ТЕОРИЯ СКЛАДЫВАНИЯ МЕМБРАН - БИОЛОГИЯ

Теория складывания мембран предполагает, что мембраны органелл возникли в результате расширения и инвагинации плазматической мембраны. Дж. Д. Робертсон, пионер электронной микроскопии, заметил в 1962 году, что некоторые внутриклеточные тела обладают структурой, визуально идентичной плазматической мембране.

Идея структуры, которая ограничивает клетки, возникла сразу после появления понятия «клетка», поэтому было проведено несколько исследований для выяснения характеристик этой структуры.

Плазматическая мембрана

Плазматическая мембрана представляет собой структуру, образованную двойным слоем фосфолипидов, организованных таким образом, что полярные группы ориентированы в сторону цитозоля и внеклеточной среды, в то время как аполярные группы организованы в направлении внутренней части мембраны.

Его основная функция - определять клетки, как эукариотические, так и прокариотические, поскольку он физически отделяет цитоплазму от внеклеточной среды.

Несмотря на свою структурную функцию, хорошо известно, что мембрана является не статической, а скорее упругим и динамическим барьером, где происходит большое количество важных для клетки процессов.

Некоторые процессы, происходящие в мембране, - это закрепление в цитоскелете, перенос молекул, передача сигналов и соединение с другими клетками с образованием тканей. Кроме того, большое разнообразие органелл также имеет мембрану, в которой происходят другие важные процессы.

Предпосылки теории складывания мембран

Электрофизиологические исследования

Задолго до того, как Робертсон в 1962 году предложил теорию складывания мембран, сначала были проведены исследования, чтобы определить, как эта структура выглядит. В отсутствие электронного микроскопа преобладали электрофизиологические исследования, среди которых выделяются следующие:

1895

Овертон отметил, что липиды легче пересекают клеточную мембрану, чем молекулы другой природы, поэтому он сделал вывод, что мембрана должна состоять по большей части из липидов.

1902

Дж. Бернштейн представил свою гипотезу, в которой упоминалось, что клетки состоят из раствора со свободными ионами, ограниченными тонким слоем, непроницаемым для этих заряженных молекул.

1923

Фрике измерил способность мембраны эритроцитов накапливать заряды (емкость), определив, что это значение составляет 0,81 мкФ / см ² .

Позже было определено, что мембраны других типов клеток имеют близкие значения емкости, следовательно, мембрана должна быть унитарной структурой.

1925

Гортер и Грендель измерили площадь эритроцитов млекопитающих с помощью микроскопа. Затем они извлекли липиды из известного количества клеток этого типа и измерили занимаемую ими площадь.

В результате они получили соотношение клетка: мембрана 1: 2. Это означало, что клеточная мембрана представляет собой двойную структуру, что дает начало термину «липидный бислой».

1935

Исследования до 1935 г. предполагали присутствие белков в мембране, что привело Даниелли и Дэвсона к предложению модели сэндвича или модели белок-липид-белок.

Согласно этой модели, плазматическая мембрана состоит из двух слоев фосфолипидов, которые находятся между двумя слоями белков, которые связаны с мембраной посредством электростатических взаимодействий.

Электронно-микроскопические исследования

В 1959 г., благодаря появлению электронной микроскопии, Дж. Дэвид Робертсон собрал достаточно доказательств, чтобы подтвердить и дополнить модели, предложенные Гортером и Гренделем (1925) и Даниелли и Дэвсоном (1935), и предложить модель «унитарной мембраны».

Эта модель сохраняет характеристики модели липидного бислоя, предложенной Даниелли и Дэвсоном, с изменением белкового слоя, который в данном случае является асимметричным и прерывистым.

О чем теория складывания мембран?

Появление электронной микроскопии позволило нам иметь довольно четкое представление о том, как формировалась плазматическая мембрана.

Однако этот факт сопровождался визуализацией множества внутрицитоплазматических мембран, образующих внутриклеточные компартменты, что привело Робертсона в 1962 г. к предложению «Теории складывания мембран».

Теория сворачивания мембран заключается в том, что плазматическая мембрана увеличила свою поверхность и была инвагинирована, чтобы дать начало внутрицитоплазматическим мембранам, эти мембраны окружали молекулы, которые находились в цитозоле, таким образом создавая органеллы.

Согласно этой теории, ядерная оболочка, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы и вакуоли могли возникнуть таким образом.

Преемственность, существующая между плазматической мембраной и первыми тремя органеллами, упомянутыми выше, была подтверждена исследованиями электронной микроскопии на различных типах клеток.

Однако Робертсон также предположил в своей теории, что везикулярные органеллы, такие как лизосомы и вакуоли, также возникают в результате инвагинаций, которые впоследствии отделяются от мембраны.

Из-за особенностей теории складывания мембран она рассматривается как расширение модели единичной мембраны, которую он сам предложил в 1959 году.

Микрофотографии, сделанные Робертсоном, показывают, что все эти мембраны одинаковы и, следовательно, должны иметь довольно похожий состав.

Однако специализация органелл значительно изменяет состав мембран, что снижает их общие свойства на биохимическом и молекулярном уровне.

Точно так же сохраняется тот факт, что мембраны в качестве своей основной функции служат стабильным барьером для водных сред.

Важность этой теории

Благодаря всем испытаниям, проведенным с 1895 по 1965 год, особенно микроскопическим исследованиям, проведенным Дж. Д. Робертсоном, важность клеточных мембран была подчеркнута.

Исходя из его унитарной модели, существенная роль, которую мембрана играет в структуре и функциях клеток, начала подчеркиваться до такой степени, что изучение этой структуры считается фундаментальной проблемой современной биологии.

Что касается вклада теории складывания мембран, то в настоящее время это не принято. Однако в то время это привело к тому, что все больше экспертов в этой области пытались выяснить происхождение не только клеточных мембран, но и самой эукариотической клетки, как это сделала Линн Маргулис в 1967 году, выдвигая эндосимбиотическую теорию.

Ссылки

Лодиш Х., Берк А., Кайзер С. и др. Молекулярная клеточная биология. Том 39. 8-е изд .; 2008.
Heuser JE. Памяти Дж. Дэвида Робертсона. Am Soc Cell Biol. 1995: 11-13. Взято с сайта heuserlab.wustl.edu.
Ли А. Структура мембраны. Curr Biol. 2001; 11 (20): R811-R814. DOI: 10.1083 / jcb.91.3.189s.
Гупта Г.П. Биология клетки растений. Издательский дом Discovery; 2004. Взято из books.google.
Хаймбург Т. Мембраны - Введение. Therm Biophys Membr. 2007; (2001): 1-13. DOI: 10.1002 / 9783527611591.ch1.
Stoeckenius W, Stoeckenius W, Engelman DM, Engelman DM. Просмотрите современные модели структуры биологических мембран. J Cell Biol.

ТЕОРИЯ СКЛАДЫВАНИЯ МЕМБРАН - БИОЛОГИЯ - 2025