Redescubriendo la estructura de las membranas celulares
Cincuenta años del modelo del mosaico fluido
El modelo del mosaico fluido que propusieron S. J. Singer y G. L. Nicolson en 1972 fue el primero que permitía explicar los datos experimentales de los que se disponía en los años sesenta, y algunas de las características más importantes de las membranas biológicas, como por ejemplo la asimetría, los movimientos laterales de sus componentes, o su asociación para formar complejos macromoleculares.
Desde el punto de vista docente, los últimos cincuenta años hemos utilizado este modelo para explicar la estructura y la organización de las membranas biológicas.
Los aspectos organizativos y dinámicos fundamentales del modelo siguen vigentes hoy en día. Pero a pesar de la clarividencia del modelo del mosaico fluido, la acumulación de numerosos datos experimentales en estos cincuenta años han hecho introducir nuevos conceptos que, de alguna manera, complementan nuestra visión actual de las membranas biológicas y como docentes nos obliga a estar en el día y a actualizar los conocimientos que trasladamos a nuestro alumnado, desde secundaria hasta la universidad. Con este punto de partida, el Jardí Botànic de la Universitat de València acoge esta semana la Matinal de Biomembranas 2022, donde se tratarán algunos aspectos de la docencia de este tema capital de la biología, así como de la evolución de nuestros conocimientos en estos cincuenta años.
Sin ánimo de hacer un listado exhaustivo, podríamos destacar aquí algunos aspectos como novedades más relevantes de lo que hemos ido avanzando y descubriendo desde que Singer y Nicolson plantearon el modelo:
- El número de proteínas integrales, a pesar de ser variado en función del tipo de membrana, es mucho más grande del que predecía el modelo. Así, nos podemos encontrar algunas membranas, como por ejemplo las de la membrana interna de las mitocondrias, en las que las proteínas representan más de la mitad de la superficie de la membrana. Esta abundancia de proteínas hace que algunas de ellas a pesar de estar en la membrana establecen más interacciones con otras proteínas que con los lípidos.
- La existencia de proteínas que se asocian a la membrana de forma transitoria, es decir, proteínas que son solubles en el citosol y que al sufrir determinados cambios conformacionales se asocian a las membranas celulares.
- Presencia de regiones con estructuras diferentes a la de la bicapa. Se han descrito la existencia de estructuras más allá de la lamelar (en bicapa) como por ejemplo estructuras micelares en las que los lípidos forman unas gotas esféricas orientando sus cabezas polares a la superficie y las colas hidrofóbicas formando el núcleo de la micela, tubulares donde los lípidos se organizan formando hexágonos, o incluso estructuras cúbicas interconectadas en tres dimensiones.
- Las membranas biológicas presentan en determinadas regiones una elevada curvatura, muy alejada de la imagen «planar» ilustrada en el modelo. Ejemplos de estas curvaturas las encontramos en los procesos de fusión de membranas, necesarios por ejemplo para la infección de los virus con envoltura lipídica, o a los procesos de formación de vesículas para el transporte intracelular.
- La existencia de «dominios» de membrana con composición lipídica y proteica específica, es decir, regiones de la membrana donde se acumulan determinados componentes que pueden segregarse lateralmente formando un tipo de balsas (rafts en inglés) y que podan incluso tener una función concreta.
Con estas «actualizaciones» del modelo, apenas empezamos a entender el papel de las membranas celulares y sus propiedades para explicar fenómenos biológicos complejos. Aumentar nuestro conocimiento sobre la estructura y la función de las membranas será indispensable para el desarrollo incluso de nuevos agentes terapéuticos, que ayuden a combatir, al menos en parte, varias condiciones patológicas ligadas a la pérdida de integridad, organización, dinámica y función de las membranas celulares.