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Estrutura de uma Membrana Celular

Apenas uma barreira muito fina e flexível separa o conteúdo de uma célula de seu ambiente. Essa barreira, chamada membrana celular (ou membrana plasmática), permite seletivamente a troca e passagem de certas moléculas, mantendo substâncias indesejadas fora. A membrana também permite que a célula se comunique com outras células e com o ambiente ao redor. Tanto plantas quanto animais possuem membranas celulares, mas plantas, leveduras e bactérias também têm uma parede celular rígida fora da membrana para suporte e estrutura adicionais. As funções únicas da membrana celular ditam sua estrutura e propriedades.

Componente Fosfolipídico

Uma estrutura de duas camadas de moléculas lipídicas especiais, chamadas fosfolipídios, constitui a membrana celular. Cada fosfolipídio tem duas cadeias de ácidos graxos ligadas a uma cabeça de fosfato-glicerol. Os ácidos graxos são hidrofóbicos (repelentes à água), enquanto a cabeça de fosfato é hidrofílica (atraída pela água). As duas camadas de fosfolipídios se posicionam de modo que os ácidos graxos fiquem no interior das camadas ou folhetos. Segundo "Carnegie-Mellon: The Structure and Function of the Cell Membrane", quando a membrana bicamada entra em contato com água, as moléculas de fosfolipídios se rearranjam para manter as caudas de ácidos graxos longe da água.

Componente Proteico

Dois tipos de proteínas estão espalhados pela membrana celular: proteínas integrais e periféricas. Proteínas integrais, feitas de longas cadeias de aminoácidos, atravessam toda a membrana. Algumas partes da proteína interagem com o ambiente externo e outras com o interior da célula. Por isso, proteínas integrais também são chamadas proteínas transmembrana. Têm duas funções principais: atuam como poros que permitem a entrada de "íons ou nutrientes na célula" e "transmitem sinais para dentro e fora da célula", segundo James Burnette III no artigo da Carnegie-Mellon.

Em contraste, proteínas periféricas ligam-se apenas à superfície da membrana e servem como âncoras para o citoesqueleto ou fibras extracelulares.

Carboidratos e Colesterol

Uma capa de carboidratos conhecida como glicocálix cobre a superfície celular. O glicocálix é feito de oligossacarídeos curtos ligados a certos tipos de proteínas transmembrana. Segundo "The Cell: Structure of the Plasma Membrane", o glicocálix fornece a identidade da célula. Basicamente, fornece um conjunto de marcadores que distinguem células idênticas de células estranhas ou invasoras. O glicocálix também protege a superfície celular.

O colesterol é outro tipo de lipídio encontrado na membrana celular. Espalhados pelo interior de ácidos graxos, os colesteróis impedem que as caudas se empacotem demais e ajudam a manter a membrana fluida.

Propriedade Mosaico

Primeiro proposto por Singer e Nicolson ("Science", 18 de fevereiro de 1972) como Modelo Mosaico Fluido, a membrana celular tem duas características essenciais que permitem suas funções. Primeiro, a membrana celular é uma estrutura mosaico de diferentes moléculas. Cada tipo de célula em organismos multicelulares e unicelulares terá uma coleção e combinação única de proteínas, carboidratos e lipídios. Como exemplo, Burnette da Carnegie-Mellon menciona que a membrana de hemácias tem mais de 50 tipos de proteínas.

Propriedade Fluida

A segunda propriedade da membrana celular é sua fluidez. Os fosfolipídios movem-se livremente e se rearranjam dentro de cada camada da membrana, mas raramente cruzam a região hidrofóbica e transferem para a camada oposta, segundo Burnette. As cabeças hidrofílicas estão sempre na periferia externa e as caudas hidrofóbicas ficam no núcleo da bicamada.

A propriedade fluida da membrana resulta em bicamadas assimétricas. Burnette descreve que, em resposta a ambientes mutáveis ou temperaturas diferentes dentro e fora da célula, pode haver mais proteínas ou moléculas de carboidratos em cada camada a qualquer momento, permitindo a passagem seletiva de moléculas e íons através da membrana.

Uma ilustração das propriedades mosaico fluido da membrana celular é apresentada em "Carnegie-Mellon: The Structure and Function of the Cell Membrane".