Membrana plasmática: Proteínas de membrana

No vídeo anterior, a gente falou sobre os lipídeos que encontramos na membrana plasmática. Nesse vídeo, a gente vai falar sobre as proteínas presentes nessa membrana.

E aí pessoal, tudo bem com vocês?

Eu sou Mirian Kurauti professora, mestre, doutora e criadora do canal MK Fisiologia, um canal que tem como principal objetivo descomplicar a fisiologia humana. Por que como eu sempre digo, fisiologia não precisa ser difícil. Então se você tá precisando entender de verdade a fisiologia, já se inscreve no canal e ative as notificações pra você não perder os próximos vídeos que a gente postar por aqui.

Agora sem mais delongas, bora continuar falando sobre a composição e organização estrutural da membrana plasmática?

No vídeo anterior, a gente desmontou uma membrana plasmática e começamos a remontar ela usando as suas “peças”. Colocamos todos os lipídeos, que como vimos se organizam em uma bicamada lipídica fluida.

Agora chegou a hora de adicionar mais um componente na membrana plasmática, as proteínas.

Quando a gente adiciona as proteínas na bicamada de lipídeos, a membrana fica parecendo um mosaico, que é aquela arte que você provavelmente já fez na escola ou já viu em algum lugar, que é basicamente um monte de peças diferentes, coloridas, encaixadas pra formar uma imagem concreta ou abstrata, e é isso que a membrana plasmática parece, um mosaico formando uma imagem abstrata.

Porém, lembre-se que esse mosaico não é sólido, ele é fluido, graças a fluidez da bicamada de lipídeos que a gente discutiu no vídeo anterior. E é daí que surge o termo “modelo do mosaico fluido” utilizado pra se referir à organização estrutural não apenas da membrana plasmática que delimita a célula, mas de todas as membranas da célula, como as membranas que delimitam o núcleo e as organelas.

Portanto, não se esqueça que a maioria das proteínas não ficam paradas em um lugar nessas membranas. Na verdade, é como se a maioria das proteínas ficassem “boiando” num “mar” de lipídeos.

E vale a pena saber que as proteínas podem ficar “boiando sozinhas” ou “boiando em grupos”, isso quando elas estão inseridas em uma balsa lipídica, como vimos no vídeo anterior.

Mas, independente se sozinhas ou em grupo, as proteínas podem ficar “navegando” pelo mar de lipídeos fazendo um movimento de difusão lateral, e esse movimento é importante pra função de muitas proteínas que se encontram na membrana plasmática.

"Tá professora, mas como gente sabe que a maioria das proteínas presentes na membrana plasmática, ficam realmente se movendo na bicamada de lipídeos?"

Esse movimento de difusão lateral das proteínas foi observado em um experimento científico muito legal.

Em um belo dia, uns cientistas pegaram uma célula de camundongo e uma célula humana. Nas proteínas de membrana da célula de camundongo, eles colocaram um corante vermelho fluorescente, e nas proteínas de membrana da célula humana, eles colocaram um corante verde fluorescente. Então, com as proteínas coradas, eles pegaram as duas células e fundiram a membrana plasmática dessas células de modo que fosse formado uma célula híbrida.

De início, era possível ver certinho as proteínas da célula de camundongo na sua metade, e as proteínas da célula humana na sua outra metade. Mas depois de uns quarenta minutos, quando eles olharam de novo, as proteínas de camundongo e as proteínas humanas já estavam todas misturadas, mostrando que essas proteínas podem se difundir livremente na bicamada de lipídeos.

No entanto, é preciso ter em mente que dependendo da função das proteínas de membrana, que podem estar em balsas lipídicas ou não, elas podem ser confinadas ou imobilizadas em alguma região da membrana plasmática.

Por exemplo, algumas proteínas podem se associar a muitas outras proteínas formando grandes complexos proteicos na membrana plasmática, com pouca mobilidade. Outras proteínas podem se associar a proteínas localizadas no exterior ou no interior das células e assim ficam presas em uma região da membrana, e outras ainda podem se ligar às proteínas de membrana da célula vizinha e assim também ficam presas em uma região específica da membrana plasmática.

Bom, mas independente se as proteínas ficam livres ou presas em uma região da membrana plasmática, elas podem ser classificadas em: proteínas integrais ou periféricas, dependendo de como elas vão estar inseridas ou associadas à bicamada lipídica.

As proteínas integrais, também chamadas de intrínsecas, vão estar “integrando” a membrana, fazendo parte da membrana, ou seja, vão estar inseridas de alguma forma na bicamada de lipídeos da membrana plasmática.

"Como assim?"

Presta atenção, as proteínas integrais, assim como os lipídeos de membrana, são anfipáticas ou anfifílicas, tem regiões hidrofílicas e hidrofóbicas.

