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O nascimento do modelo de mosaico fluido: como Simon e Nicholson subverteram a compreensão da estrutura da membrana?
No campo da biologia, a estrutura das membranas celulares sempre foi uma questão importante estudada pelos cientistas. Em 1972, Seymour Jonathan Singer e Garth Nicholson fizeram uma grande descoberta, o modelo do mosaico fluido, que derrubou a compreensão tradicional das pessoas sobre as membranas celulares. A proposta deste modelo não só explica a composição da membrana celular, mas também estabelece uma base sólida para futuras pesquisas.
O modelo de mosaico fluido descreve que a membrana celular é composta por uma bicamada de lipídios, que é composta principalmente por moléculas de fosfolipídios hidrofílicas. Dentro desta camada de lipídios, vários tipos de proteínas estão incorporados, conferindo à membrana celular sua flexibilidade e elasticidade. A ideia central deste modelo é que a membrana celular é um líquido bidimensional com proteínas incorporadas distribuídas aleatoriamente na superfície da membrana.
As previsões do modelo de mosaico fluido sugerem que a distribuição a longa distância de qualquer integrina através do plano da membrana é quase aleatória.
Composição química e evidências experimentais
O modelo de mosaico fluido de Singer e Nicholson ganhou amplo apoio. A formação deste modelo depende de uma grande quantidade de dados experimentais, incluindo experimentos de marcação, difração de raios X e calorimetria. Estes estudos demonstram que a taxa de difusão de proteínas integrais de membrana incorporadas nas membranas é afetada pela viscosidade da bicamada lipídica e enfatizam a natureza dinâmica das moléculas nas membranas celulares.
Antes do surgimento do modelo de mosaico fluido, os modelos existentes, como o modelo de membrana unitária de Robertson e o modelo de três camadas de Davson-Danieli, não conseguiram explicar completamente a dinâmica da membrana celular. Esses modelos mais antigos normalmente viam a proteína como uma monocamada adjacente à camada lipídica e não a integravam na bicamada fosfolipídica.
Desenvolvimento subsequente e assimetria de membrana
Com o aprofundamento das pesquisas, os cientistas descobriram que a dupla camada da membrana celular não é simétrica, mas apresenta assimetria óbvia. Esta assimetria permite que os dois lados da membrana contenham diferentes proteínas e lípidos, apoiando assim a segregação espacial dos processos biológicos relacionados com a membrana. O colesterol e as proteínas que interagem com o colesterol podem concentrar-se em jangadas lipídicas, limitando assim a transmissão de sinais celulares.
Em 1984, Mourides e Bloom propuseram o "modelo de colchão" para explorar ainda mais a interação entre lipídios e proteínas.
Curvatura da membrana e movimento lipídico
Na verdade, a estrutura da membrana celular nem sempre é plana. A curvatura local das membranas é frequentemente afetada pela assimetria e pela organização lipídica não bicamada. O famoso domínio BAR pode ligar-se ao fosfatidilinositol, auxiliar na formação de vesículas, formação de organelas e divisão celular, e desempenha um papel importante no desenvolvimento da curvatura da membrana.
Na década de 1970, os cientistas reconheceram pela primeira vez que as moléculas lipídicas individuais se difundiam livremente lateralmente dentro de cada camada de uma membrana. A velocidade deste processo é muito rápida. Em média, cada molécula lipídica pode difundir cerca de 2 mícrons em cerca de 1 segundo. Esses processos dinâmicos têm efeitos profundos na fluidez e na função das membranas celulares.
Restrições e jangadas lipídicas e complexos proteicos
No entanto, existem limites para a difusão lateral de lipídios e proteínas nas membranas, que são causadas principalmente pelos efeitos estruturais da região da membrana. As jangadas lipídicas são nanoplataformas de membrana compostas por lipídios e proteínas específicas e possuem importantes funções biológicas.
Proteínas e glicoproteínas na membrana celular não existem independentemente, mas correm na membrana como complexos de difusão, que têm um importante impacto funcional no transporte celular e na transdução de sinal.
Exploração e pensamento futuro
A proposta do modelo de mosaico fluido sem dúvida aprofundou nossa compreensão da estrutura das membranas celulares. Porém, com o avanço da ciência e da tecnologia, mais fenômenos biofísicos, como as interações proteína-lipídio, ainda precisam ser estudados em profundidade. No futuro, seremos capazes de desvendar todos os mistérios da membrana celular e revelar ainda mais a sua importância na biologia?
