5.1B: Modelo de mosaico de fluido

O modelo de mosaico fluido foi proposto pela primeira vez por SJ Singer e Garth L. Nicolson em 1972 para explicar a estrutura da membrana plasmática. O modelo evoluiu um pouco ao longo do tempo, mas ainda é responsável pela estrutura e funções da membrana plasmática como as entendemos agora. O modelo de mosaico fluido descreve a estrutura da membrana plasmática como um mosaico de componentes – incluindo fosfolipídios, colesterol, proteínas e carboidratos – que dá à membrana um caráter fluido. As membranas plasmáticas variam de 5 a 10 nm de espessura. Para comparação, os glóbulos vermelhos humanos, visíveis por meio de microscopia óptica, têm aproximadamente 8 µm de largura, ou aproximadamente 1.000 vezes mais largos do que uma membrana plasmática. As proporções de proteínas, lipídios e carboidratos na membrana plasmática variam com o tipo de célula. Por exemplo, a mielina contém 18% de proteínas e 76% de lipídios. A membrana mitocondrial interna contém 76% de proteínas e 24% de lipídios.

O tecido principal da membrana é composto de moléculas fosfolipídicas anfifílicas ou duplas. As áreas hidrofílicas ou que gostam de água dessas moléculas estão em contato com o fluido aquoso tanto dentro quanto fora da célula. Moléculas hidrofóbicas ou que odeiam água tendem a ser apolares. Uma molécula de fosfolipídio consiste em uma estrutura de glicerol de três carbonos com duas moléculas de ácido graxo ligadas aos carbonos 1 e 2 e um grupo contendo fosfato ligado ao terceiro carbono. Esse arranjo dá à molécula global uma área descrita como sua cabeça (o grupo contendo fosfato), que tem um caráter polar ou carga negativa, e uma área chamada cauda (os ácidos graxos), que não tem carga. Eles interagem com outras moléculas não polares em reações químicas, mas geralmente não interagem com moléculas polares. Quando colocadas na água, as moléculas hidrofóbicas tendem a formar uma bola ou cluster. As regiões hidrofílicas dos fosfolipídios tendem a formar ligações de hidrogênio com a água e outras moléculas polares no exterior e no interior da célula. Assim, as superfícies da membrana voltadas para o interior e o exterior da célula são hidrofílicas. Em contraste, o meio da membrana celular é hidrofóbico e não interagirá com a água. Portanto, os fosfolipídios formam uma excelente membrana celular de bicamada lipídica que separa o fluido dentro da célula do fluido fora dela.

As proteínas constituem o segundo componente principal das membranas plasmáticas. As proteínas integrais (alguns tipos especializados são chamados de integrinas) são, como seu nome sugere, completamente integradas à estrutura da membrana, e suas regiões hidrofóbicas que abrangem a membrana interagem com a região hidrofóbica da bicamada fosfolipídica. As proteínas integrais de membrana de passagem única geralmente têm um segmento transmembrana hidrofóbico que consiste de 20-25 aminoácidos. Algumas abrangem apenas parte da membrana – associando-se a uma única camada – enquanto outras se estendem de um lado a outro da membrana e ficam expostas em ambos os lados. Algumas proteínas complexas são compostas por até 12 segmentos de uma única proteína, que são extensivamente dobrados e embutidos na membrana. Este tipo de proteína tem uma região ou regiões hidrofílicas e uma ou várias regiões ligeiramente hidrofóbicas.Este arranjo de regiões da proteína tende a orientar a proteína ao lado dos fosfolipídios, com a região hidrofóbica da proteína adjacente às caudas dos fosfolipídios e a região ou regiões hidrofílicas da proteína projetando-se da membrana e em contato com o citosol ou fluido extracelular.

Os carboidratos são o terceiro componente principal das membranas plasmáticas. Eles são sempre encontrados na superfície externa das células e estão ligados a proteínas (formando glicoproteínas) ou a lipídios (formando glicolipídios). Essas cadeias de carboidratos podem consistir de 2 a 60 unidades de monossacarídeos e podem ser lineares ou ramificadas. Junto com as proteínas periféricas, os carboidratos formam locais especializados na superfície celular que permitem que as células se reconheçam. Essa função de reconhecimento é muito importante para as células, pois permite que o sistema imunológico diferencie entre as células do corpo (chamadas “próprias”) e células ou tecidos estranhos (chamadas “não-próprias”). Tipos semelhantes de glicoproteínas e glicolipídeos são encontrados na superfície dos vírus e podem mudar com frequência, impedindo que as células do sistema imunológico os reconheçam e ataquem. Esses carboidratos na superfície externa da célula – os componentes dos carboidratos das glicoproteínas e dos glicolipídeos – são coletivamente chamados de glicocálice (que significa “revestimento de açúcar”). O glicocálice é altamente hidrofílico e atrai grandes quantidades de água para a superfície do célula. Isso ajuda na interação da célula com seu ambiente aquoso e na capacidade da célula de obter substâncias dissolvidas na água.