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O segredo da fluidez da membrana celular: por que ela é tão ativa quanto um líquido?
As células são as unidades básicas da vida, e a membrana celular, responsável por envolver e proteger o ambiente interno da célula, desempenha um papel vital na operação das funções celulares. Desde que os biólogos Seymour Jonathan Singer e Garth L. Nicolson propuseram o "modelo de mosaico fluido" em 1972, a comunidade científica ganhou uma nova compreensão da estrutura e função das membranas celulares. Este modelo explica a composição química, a estrutura e a fluidez da membrana celular e revela como a membrana celular fornece a flexibilidade necessária para a atividade celular.
Fluidez: o bloco de construção das membranas celularesO modelo de mosaico fluido é um modelo que resume as duas principais características das membranas, fluidez e diversidade, e orienta muitos estudos biológicos.
O núcleo da membrana celular é uma bicamada lipídica composta por duas camadas de membranas fosfolipídicas, o que torna a membrana celular fluida e elástica. Essa fluidez significa que as moléculas de proteína na membrana não são estacionárias, mas são livres para se difundir através do plano da membrana em várias taxas.
Os pesquisadores demonstraram esses fenômenos por meio de experimentos de marcação, difração de raios X e calorimetria. Esses estudos revelaram a natureza dinâmica das moléculas dentro da membrana celular monolítica, em forte contraste com modelos estáticos anteriores. Muitos modelos anteriores, como o modelo de membrana unitária de Robertson e o modelo de três camadas de Davson-Danielli, não conseguiram explicar completamente essa importante propriedade dinâmica.
Simetria e assimetria de membranasPesquisas modernas indicam que as duas camadas da membrana celular não são simétricas, mas têm divisões funcionais específicas. Essa assimetria tem implicações profundas para processos biológicos, como a transdução de sinais. O colesterol e outras proteínas que interagem ficam concentradas em camadas lipídicas, permitindo uma sinalização celular mais eficiente dentro desses pequenos limites.
A fluidez proporciona elasticidade às membranas celulares, permitindo que as células se adaptem às mudanças ambientais e mantenham a estabilidade interna.
Curvatura e mudança de forma de membranas
As membranas celulares nem sempre são planas. Devido à assimetria dos lipídios e sua organização, a membrana celular pode produzir curvaturas locais, que são particularmente evidentes durante a divisão celular e a formação de vesículas. Essas curvas geralmente são causadas por um grupo de proteínas (regiões BAR) que ajudam a membrana a se formar em pequenas vesículas que desempenham um papel em vários processos organizacionais na célula.
Movimento lipídico nas membranas
Na década de 1970, cientistas descobriram que moléculas lipídicas individuais podem se difundir livremente lateralmente dentro das camadas das membranas lipídicas. A velocidade desses movimentos surpreendeu a comunidade científica, já que uma molécula lipídica média pode se difundir a uma distância de 2 micrômetros em cerca de 1 segundo. No entanto, embora os lipídios possam ocasionalmente passar por um movimento de "inversão", esse processo é relativamente raro e geralmente requer a assistência de uma enzima chamada flipase.
Limitação da mobilidade e formação de domínios de membrana
Embora a difusão livre ocorra dentro das membranas celulares, em alguns casos o movimento de lipídios e proteínas é restrito pela partição espacial (zonação). Essas restrições podem contribuir para a formação de balsas lipídicas e "cercas citoesqueléticas", que afetam não apenas a estrutura geral da membrana, mas também a sinalização e outras funções da célula.
As balsas lipídicas são um componente importante das membranas celulares e têm um impacto significativo na eficiência da sinalização celular.
Interação e estrutura das proteínas da membrana celular
As proteínas na membrana celular não existem isoladamente, mas na forma de complexos. A ligação dessas proteínas de membrana é crucial para funções celulares, como transporte de íons e metabólitos, transdução de sinal e adesão celular. Além disso, eles se ligam à matriz extracelular e ao filamento do citoesqueleto dentro da célula, e essa interação desempenha um papel importante no formato e na estrutura da membrana.
Revisão de História
A história da pesquisa sobre membranas celulares pode ser rastreada até 1895, quando o cientista Ernest Overton propôs pela primeira vez a hipótese de que as membranas celulares são compostas de lipídios. Com o tempo, muitos modelos e descobertas importantes surgiram, por exemplo, em 1925 Evert Gorter e François Grendel descreveram a estrutura de dupla camada da membrana dos glóbulos vermelhos, e o modelo de mosaico fluido apareceu em 1972, que ainda é usado hoje. base de pesquisa.
Em resumo, as características de fluidez das membranas celulares e sua composição complexa constituem uma questão central na biologia celular. Este modelo não apenas explica a dinâmica estrutural e funcional das membranas celulares, mas também inspirou muitos estudos subsequentes. Pesquisas futuras revelarão mais sobre os mistérios da membrana celular e se aprofundarão em seu papel na circulação sanguínea e nas doenças?