As regiões hidrofóbicas são regiões ricas em aminoácidos hidrofóbicos que não gostam de água e, portanto, se dão bem com as caudas hidrofóbicas, ou seja, podem interagir com essas caudas e se inserir na bicamada de lipídeos. Essas sequências de aminoácidos hidrofóbicos geralmente formam uma estrutura secundária na forma de hélice, a famosa alfa-hélice.

Em muitas proteínas integrais, a alfa-hélice se insere nas duas camadas de lipídeos fazendo a proteína integral atravessar a membrana e apresentar uma região hidrofílica exposta na superfície externa e outra região hidrofílica exposta na superfície interna da membrana plasmática, ou seja, a superfície voltada pro citosol.

Esse tipo de proteína integral é chamado de proteína transmembrana:

"trans = através"

Portanto, uma proteína que atravessa a membrana.

Algumas dessas proteínas podem atravessar só uma vez, outras podem atravessar mais de uma vez, isso quando as proteínas apresentam várias alfa-hélices que podem atravessar a bicamada de lipídeos da membrana.

Em outras proteínas integrais, a alfa-hélice se insere em apenas uma das camadas de lipídeos e não nas duas, e essas proteínas não atravessam a membrana. Mas como elas estão inseridas em pelo menos uma das camadas de lipídeos, interagindo com as caudas hidrofóbicas, elas também são consideradas proteínas integrais, pois “integram a membrana”, fazem parte da membrana.

Além da alfa-hélice, algumas proteínas integrais de membrana apresentam outra estrutura secundária que apresentam aminoácidos hidrofóbicos que conseguem interagir com as caudas hidrofóbicas. Essas estruturas não formam hélices, mas formam estruturas que fazem um "zig-zag", que vai e volta através da membrana, parecendo uma folha de papel dobrada ou pregueada, que nem uma sanfona, por isso essa estrutura secundária é chamada de folha beta pregueada.

Como essa estrutura atravessa a membrana de um lado pro outro, várias vezes inclusive, as proteínas que tiverem esse tipo de estrutura vão ser proteínas integrais transmembranas.

Bom, embora a maioria das proteínas integrais sejam anfipáticas, apresentando regiões hidrofílicas e hidrofóbicas (alfa-hélice ou folha beta pregueada), algumas proteínas integrais são totalmente hidrofílicas e não apresentam regiões hidrofóbicas. Porém, elas se ligam fortemente, através de ligações covalentes, à lipídeos que podem se inserir em uma das camadas lipídicas da membrana, e por isso elas também podem ser consideradas proteínas integrais, mas não transmembrana, pois não atravessam a membrana plasmática.

"Tá professora, mas então tudo é proteína integral? Cadê as proteínas periféricas?"

As proteínas periféricas, também chamadas de extrínsecas, não se inserem na bicamada lipídica. Na verdade, elas ficam ligadas às proteínas integrais da membrana. Por isso, teoricamente ela não tá “integrando” a membrana, mas ela tá associada à proteínas que integram a membrana.

Um detalhe importante que você precisa saber é que pode existir algumas diferenças na classificação das proteínas integrais e periféricas, dependendo do livro que você tiver usando pra estudar.

Alguns livros podem não considerar as proteínas ligadas à lipídeos como sendo proteínas integrais, e outros podem considerar as proteínas que estão inseridas em apenas uma das camadas, como sendo proteínas periféricas. Mas eu acredito que a classificação que eu apresentei pra vocês seja a mais utilizada pelos professores. Nessa classificação, todas as proteínas que estiverem inseridas de alguma forma na bicamada de lipídeos, são consideradas proteínas integrais, pois estão “integrando a membrana”.

Mas independente da classificação em proteínas integrais e periféricas, eu acho que o mais importante é você pelos menos saber que existem:

1. proteínas que atravessa a membrana uma ou mais vezes; proteínas que não atravessam a membrana, mas ficam inseridas em uma das camadas de lipídeos da membrana;

2. e proteínas que não ficam inseridas em nenhuma das camadas de lipídeos, mas ficam ligadas às proteínas integrais que estão inseridas na membrana plasmática.

Outra coisa muito importante que você precisa ter em mente, é que a forma como as proteínas estão inseridas ou associadas à membrana plasmática pode determinar a sua função.

Por exemplo, proteínas integrais transmembranas que atravessam várias vezes a membrana, principalmente através de várias alfa-hélices, mas também através da folha beta pregueada, podem se inserir na membrana de tal forma que conseguem formar um pequeno buraco ou poro na membrana.

Nesse caso, as regiões dessa proteína que são hidrofóbicas ficam voltadas pra fora do poro, interagindo com as caudas hidrofóbicas da bicamada lipídica, enquanto regiões hidrofílicas ficam voltadas pra dentro do poro, formando assim um poro hidrofílico por onde determinadas moléculas hidrofílicas podem passar. Esses tipos de proteínas funcionam então como poro ou um canal que permite o transporte de determinadas moléculas hidrofílicas que, de outro modo, não conseguiriam atravessar a bicamada lipídica que é muito hidrofóbica. Exemplo de proteínas canais, são os canais iônicos que permitem a passagem de íons através dos seus poros.

