THEORIE VAN HET VOUWEN VAN MEMBRANEN - BIOLOGIE - 2025

De membraanvouwingstheorie stelt voor dat de organelmembranen afkomstig zijn van de uitzetting en invaginatie van het plasmamembraan. JD Robertson, een pionier op het gebied van elektronenmicroscopie, merkte in 1962 op dat verschillende intracellulaire lichamen een structuur bezaten die visueel identiek was aan het plasmamembraan.

Het idee van een structuur die cellen begrenst ontstond onmiddellijk nadat het concept van "cel" ontstond, dus er werden verschillende onderzoeken uitgevoerd om de kenmerken van deze structuur op te helderen.

Plasma membraan

Het plasmamembraan

Het plasmamembraan is een structuur die wordt gevormd door een dubbele laag fosfolipiden die zo is georganiseerd dat de polaire groepen zijn gericht naar het cytosol en het extracellulaire medium, terwijl de apolaire groepen zijn georganiseerd naar het binnenste van het membraan.

De belangrijkste functie is het definiëren van cellen, zowel eukaryotisch als prokaryotisch, aangezien het het cytoplasma fysiek van de extracellulaire omgeving scheidt.

Ondanks zijn structurele functie is het algemeen bekend dat het membraan niet statisch is, maar eerder een elastische en dynamische barrière waar een groot aantal essentiële processen voor de cel plaatsvinden.

Sommige processen die plaatsvinden in het membraan zijn verankering van het cytoskelet, transport van moleculen, signalering en verbinding met andere cellen om weefsels te vormen. Daarnaast heeft een grote verscheidenheid aan organellen ook een membraan waarin andere processen van groot belang plaatsvinden.

Achtergrond van de membraanvouwingstheorie

Elektrofysiologische studies

Lang voordat Robertson in 1962 de theorie van membraanvouwing kwam voorstellen, werden er eerst studies uitgevoerd om te bepalen hoe deze structuur eruit zag. Bij afwezigheid van de elektronenmicroscoop domineerden elektrofysiologische onderzoeken, waaronder de volgende opvallen:

1895

Overton merkte op dat lipiden het celmembraan gemakkelijker passeren dan moleculen van een andere aard, daarom concludeerde hij dat het membraan voor het grootste deel uit lipiden moet bestaan.

1902

J. Bernstein presenteerde zijn hypothese, waarin stond dat de cellen bestonden uit een oplossing met vrije ionen begrensd door een dunne laag die ondoordringbaar is voor deze geladen moleculen.

1923

Fricke meten het vermogen van het erytrocytmembraan opslaan ladingen (capaciteit), het bepalen dat deze waarde 0,81 uF / cm ² .

Later werd vastgesteld dat de membranen van andere celtypen vergelijkbare capaciteitswaarden hadden, daarom zou het membraan een unitaire structuur moeten zijn.

1925

Gorter en Grendel maten het gebied van erytrocyten bij zoogdieren met behulp van een microscoop. Vervolgens haalden ze de lipiden uit een bekend aantal van dit celtype en maten ze het gebied dat ze innamen.

Het resultaat was een cel: membraanverhouding van 1: 2. Dit betekende dat het celmembraan een dubbele structuur had, waardoor de term "lipide bilayer" ontstond.

1935

Studies vóór 1935 suggereerden de aanwezigheid van eiwitten in het membraan, dit bracht Danielli en Davson ertoe om het Sandwich-model of het Protein-Lipid-Protein-model voor te stellen.

Volgens dit model bestaat het plasmamembraan uit twee lagen fosfolipiden die worden aangetroffen tussen twee lagen eiwitten, die via elektrostatische interacties met het membraan zijn verbonden.

Elektronenmicroscopie-onderzoeken

In 1959 verzamelde J. David Robertson, dankzij het verschijnen van elektronenmicroscopie, voldoende bewijs om de modellen voorgesteld door Gorter en Grendel (1925) en Danielli en Davson (1935) te bevestigen en aan te vullen, en om het "Unitary Membrane" -model voor te stellen.

