Conceptul de celulă începe să se dezvolte începând cu secolul XVII, odată cu utilizarea microscopului de către Robert Hooke, care marchează primele date legate de membrana celulară. Secolul XIX, începutul anilor 1800, a fost marcat de investigații considerabile asupra delimitării celulare. În 1837, Theodor Schwann și Matthias Schleiden au realizat comparația dintre celulele vegetale și cele animale, astfel încât în 1939 a început să prindă contur teoria celulară.

Studii osmotice

Începând cu jumătatea secolului XIX, membrana a devenit un important obiect de studiu. Bazându-se pe observații simple la microscop asupra celulelor vegetale, experimentatorii au constatat faptul că celulele respectă legile osmozei. Carl Nägeli susținea ideea că membranele nu sunt diferite de restul celulei, că protoplasma era componenta activă a celulei, în timp ce peretele celular rigid era un element secundar neesențial. Astfel apar două idei contradictorii, pe de o parte una care susține că celula nu prezintă membrană, coloidul protoplasmatic fiind cel care definește proprietățile celulei, și pe de altă parte, teoria conform căreia celula este înconjurată de o membrană distinctă de restul protoplasmei, interiorul celulei rămânând totuși un coloid.

În anul 1880 începe sa circule ideea că celula este acoperită de un strat de lipide, în 1890, cum membranele celulare nu puteau fi mereu observate, unii autori considerau membranele structuri secundare opționale.

În secolul XX existența membranei devine unanim acceptată, iar descrierea modernă a celulei devine strâns legată de noțiunea de membrană celulară. Fondatorii modelului actual de structură a membranei plasmatice au fost Gorter și Grendel, care, în 1925, au formulat Teoria stratului lipidic al celulei, descriind pentru prima dată membrana celulară ca o structură lipidică. Aceștia au studiat globulele roșii din sângele uman și au extras din celulă componente ale membranei. Au constatat că în membrana unei celule există molecule lipidice care au un capăt hidrofob și altul hidrofil și care se unesc formând un bistrat lipidic care înconjura celula.

În 1930 este introdus modelul paucimolecular, cel mai influent model de structură de membrană până la apariția modelului de mozaic fluid, constând într-o structură lipidică bistratificată, acoperită cu proteine ​​pe ambele părți. Acesta este modelul de mozaic al lui Höber în care membranele se comportă ca niște membrane cu site, prin care se realiza trecerea ionilor.

Inițiatorii descoperii membranei celulare

În 1935, Davson și Danielli îmbunătățesc teoria bistratului lipidic și emit ipoteza conform căreia structura membranei era formată atât dintr-un bistrat lipidic, cât și din proteine, ei considerând că unele proteine ​pot străbate membrana. Apoi, în 1936, Danielli a clasificat modelele de membrană în trei tipuri: membrane lipidice continue, membrane în mozaic, membrane lipoproteice. Din anii 1960, mulți cercetători au remarcat în studiile lor prezența proteinelor în bistratul lipidic. În 1964 este îmbunătățit modelul de membrană și apare modelul Davson-Danielli-Robertson (DDR), ce consta într-un bistrat lipidic acoperit pe ambele părți cu monostraturi proteice. Din acest moment proteinele reprezintă componenta principală a membranelor și îndeplinesc funcțiile acestora. În anul 1966 sunt identificate trei modele membranare: modelul DDR, modelul Benson (format din subunități lipoproteice ​​și polipeptidice) și modelul timpuriu de mozaic lipoproteic al membranei.

Din 1970 oamenii de știință au început să studieze proteinele și modul în care acestea sunt încorporate în membrană. În 1970, Silva și Branton descoperă proteinele transmembranare, în 1971 Bretscher demonstrează că o proteină majoră a membranei globule roșii din sânge a fost expusă apei de pe ambele părți ale membranei, în 1975 Nigel Unwin a determinat prima structură a unei proteine membranare, cea a bacteriorodopsinei.

