La complessità della membrana cellulare: struttura, funzioni e adattamenti

Quali sono le funzioni della membrana cellulare?

La membrana cellulare, anche detta membrana plasmatica, plasmalemma o citomembrana, è un sottile rivestimento che delimita la cellula in tutti gli organismi viventi, la separa dall'ambiente esterno e ne regola gli scambi di elementi e sostanze chimiche con questo. Al pari delle altre membrane biologiche la membrana citoplasmatica è caratterizzata da permeabilità selettiva, ovvero consente ad alcune sostanze di attraversarla più facilmente di altre.

In particolare, la membrana plasmatica e le sue proteine non svolgono un semplice ruolo di barriera ma consentono alla cellula di espletare le proprie funzioni.

Le funzioni della membrana plasmatica sono:

 Delimitazione dell’ambiente esterno extracellulare (nella cellula vegetale, a causa della presenza della parete cellulare, non è a contatto con l’ambiente extracellulare), operando alta selettività verso le sostanze esterne;

 Protezione e isolamento degli organelli nel citoplasma, infatti ogni organello è avvolto dalla membrana cellulare (possono poi esserci modificazioni specifiche in base all’organello);

 Trasporto di sostanze attraverso i fosfolipidi che la compongono e attraverso le proteine che contiene;

 Ricezione dei segnali esterni, che hanno la funzione di modificare il metabolismo cellulare al fine di permettere alla cellula di adattarsi alle modificazioni dell’ambiente esterno;

 Mediazione della comunicazione tra cellule.

Struttura e composizione della membrana

Nei vegetali la parete cellulare può essere separata dalle restanti parti della cellula tramite specifici enzimi (cellulasi e pectinasi), quello che rimane prende il nome di protoplasto (e comprende la membrana cellulare). Inoltre se la cellula viene inserita in una soluzione ipertonica (con alta concentrazione di soluti) il protoplasto si stacca parzialmente dalla parete ad eccezione dei punti in cui sono presenti i plasmodesmi.

La membrana cellulare può essere separata dal resto della cellula tramite una tecnica chiamata ripartizione di fasi o frazionamento cellulare, basata sull’utilizzo di particolare centrifughe che sfruttano i diversi pesi specifici delle componenti della cellula per separarli.

Ruolo dei lipidi e proteine

Le membrane sono costituite da:

 Proteine;

 Lipidi;

 Carboidrati, circa il 10%, legati sul lato esterno.

Per quanto riguarda i lipidi, se ne ritrovano di diversi tipi:

 Steroli, tra cui:

o ß-sitosterolo (più diffuso nei vegetali);

o Colesterolo, negli animali;

Gli steroli sono molecole piccole, hanno funzione di evitare che la membrana diventi troppo compatta o troppo fluida, si trovano nello strato più esterno;

 Lecitine;

 Glicolipidi

Al diminuire della temperatura una membrana rimane fluida fino a quando i fosfolipidi non formano uno stretto impaccamento e la membrana va incontro a solidificazione. La temperatura di solidificazione dipende dalla qualità dei fosfolipidi che la compongono. Infatti se la membrana è ricca di code idrocarburiche insature rimane fluida a temperature più basse. La presenza di ripiegamenti nelle zone in cui sono presenti i doppi legami impedisce alle code idrocarburiche di legarsi in modo stretto (come al contrario succede con gli idrocarburi saturi), questo conferisce particolare fluidità.

Anche il colesterolo influisce molto sulla fluidità: a temperature elevate, ad esempio quella umana, di 37°C, questo steroide riduce la fluidità della membrana limitando il movimento dei fosfolipidi. Al contrario, a basse temperature, ostacola l’associazione stretta dei fosfolipidi. Svolge quindi un ruolo di modulatore della fluidità di membrana. Per svolgere le loro funzioni le membrane devono infatti mantenere un ruolo di fluidità ottimale, basti pensare che quando una membrana solidifica la sua fluidità varia e le proteine enzimatiche presenti su di essa possono inattivarsi, in quanto potrebbero necessitare di movimenti dello strato fosfolipidico per attivarsi.

La composizione delle membrane può modificarsi in base alle condizioni climatiche-ambientali, ad esempio piante coltivate in inverno, come il frumento, aumentano la percentuale di fosfolipidi instauri in autunno per impedire alle membrane di solidificare durante l’inverno.

Le proteine rappresentano circa il 3% delle proteine cellulari totali. Le proteine possono essere di due tipi:

 Intrinseche o integrali, cioè infossate nel bistrato fosfolipidico; a loro volta possono suddividersi in:

o Monopasso, se attraversano il doppio strato una sola volta;

o Multipasso, se attraversano più volte il doppio strato fosfolipidico.

 Proteine estrinseche o periferiche, che non penetrano nello strato fosfolipidico, ma restano nella superficie interna o esterna. Spesso sono ancorate nelle regioni estrinseche delle proteine integrali.