrana celular. Seymour Jonathan Singer e Garth L. Nicholson (1972) propuseram um modelo de membrana formado de uma bicamada fosfolipídica, onde se encontram inseridas proteínas (Fig. 6). Há dois tipos de proteínas inseridas na membrana, uma que atravessa toda a membrana, chamada proteína intrínseca, ou transmembranar e o outro tipo de proteína localiza-se sobre a membrana, sendo encontrada tanto no exterior como voltada para o citoplasma, estas são chamadas de proteínas periféricas.

Figura 5 - Modelo de Stein e Danielli demonstrando a bicamada fosfolipídica revestida de proteínas Fonte: http://3.bp.blogspot.com/-QzWZKiVzStU/UQWgnLveaXI/AAAAAAAAS0I/4uD3r08kcCM/s1600/modelo+Davidson+Danielli+original.png

Para o modelo de Singer e Nicholson, a membrana é uma estrutura dinâmica, fluida e como um mosaico fluido, prevê uma distribuição aleatória da proteína na bicamada lipídica além de contatos moleculares quase permanentes, difusão limitada, reorganização dinâmica e importantes elementos estruturais que conferem o dinamismo da membrana. Em sua face externa encontram-se as glicoproteínas e glicolipídeos que exercem um importante papel no reconhecimento de substâncias. Os lipídeos da membrana são principalmente fosfolipídeos, colesterol e glicolipídeos. Tanto os fosfolipídeos como os glicolipídeos possuem uma extremidade polar, hidrofílica e uma extremidade apolar, hidrofóbica. As proteínas, parte integrante da membrana possuem também zonas hidrofóbicas e zonas hidrofílicas. São muito variadas e têm funções diversas, estas podem ser transportadoras de substâncias específicas, proteínas estruturais ou contráteis.

No modelo do mosaico fluido as membranas não são estáticas, isto é, não são formadas por conjuntos de moléculas rigidamente justapostas. Admitese que individualmente as moléculas lipídicas têm mobilidade lateral, dotando a bicamada de grande fluidez e flexibilidade. Mais raramente, também podem existir movimentos de cambalhota de camada para camada (movimentos flipflop). As proteínas apresentam também mobilidade, podendo, por exemplo, deslocar-se no plano da membrana. Toda esta dinâmica e complexidade constituem o modelo que é mais aceito atualmente, o mosaico fluido de Singer e Nicholson que data de 1972.

Figura 6 - Modelo do mosaico fluido de Singer e Nicholson. Fonte: https://sites.google.com/site/seourpicz/1/computers-and-electronics/ar/4/celular-page-108

Retomando toda a história, criamos uma linha do tempo para a Evolução dos modelos da Membrana Plasmática, assim temos (Fig. 7):

Biologia Celular e membrana plasmática. Disponível em: <http://biologia-celular.info/membrana-plasmatica.html>. Acesso em: 16/06/2015.

Click Celular. Disponível em: <http://w.clickescolar.com.br/a-membrana-celular.htm>. Acesso em: 16/06/2015.

EICHMAN, Phillip. From the Lipid Bilayer to the Fluid Mosaic: A Brief History of Membrane Models. University of Rio Grande, Ohio. Resource Center for Sociology, History and Philosophy in Science Teaching. Disponível em < http://www1.umn.edu/ships/9-2/membrane.htm > Acesso em Junho de 2015.

JUNQUEIRA, L, C; Carneiro, L. Histologia básica, 12. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2013.

LUIZ, Flávio. A Membrana Plasmática Através do Tempo. A descoberta da ciência. 2013. Disponível em: <https://adescobertadaciencia.wordpress.com/2013/03/2/a-membranaplasmatica-atraves-do-tempo/comment-page-1/>. Acessado em: 15/06/2015.

REIS, Catarina. História da Ciência: Os diferentes modelos da membrana plasmática. Disponível em: <https://biogeo1.files.wordpress.com/2008/04/67- resumobio1-membrana-plasmatica.pdf> Acesso em Junho de 2015.

Figura 7 – Evolução dos Modelos de Membrana Plasmática. Fonte: Adaptação no Programa Paint.

SANTOS, André & ANTUNES, Gonçalo. Obtenção de matéria pelos seres heterotróficos. Biologia & Geologia, 2009. Disponível em: <http://bg-eportfolio.blogspot.com.br/2009/06/obtencao-de-materia-pelos-seres.html>. Acessado em: 15/06/2015.

Ser Digital. Disponível em: http://www.serdigital.com.br/gerenciador/ambienteseguro/clientes/andremaia/do wnloads/68.pdf

Stein, W. D. & Danielli, J. F. (1956). Discuss. Faraday Soc . 21:238-251. Fonte: Garcia, E. A. C. Biofísica. Editora Savier, 2000 (pg. 5).

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