Modelul mozaicului fluid

Acesta este propus în anii 70 Singer și Nicolson, propun un model al membranei care este acceptat și astăzi, conform căruia membranele sunt alcătuite din lipide, proteine și carbohidrați, principalele componente lipidice ale membranei sunt fosfolipidele, molecule sunt amfifile (formate dintr-o parte polară, hidrofilă și una nepolară, hidrofobă). Acest model susține că membrana este o structură flexibilă, o barieră semipermeabilă, care restricționează intrarea unor molecule în celulă, transportul acestora fiind realizat de anumite clase de proteine de transport intrinseci: canale ionice, pompe sau transportori.

Membrana descrisă prin acest model este alcătuită din lipide (fosfolipide și colesterol), proteine (extrinseci și intrinseci, integrale) și glucide, care pot fi legate la proteine (glicoproteine) sau la lipide (glicolipide). Aceste componente se pot deplasa lateral, permițând difuzia și gruparea anumitor componente, iar compoziția în lipide, proteine și glucide este diferită între cele două monostraturi lipidice, fenomen numit asimetrie de membrană.

Funcția principală a membranei este aceea de comunicare cu mediul, alături de reglarea pH-ului celular și menținerea homeostaziei osmotică, diverse funcții metabolice, funcția de „barierî selectivă” (concentrează nutrienții în interiorul celulei, exclude produsele reziduale celulare), conversia stimulilor externi în semnale celulare, endocitoza și exocitoza.

Concluzii

Secolul XIX se caracterizează prin emiterea a două ipoteze contrarii: celula nu este delimitată de membrană, versus celula este înconjurată de o membrană distinctă. În această perioadă se emit mai multe modele structurale de membrană.

 Secolul XX poate fi rezumat prin acceptarea unanimă a conceptului de membrană celulară, astfel încât celula, în accepțiunea modernă este strâns legată de existența membranei. Și în secolul XX s-au emis mai multe modele de membrană.

Ia naștere cel mai acceptat model, cel emis în anii 70 de Singer, modelul de mozaic fluid, valabil pentru toate membranele celulare, acceptat de altfel și astăzi. Se remarcă o unitate de structură a membranelor celulare, (toate celulele au aceeași structură membranară), ceea ce diferă e compoziția în proteine, lipide și glucide.

Bibliografie

  1. Lombard, J. (2014). Once upon a time the cell membranes: 175 years of cell boundary research. Biology direct, 9(1), 32.
  2. Leabu, M. & Nechifor, M. (2014).  Biomembranele. Unitate în diversitate. Editura medicală Amaltea, Bucuresti.
  3. Nicolson, G. L. (2013). relevant to understanding the structure, function and dynamics of biological membranes after more than 40 years.
  4. Rothstein, A. (1978). The cell membrane—A short historical perspective. In Current Topics in Membranes and Transport (Vol. 11, pp. 1-13). Academic Press.
  5. Singer, S. J. (2004). Some early history of membrane molecular biology. Annu. Rev. Physiol., 66, 1-27.
  6. Turner, W. (1890). The cell theory, past and present. Journal of anatomy and physiology, 24(Pt 2), 253.

EU e-Privacy Directive

Departamentul de Anatomie, fiziologie animala si biofizica

Prof. dr. Dan Florin Mihailescu (director de  departament)

Prof. dr. Alexandru  Babes

Prof. dr. Speranta Avram

Prof. dr. Violeta Ristoiu

Prof. dr. Beatrice Mihaela Radu

Conf. dr. Mihaela Marcu Lapadat

Conf. dr. Dana Cucu

FP

Conf. dr. Florentina Pluteanu

Lect. dr. Doru Gabor

TS photo

Lect. dr. Tudor Selescu

Lect. dr. Cristina Matanie

Alexandru Deftu

Asist.dr. Alexandru Deftu

roxana

Asist.dr. Roxana Gheorghe

Cornelia Dragomir

Geanina Haralambie

Liliana Stamatin

Cristina

PozaAcademieLuiza

Prof. dr. Maria Luiza Flonta (profesor emerit)