Dit model behoudt het kenmerk van het door Danielli en Davson voorgestelde model van de lipidedubbellaag, met de variatie van de eiwitlaag die in dit geval asymmetrisch en discontinu is.

Waar gaat de theorie van membraanvouwing over?

Door de komst van elektronenmicroscopie kregen we een vrij duidelijk idee over hoe het plasmamembraan werd gevormd.

Dit feit ging echter gepaard met de visualisatie van meerdere intracytoplasmatische membranen die intracellulaire compartimenten vormden, wat Robertson in 1962 ertoe bracht de "Theory of membraanvouwing" voor te stellen.

De theorie van membraanvouwing is dat het plasmamembraan zijn oppervlak vergrootte en werd geïnvagineerd om intracytoplasmatische membranen te doen ontstaan, deze membranen omringden moleculen die zich in het cytosol bevonden en dus organellen voortkwamen.

Volgens deze theorie zouden de nucleaire envelop, het endoplasmatisch reticulum, het Golgi-apparaat, lysosomen en vacuolen op deze manier kunnen zijn ontstaan.

De continuïteit die bestaat tussen het plasmamembraan en de eerste drie organellen die hierboven zijn genoemd, is bevestigd door elektronenmicroscopieonderzoeken in verschillende celtypen.

Robertson stelde echter in zijn theorie ook voor dat vesiculaire organellen zoals lysosomen en vacuolen ook voortkwamen uit invaginaties die zich vervolgens van het membraan afscheiden.

Vanwege de kenmerken van de membraanvouwingstheorie wordt het beschouwd als een uitbreiding van het eenheidsmembraanmodel dat hij zelf in 1959 heeft voorgesteld.

De microfoto's van Robertson laten zien dat al deze membranen hetzelfde zijn en daarom een ​​redelijk vergelijkbare samenstelling zouden moeten hebben.

De specialisatie van de organellen wijzigt echter aanzienlijk de samenstelling van de membranen, waardoor de eigenschappen die ze gemeen hebben op biochemisch en moleculair niveau verminderen.

Evenzo wordt het feit dat de membranen als hoofdfunctie dienen als stabiele barrière voor waterige media gehandhaafd.

Belang van deze theorie

Dankzij alle tests die tussen 1895 en 1965 werden uitgevoerd, met name de microscopiestudies van JD Robertson, werd het belang van celmembranen benadrukt.

Vanuit zijn unitaire model begon de essentiële rol die het membraan speelt in de structuur en functie van cellen te worden benadrukt, in die mate dat de studie van deze structuur wordt beschouwd als een fundamenteel probleem in de huidige biologie.

Nu, met betrekking tot de bijdrage van membraanvouwingstheorie, wordt dit momenteel niet geaccepteerd. In die tijd leidde het er echter toe dat meer experts in het veld probeerden de oorsprong van niet alleen celmembranen op te helderen, maar ook de oorsprong van de eukaryote cel zelf, zoals Lynn Margulis deed in 1967 toen hij de endosymbiotische theorie naar voren bracht.

Referenties

1. Lodish H, Berk A, Kaiser C, et al. Moleculaire celbiologie. Vol 39. 8e ed.; 2008.
2. Heuser JE. Ter nagedachtenis aan J. David Robertson. Am Soc Cell Biol. 1995: 11-13. Ontleend aan heuserlab.wustl.edu.
3. Lee A. Membraanstructuur. Curr Biol. 2001; 11 (20): R811-R814. doi: 10.1083 / jcb.91.3.189s.
4. GP van Gupta. Plantencelbiologie. Discovery Publishing House; 2004. Overgenomen uit books.google.
5. Heimburg T. Membranes-An Introduction. Therm Biophys Membr. 2007; (2001): 1-13. doi: 10.1002 / 9783527611591.ch1.
6. Stoeckenius W, Stoeckenius W, Engelman DM, Engelman DM. Bekijk de huidige modellen voor de structuur van biologische membranen. J Cell Biol.