Neste artigo explicamos o que é o modelo de mosaico líquido , o que o nome significa e de quais fatores depende a fluidez das biomembranas. 

O modelo de mosaico fluido é um modelo desenhado por Seymour Jonathan Singer e Garth Nicolson em 1972 que descreve o arranjo e organização das membranas biológicas .
De acordo com o modelo, a bicamada lipídica é uma solução bidimensional de lipídios direcionados e proteínas globulares . Lipídios e proteínas integrais de membrana podem se difundir lateralmente sem impedimentos na matriz lipídica ( difusão lateral ), desde que isso não seja impedido por interações específicas. Além da difusão lateral, os fosfolipídios também podem realizar difusão transversal, o chamado flip -flop , que, no entanto, é muito mais lento.

Uma terceira classe de lipídios, o colesterol , quando envolvido na montagem da membrana em grandes quantidades, aumenta a viscosidade da membrana. Além disso, a fluidez pode ser regulada variando o número de ligações duplas e o comprimento dos resíduos de ácidos graxos. Temperaturas mais altas, resíduos de ácidos graxos curtos e muitas ligações insaturadas também aumentam o nível de fluidez.

Esquema experimental do experimento de 1972 por Frye e Edidin
Ao mesmo tempo que Singer e Nicolson, Frye e Edidin também realizavam experimentos sobre a estrutura da membrana celular: marcavam as proteínas da membrana de duas células com corantes diferentes e depois fundiam as células. Após cerca de 40 minutos, as proteínas da nova célula se misturaram, então elas devem ser capazes de se mover na membrana celular.

O modelo agora é amplamente considerado desatualizado, já que praticamente todas as suposições básicas não são dadas na realidade: as proteínas de membrana estão presentes em concentrações tão altas que não nadam ‘distantes’ na camada lipídica, mas influenciam umas às outras. Além disso, a maioria das proteínas transmembrana são muito maiores do que a espessura típica de uma bicamada lipídica não perturbada. As biomembranas, portanto, definitivamente têm uma ordem local, que é muito difícil de observar diretamente. Há alguns anos, as estruturas de ordem funcional local foram discutidas sob o termo jangadas lipídicas .

Modelo de mosaico líquido simplesmente explicado 

modelo de mosaico líquido explica a estrutura molecular das membranas biológicas. Foi desenvolvido por Seymur Jonathan Singer e Garth Nicolson em 1972. 

De acordo com o modelo de mosaico líquido, as biomembranas são compostas por uma bicamada líquida bidimensional de fosfolipídios . Tanto as proteínas armazenadas nele quanto as moléculas de fosfolipídios podem se mover livremente lateralmente no plano da membrana. Você também pode chamar isso de difusão lateral. Você pode imaginar a estrutura da biomembrana como uma espécie de mosaico, porque as moléculas são muito diferentes e numerosas nela. Daí o nome modelo de mosaico líquido. 

A fluidez da membrana varia dependendo da temperatura ou da composição dos ácidos graxos. O termo técnico para isso é fluidez ou relacionado a biomembranas: fluidez de membrana . O seguinte se aplica aqui: quanto maior a fluidez, mais fina a membrana ou quanto menor a fluidez, mais viscosa é a membrana. 

No entanto, os modelos nunca retratam completamente a realidade. Em pesquisas recentes, o termo jangadas lipídicas também é usado quando se discute a composição da membrana. Estas são áreas específicas na membrana – os chamados microdomínios – que diferem em sua composição do resto da membrana. Definição

O modelo de mosaico fluido é um modelo molecular que descreve a estrutura das biomembranas. As biomembranas consistem em uma bicamada fosfolipídica líquida na qual tanto as moléculas fosfolipídicas quanto as proteínas nelas incorporadas podem se mover lateralmente (= lateralmente). 

Biomembrana modelo de mosaico líquido

As biomembranas são basicamente constituídas por uma dupla camada líquida de fosfolipídios. Você pode pensar na consistência como algo como óleo de máquina leve. Os fosfolipídios consistem em uma cabeça hidrofílica e dois grupos de cauda hidrofóbica na forma de ácidos graxos. No meio aquoso, os ácidos graxos não polares ligam-se uns aos outros e os grupos de cabeças polares são orientados para fora em direção às moléculas de água, que também são polares. A camada dupla está agora formada . As chamadas interações hidrofóbicas atuam entre as cadeias de ácidos graxos no interior .  

A dupla camada impede a passagem de partículas hidrofílicas ou carregadas. No entanto, moléculas pequenas e não polares podem passar pela membrana sem impedimentos. É por isso que você também pode chamá-la de membrana semipermeável  .

As chamadas proteínas de membrana são incorporadas na dupla camada líquida. Na maioria dos casos, estes não estão ligados covalentemente aos fosfolipídios por meio de uma ligação química . Em vez disso, eles são incorporados na bicamada com suas regiões hidrofóbicas. Áreas hidrofílicas das proteínas se projetam da bicamada fosfolipídica em direção à água. As proteínas são as principais responsáveis ​​por transportar substâncias ou receber sinais químicos fora da célula. 

Propriedades do Modelo de Mosaico Fluido

A estrutura líquida da membrana agora permite que as proteínas se movam lateralmente na membrana. Eles “nadam” na camada dupla, por assim dizer. Então você vê que a estrutura da membrana não é estática, mas dinâmica . Não apenas as próprias proteínas, mas também os fosfolipídios podem se mover lateralmente. Qualquer molécula de fosfolipídio, por exemplo, leva pouco mais de um segundo para atingir a outra extremidade da célula.  

A chamada troca transversal das moléculas com o lado oposto  , por outro lado, dificilmente é possível. A razão para isso é que cada molécula com sua parte polar teria que passar pela área interna apolar. Devido às interações repulsivas resultantes, esses “flip-flops” são muito improváveis. A composição das camadas externa e interna da membrana pode, portanto, variar muito. 

Fatores que influenciam a fluidez

A fluidez da membrana é importante para muitas funções da membrana. Ela é influenciada por dois fatores: composição lipídica e temperatura.

composição lipídica

De acordo com o modelo de mosaico líquido, a composição dos ácidos graxos nas membranas desempenha um papel importante na fluidez de uma membrana celular.  Ácidos graxos de cadeia longa e ácidos graxos saturados , ou seja, ácidos graxos sem ligações duplas, são muito densamente empacotados um ao lado do outro . Devido a esta estrutura rígida, pouco movimento é possível. Portanto, tais membranas têm baixa fluidez. 

Em contraste, as membranas feitas de ácidos graxos de cadeia curta ou insaturados , ou seja, ácidos graxos com ligações duplas, são mais fluidas . Você pode imaginar as ligações duplas como “torções” na molécula. Isso resulta em uma estrutura menos compacta, resultando em uma consistência mais fluida da membrana.  

O armazenamento de colesterol (colesterol), um lipídio hidrofóbico da membrana, também afeta a fluidez. 

temperatura

A temperatura também causa diferenças na fluidez da membrana. Em geral, de acordo com o movimento browniano , quanto mais fria a temperatura, mais lentamente as moléculas se movem. A fluidez da membrana diminui assim a temperatura fria e aumenta a temperatura alta .

Isso causaria problemas em organismos sem uma temperatura corporal constante. Eles geralmente são capazes de alterar a composição lipídica de suas membranas em diferentes temperaturas. Isto é particularmente relevante para plantas, bactérias ou animais de sangue frio durante o inverno. Quando a temperatura ambiente está fria, os ácidos graxos saturados são substituídos por ácidos graxos insaturados ou de cadeia curta.