Redescobrint l’estructura de les membranes cel·lulars

El model del mosaic fluid que van proposar S. J. Singer i G. L. Nicolson en 1972 va ser el primer que permetia explicar les dades experimentals de les que es disposava als anys seixanta, i algunes de les característiques més importants de les membranes biològiques, com ara l’asimetria, els moviments laterals dels seus components, o la seua associació per a formar complexos macromoleculars.

Des del punt de vista docent, els darrers cinquanta anys hem utilitzat aquest model per a explicar l’estructura i l’organització de les membranes biològiques.

Els aspectes organitzatius i dinàmics fonamentals del model segueixen vigents hui en dia. Però tot i la clarividència del model del mosaic fluid, l’acumulació de nombroses dades experimentals en aquests cinquanta anys han fet introduir nous conceptes que, d’alguna manera, complementen la nostra visió actual de les membranes biològiques i com a docents ens obliga a estar al dia i a actualitzar els coneixements que traslladem al nostre alumnat, des de secundària fins a la universitat. Amb aquest punt de partida, el Jardí Botànic de la Universitat de València acull aquesta setmana la Matinal de Biomembranes 2022, on es tractaran alguns aspectes de la docència d’aquest tema cabdal de la biologia, així com de l’evolució dels nostres coneixements en aquests cinquanta anys.

Sense ànim de fer un llistat exhaustiu, podríem destacar ací  alguns aspectes com a novetats més rellevants del que hem anat avançant i descobrint des que Singer i Nicolson plantejaren el model:

1. El nombre de proteïnes integrals, tot i ser variat depenent del tipus de membrana, és molt més gran del que predeia el model. Així, ens podem trobar algunes membranes, com ara les de la membrana interna dels mitocondris, en les que les proteïnes representen més de la meitat de la superfície de la membrana. Aquesta abundància de proteïnes fa que algunes d’elles tot i estar en la membrana estableixen més interaccions amb altres proteïnes que amb els lípids.
2. L’existència de proteïnes que s’associen a la membrana de forma transitòria, es a dir, proteïnes que són solubles en el citosol i que en sofrir determinats canvis conformacionals s’associen a les membranes cel·lulars.
3. Presència de regions amb estructures diferents a la de la bicapa. S’han descrit l’existència d’estructures més enllà de la lamel·lar (en bicapa) com ara estructures micel·lars en les que els lípids formen unes gotes esfèriques orientant els seus caps polars a la superfície i les cues hidrofòbiques formant el nucli de la micel·la, tubulars on els lípids s’organitzen formant hexàgons, o fins i tot estructures cúbiques interconnectades en tres dimensions.
4. Les membranes biològiques presenten en determinades regions una elevada curvatura, molt allunyada de la imatge «planar» il·lustrada al model. Exemples d’aquestes curvatures les trobem als processos de fusió de membranes, necessaris per exemple per a la infecció dels virus amb envolta lipídica, o als processos de formació de vesícules per al transport intracel·lular.
5. L’existència de «dominis» de membrana amb composició lipídica i proteica específica, es a dir, regions de la membrana on s’acumulen determinats components que poden segregar-se lateralment formant una mena de balses (rafts en anglès) i que poden fins i tot tindre una funció concreta.

Amb aquestes «actualitzacions» del model, tot just comencem a entendre el paper de les membranes cel·lulars i les seues propietats per a explicar fenòmens biològics complexos. Augmentar el nostre coneixement sobre l’estructura i la funció de les membranes serà indispensable per al desenvolupament fins i tot de nous agents terapèutics, que ajuden a combatre, almenys en part, diverses condicions patològiques lligades a la pèrdua d’integritat, organització, dinàmica i funció de les membranes cel·lulars.