QUÈ ÉS EL MODEL DE MOSAIC FLUID? - BIOLOGIA - 2025

El model de mosaic fluid planteja que les membranes cel·lulars o biomembranes són estructures dinàmiques que presenten fluïdesa dels seus diferents components moleculars, els quals poden desplaçar lateralment. És a dir, que aquests components es troben en moviment i no estàtics, com es creia anteriorment.

Aquest model va ser plantejat per S. Jonathan Singer i Garth. L. Nicolson en l'any 1972 i avui dia és àmpliament acceptat per la comunitat científica. Totes les cèl·lules estan contingudes per una membrana cel·lular amb particularitats en la seva constitució i funció.

Figura 1. Esquema de el model de mosaic fluid. Font: By LadyofHats Mariana Ruiz, traduction Pilar Saenz, via Wikimedia Commons

Aquesta membrana defineix els límits de la cèl·lula, permetent l'existència de diferències entre el citosol (o interior cel·lular) i el medi extern. A més, regula l'intercanvi de substàncies entre la cèl·lula i l'exterior.

En les cèl·lules eucariotes, les membranes internes també defineixen compartiments i organel·les amb diferents funcions, com ara els mitocondris, els cloroplasts, l'embolcall nuclear, el reticle endoplasmàtic, l'aparell de Golgi, entre d'altres.

Estructura de la membrana cel·lular

Generalitats

La membrana cel·lular consisteix en una estructura impermeable a molècules i ions solubles en aigua d'entre 7 i 9 nanòmetres de gruix. S'observa en microfotografies electròniques com una doble línia contínua i prima que envolta el citoplasma cel·lular.

La membrana està composta per una doble capa fosfolipídica, amb proteïnes embegudes al llarg de la seva estructura i disposades a la superfície.

A més, conté molècules de carbohidrats en ambdues superfícies (interna i externa) i en el cas de cèl·lules eucariotes animals, també presenta molècules de colesterol intercalades a l'interior de la bicapa.

bicapa fosfolipídica

Els fosfolípids són molècules anfipáticas que tenen un extrem hidrofílic -afin a l'aigua-, i un altre hidrofòbic -que repel·leix l'aigua-.

La bicapa fosfolipídica que conforma a la membrana cel·lular, té cadenes hidrofòbiques (apolars) disposades cap a l'interior de la membrana i extrems hidrofílics (polars) situats cap al medi extern.

Així, els caps dels grups fosfat dels fosfolípids es troben exposades a la superfície externa de la membrana.

Recordem que tant el medi extern com l'intern o citosol, són aquosos. Això influència la disposició de la doble capa fosfolipídica amb les seves parts polars interactuant amb l'aigua i les seves parts hidrofòbiques formant la matriu interna de la membrana.

colesterol

A la membrana de les cèl·lules animals eucariotes, es troben molècules de colesterol inserides en les cues hidrofòbiques dels fosfolípids.

Aquestes molècules no es troben en les membranes de les cèl·lules procariotes, alguns protistas, plantes i fongs.

Proteïnes integrals de membrana o transmembrana

A l'interior de la bicapa fosfolipídica es troben intercalades proteïnes integrals de membrana.

Aquestes interactuen no covalentment a través de les seves parts hidrofòbiques, amb la bicapa lipídica, situant els seus extrems hidrofílics cap al medi aquós extern.

Configuració de les proteïnes de membrana

Poden presentar una configuració senzilla en forma de bastonet, amb una hèlix alfa hidròfoba plegada i embeguda en l'interior membranal, i amb parts hidrofíliques esteses cap als costats.

També poden presentar una configuració de major mida, tipus globular i amb estructura terciària o quaternària complexa.

Aquestes últimes, solen travessar diverses vegades la membrana cel·lular amb els seus segments d'hèlixs alfa repetits i disposats en ziga-zaga a través de la bicapa lipídica.

Porus en les membranes

Algunes d'aquestes proteïnes globulars, presenten porcions interiors hidrofíliques, formant canals o porus a través dels quals passa l'intercanvi de substàncies polars des de l'exterior cel·lular fins al citosol i viceversa.

proteïnes perifèriques

A la superfície de la cara citoplasmàtica de la membrana cel·lular, hi ha proteïnes perifèriques de membrana, lligades a les parts excel·lents d'algunes proteïnes integrals.