Outras proteínas integrais transmembranas não formam poros, mas podem transportar moléculas hidrofílicas através da membrana. Essas proteínas, tem um sítio de ligação específico pra uma determinada molécula e quando essa molécula se liga, a proteína sofre uma alteração na sua conformação (forma), ou seja, sofre uma alteração conformacional e “carrega” essa molécula até o outro lado da membrana. Esse tipo de proteína funciona como uma proteína transportadora ou carreadora.

Existem ainda proteínas integrais transmembranas que se ligam nas proteínas do citoesqueleto localizadas no citosol e/ou nas proteínas da matriz extracelular localizadas no espaço extracelular, e funcionam assim como proteínas âncoras, pois ancoram proteínas na membrana plasmática das células.

Outras proteínas integrais transmembrana, funcionam ainda como proteínas receptoras, pois recebem sinais extracelulares e transmitem esses sinais pra dentro da célula. Um exemplo de proteínas receptoras são os receptores de neurotransmissores e hormônios que tem um sítio de ligação pra determinados neurotransmissores ou hormônios e quando essas moléculas se ligam nesse sítio, a proteína pode passar o sinal pra dentro da célula.

Por fim, tanto proteínas integrais, transmembranas ou não, e até mesmo proteínas periféricas, podem funcionar como enzimas, pois catalisam reações químicas, geralmente no interior da célula, no lado citosólico da membrana plasmática, como é o caso da proteína adenilato ciclase, que catalisa a reação química que converte o ATP em AMP cíclico, uma molécula que participa da sinalização intracelular em resposta a alguns neurotransmissores e hormônios, como a gente vai ver quando estudarmos as vias de sinalização intracelular.

Nesse momento, perceba que as proteínas integrais transmembrana, que atravessam a membrana plasmática, são necessárias pra realizar funções que alguma forma conecta o exterior com o interior da célula, e as proteínas integrais que não são transmembrana e as proteínas periféricas, que só fazem contato com um dos lados da membrana, tem funções que não necessariamente precisam dessa conexão entre os dois lados da membrana plasmática.

Bom, então resumindo as proteínas da membrana plasmática, lembre-se que:

• A maioria das proteínas de membrana podem se difundir livremente na bicamada de lipídeos e isso pode ser importante pro funcionamento adequado dessas proteínas.

• As proteínas de membrana podem ser classificadas em proteínas integrais, quando se inserem na bicamada de lipídeos, e proteínas periféricas quando se associam às proteínas integrais.

• A maioria das proteínas integrais atravessa a membrana sendo, portanto, chamadas de proteínas transmembrana. Essas proteínas são importantes pra realizar funções que de alguma forma conecta os dois lados da membrana plasmática, ou seja, de alguma forma conecta o exterior com o interior da célula, como as proteínas canais, carreadoras, âncoras e receptoras.

Bom, então até aqui falamos sobre os lipídeos e sobre as proteínas da membrana plasmática, mas lembre-se que nessa membrana também temos os carboidratos. Mas afinal de contas, quem são esses carboidratos e como eles se organizam na membrana plasmática? Essa pergunta a gente responde no próximo vídeo, não perca!

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Bom, a gente vai ficando por aqui. Qualquer dúvida pode deixar aí nos comentários que a gente tenta responder, beleza? A gente se vê num próximo vídeo. Abraço!

Sobre a autora

Mirian Ayumi Kurauti é apaixonada pela fisiologia, com uma trajetória acadêmica admirável. Ela se formou em Biomedicina pela Universidade Estadual de Londrina (UEL), fez mestrado e doutorado em Biologia Funcional e Molecular com ênfase em Fisiologia pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), e ainda atuou como pesquisadora de pós-doutorado na mesma instituição. Além disso, já lecionou fisiologia humana na Universidade Estadual de Maringá (UEM) e biologia celular na UEL. Atualmente, é professora de fisiologia humana na Pontifícia Universidade Católica do Paraná (PUCPR) e a mente criativa por trás do MK Fisiologia.

Apaixonada pela docência, Mirian adora dar aulas de fisiologia, mas de um jeito mais descontraído e se diverte muito ensinando fisiologia. Ela está sempre buscando aprender algo novo não só sobre fisiologia, mas sobre qualquer coisa sobre a vida, o universo e tudo mais. Por isso, é uma consumidora compulsiva de conteúdos de divulgadores científicos. Nas horas vagas, você pode encontrá-la na piscina, treinando e participando de competições de natação. Para Mirian, a vida só tem graça, se ela tiver desafios a serem superados. Hoje, o seu maior desafio é ajudar o maior número de estudantes a entender de verdade a fisiologia humana.