Teoría del plegamiento de membrana: qué es, antecedentes, importancia

¿Qué es la teoría del plegamiento de membrana?

La teoría del plegamiento de membrana propone que las membranas de las organelas de las células eucariotas se originaron a partir de la expansión e invaginación de la membrana plasmática.

J.D. Robertson, pionero en microscopía electrónica, notó en 1962 que varios cuerpos intracelulares poseían una estructura visualmente idéntica a la membrana plasmática. 

La idea de una estructura que delimita las células surgió inmediatamente después de que surgiera el concepto de “célula”, por lo que se llevaron a cabo varios estudios para entender las características de dicha estructura.

La membrana plasmática

La membrana plasmática es una estructura formada por una doble capa de fosfolípidos organizados de manera tal que los grupos polares se encuentran orientados hacia el citosol y el medio extracelular, mientras que los grupos apolares se organizan hacia el interior de la membrana.

Su función principal es definir las células, tanto eucariotas como procariotas, ya que separa físicamente el citoplasma del medio extracelular.

A pesar de su función estructural, se sabe muy bien que la membrana no es estática, sino que es una barrera elástica y dinámica donde ocurre una gran cantidad de procesos indispensables para la célula.

Algunos procesos que suceden en la membrana son el anclaje del citoesqueleto, el transporte de moléculas, o la señalización y conexión con otras células para formar tejidos. Además, una gran variedad de organelas poseen también membrana donde ocurren otros procesos de gran importancia.

Antecedentes de la teoría del plegamiento de membrana

Estudios electrofisiológicos

Mucho antes de que Robertson llegara a proponer la teoría del plegamiento de membrana en 1962, se realizaron estudios para determinar cómo era dicha estructura. Ante la ausencia del microscopio electrónico predominaron los estudios electrofisiológicos, entre los cuales destacan:

1895

Overton notó que los lípidos atravesaban la membrana celular con mayor facilidad que moléculas de otra naturaleza, por lo tanto, infirió que la membrana debía estar compuesta, en su mayoría, por lípidos.

1902

J. Bernstein presentó su hipótesis, que mencionaba que las células consistían en una solución con iones libres delimitada por una capa delgada impermeable a dichas moléculas cargadas.

1923

Fricke midió la capacidad de la membrana de los eritrocitos para almacenar cargas (capacitancia), determinando que este valor era 0.81 µF/cm².

Posteriormente, se determinó que las membranas de otros tipos de células presentaban valores de capacitancia similares, por lo tanto, la membrana debería ser una estructura unitaria.

1925

Gorter y Grendel midieron el área de eritrocitos de mamíferos con la ayuda de un microscopio. Luego extrajeron los lípidos de un número conocido de este tipo celular y midieron el área que estos ocupaban.

Obtuvieron como resultado una relación 1:2 célula:membrana. Esto quería decir que la membrana celular se trataba de una estructura doble, surgiendo así el término de “bicapa lipídica”.

1935

Estudios previos a 1935 sugirieron la presencia de proteínas en la membrana, esto llevó a Danielli y Davson a proponer el modelo sándwich, o modelo Proteína-Lípido-Proteína.

Según este modelo, la membrana plasmática consiste en dos capas de fosfolípidos que se encuentran entre dos capas de proteínas, las cuales están asociadas con la membrana mediante interacciones electrostáticas.

Estudios de microscopía electrónica

En 1959, gracias a la aparición de la microscopía electrónica, J. David Robertson recolectó evidencia suficiente para confirmar y complementar los modelos de Gorter y Grendel (1925) y Danielli y Davson (1935), y plantear el modelo de “Membrana Unitaria”.

Este modelo retiene la característica del modelo propuesto por Danielli y Davson de la bicapa lipídica, con la variación de la capa de proteínas que, en este caso, es asimétrica y discontinua.

¿De qué trata la teoría del plegamiento de membrana?

La llegada de la microscopía electrónica permitió tener una idea bastante clara sobre cómo estaba formada la membrana plasmática.

Sin embargo, este hecho vino acompañado por la visualización de múltiples membranas intracitoplasmáticas que formaban compartimientos intracelulares, lo que condujo a Robertson en 1962 a proponer la teoría del plegamiento de membrana.

La teoría del plegamiento de membrana consiste en que la membrana plasmática aumentó su superficie y se invaginó para dar lugar a las membranas intracitoplasmáticas, estas membranas rodearon moléculas que se encontraban en el citosol y originaron las organelas.

Según esta teoría, la envoltura nuclear, el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi, lisosomas y vacuolas podrían haberse originado de esta forma.

La continuidad que existe entre la membrana plasmática con las tres primeras organelas mencionadas anteriormente se ha confirmado mediante estudios de microscopía electrónica en distintos tipos celulares.

Sin embargo, Robertson también propuso en su teoría que las organelas vesiculares, como los lisosomas y las vacuolas, se originaron también mediante invaginaciones que posteriormente se separaron de la membrana.

Debido a las características de la teoría del plegamiento de la membrana, esta se considera como una extensión del modelo de la membrana unitaria que él mismo propuso en 1959.

Las micrografías tomadas por Robertson muestran que todas estas membranas son iguales y, por lo tanto, deberían tener una composición bastante similar.

Sin embargo, la especialización de las organelas modifica considerablemente la composición de las membranas, lo cual reduce las propiedades que tienen en común a nivel bioquímico y molecular.

De igual forma, se mantiene el hecho de que las membranas tienen como principal función servir de barrera estable para los medios acuosos.

Importancia de esta teoría

Gracias a todas las pruebas realizadas entre 1895 y 1965, especialmente a los estudios de microscopía realizados por J.D. Robertson, se enfatizó la importancia de las membranas celulares.

A partir de su modelo unitario se comenzó a destacar el papel esencial que juega la membrana en la estructura y función de las células, a tal punto que el estudio de esta estructura se considera un tema fundamental en la biología actual.

Ahora bien, actualmente la teoría como tal no tiene aceptación.

Sin embargo, en su momento dio pie a que más expertos en el área intentaran dilucidar el origen no solo de las membranas celulares, sino también el origen de la célula eucariota en sí, como lo hizo Lynn Margulis en 1967 al plantear la teoría endosimbiótica.

Referencias

1. Lodish H, Berk A, Kaiser C, et al. (2008). Molecular Cell Biology. 
2. Heuser J.E. (1995). In Memory of J. David Robertson. Tomado de heuserlab.wustl.edu.
3. Lee A. (2001). Membrane structure. Curr. Biol.