Aquestes proteïnes no penetren en el nucli hidròfob de la bicapa lipídica.

Coberta de carbohidrats

Hi molècules de carbohidrats en les dues superfícies de la membrana.

Particularment, la superfície externa de la membrana presenta abundància de glicolípids. També s'observen cadenes curtes de carbohidrats exposades i unides covalentment a les parts proteiques excel·lents, trucades glicoproteïnes.

Fluïdesa de la membrana cel·lular

Proporció àcids grassos saturats versus insaturats

La fluïdesa de la membrana depèn principalment de la proporció entre fosfolípids d'àcids grassos saturats i no saturats presents. Aquesta fluïdesa membranal disminueix a mesura que augmenta la proporció de fosfolípids de cadenes d'àcids grassos saturats, pel que fa als no saturats.

Això es deu al fet que és més gran la cohesió entre les llargues i simples cadenes d'àcids grassos saturats, pel que fa a la cohesió entre les cadenes curtes i insaturats dels àcids grassos insaturats.

A més cohesió entre els seus components moleculars, menor fluïdesa presentarà la membrana.

colesterol

Les molècules de colesterol interactuen a través dels seus anells rígids amb les cadenes hidrocarbonades dels lípids, augmentant la rigidesa de la membrana i disminuint la permeabilitat de la mateixa.

En les membranes de la majoria de cèl·lules eucariotes, on hi ha una relativa alta concentració de colesterol, aquest prevé que s'uneixin les cadenes carbonades a baixes temperatures. Així es preveu la congelació de la membrana a baixes temperatures.

particularitats

Els diferents tipus de membranes cel·lulars presenten particularitats en la seva quantitat i tipus de proteïnes i carbohidrats, així com en la varietat de lípids existents.

Aquestes particularitats estan associades a funcions cel·lulars específiques.

No només hi ha diferències constitutives entre les membranes de cèl·lules eucariotes i procariotes, i entre les de les organel·les, sinó també entre regions d'una mateixa membrana.

Funció de la membrana cel·lular

Generalitats

La membrana cel·lular delimita a la cèl·lula i li permet mantenir una condició estable en el citosol, diferent de la de l'medi extern. Això, mitjançant la regulació activa i passiva de el pas de substàncies (aigua, ions i metabòlits) a través de si, mantenint el potencial electroquímic necessari per al funcionament cel·lular.

A més permet a la cèl·lula respondre a senyals de el medi extern a través de receptors químics de la membrana i proveeix de llocs d'ancoratge per als filaments de l'citoesquelet.

En el cas de les cèl·lules eucariotes també participa en l'establiment de compartiments interns i organel·les amb funcions metabòliques específiques.

Funció de les proteïnes en la membrana

Hi ha diferents proteïnes de membrana amb funcions específiques, entre les quals podem esmentar:

• Enzims que catalitzen (acceleren) reaccions químiques,
• Receptors de membrana que participen en el reconeixement i unió a molècules senyalitzadores (com les hormones),
• Proteïnes de transport de substàncies a través de la membrana (cap al citosol i des d'aquest fins a l'exterior cel·lular). Aquestes mantenen un gradient electroquímic gràcies a el transport d'ions.

Funció de la coberta de carbohidrats externa

Els carbohidrats o glicolípids participen en l'adhesió de les cèl·lules entre si i en el procés de reconeixement i interacció de la membrana cel·lular amb molècules com anticossos, hormones, i virus.

referències

1. Bolsover, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White HA and Wiedemann, CG (2003). Cell Biology, a short course. Second edition. Wiley-Liss pp 535.
2. Engelman, D. (2005). Membranes are more mosaic than fluid. Nature 438 (7068), 578-580. doi: 10.1038 / nature04394
3. Nicolson, GL (2014). The Fluid-Mosaic Model of Membrane structure. Still rellevant to understanding the structure, function and dynamics of biological membranes after more than 40 years. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 1838 (6), 1451-1466. doi: 10.1016 / j.bbamem.2013.10.019
4. Raven, J. (2002). Biology. Sixth Edition. MGH. pp 1239.
5. Singer, SJ and Nicolson, GL (1972). The Fluid Mosaic Model of the Structure of Cell Membranes. Science, 175 (4023), 720-731. doi: 10.1126 / science.175.4023.720