La fluidità delle membrane cellulari e il trasporto delle sostanze

Importanza della fluidità delle membrane

Molti dei processi cellulari fondamentali, compresi il movimento, l’accrescimento, la divisione, la formazione di giunzione intercellulari, la secrezione e l’endocitosi, dipendono dal movimento dei componenti della membrana e probabilmente non sarebbero possibili se le membrane fossero strutture rigide, non fluide.

Adattamenti cellulari alla temperatura

La temperatura interna della maggior parte degli organismi (ad eccezione degli uccelli e dei mammiferi) varia con il variare della temperatura dell’ambiente. Dato che per molte attività è necessario che la membrana di una cellula rimanga allo stato fluido, le cellule rispondono a cambiamenti di condizioni modificando il tipo di cui sono costituite.

Esperimenti sulla mobilità delle proteine

Le proprietà dinamiche delle proteine di membrana sono state messe in evidenzia in diversi modi. La fusione cellulare è una tecnica mediante la quale si possono unire due tipi diversi di cellule o cellule di due specie diverse, per formare una cellula con un citoplasma comune ed unica membrana plasmatica continua. Le cellule vengono indotte a fondersi immettendo nella coltura certi virus inattivi che si attaccano alla membrana plasmatica, addizionando alla coltura glicolipolietilemico, o con un leggero shock elettrico. Il primo esperimento in tal senso, che dimostrò che le proteine si muovessero, fu condotto 1970 da Frye e Edidin, fondendo insieme cellule di topo e cellule umane; le proteine delle cellule di topo furono evidenziate con colorante fluorescente verde e quelle delle cellule umane con colorante fluorescente rosso. Al momento della fusione nella membrana plasmatica dalle cellule ibride appariva chiara la distinzione tra cellule topo e cellule umane perché i due tipi di proteine marcate rimanevano segregate nel proprio emisfero. Circa 40 minuti dopo la fusione, le proteine delle due specie erano distribuite in modo uniforme nell’ intere membrane ibride, come se si fosse mescolata.

Tipi di mobilità delle proteine

Secondo il tipo di cellule e delle condizioni le proteine integrali di membrana possono esibire diversi tipi di mobilità:

- ci sono proteine capaci di muoversi casualmente nella membrana, sebbene abbiamo una velocità di movimento limitato;

- proteine immobili a causa delle interazioni col citoscheletro sottostante la membrana;

- proteine che si spostano seguendo una determinata direzione poiché interagiscono con una proteina motrice sulla superficie interna della membrana;

- proteine capaci di diffondersi che hanno movimenti limitati da altre proteine;

- proteine in grado di diffondersi solo entro una palizzata costituita da materiale extracellulare.

Meccanismi di trasporto attraverso le membrane

Sono diversi i processi mediante i quali le sostanze si muovono attraverso le membrane. Questi movimenti possono avvenire fondamentalmente in due modi: in modo passivo, per diffusione, o in modo attivo, per mezzo di qualche tipo di processo di trasporto richiedente energia, attraverso un Flusso Netto che indica il movimento della sostanza verso l’interno e quello verso l’esterno non sono in equilibrio, ma uno supera l’altro. I processi sono fondamentalmente: diffusione semplice, attraverso il doppio strato lipidico, sempre diretta dalla concentrazione più elevata verso quella minore. La diffusione semplice attraverso un canale liquidoso formato all’ interno di una proteina integrale di membrana sempre secondo il gradiente di concentrazione.

Le diffusioni facilitate dove le molecole di un soluto si legano ad una proteina trasportatrice sempre secondo il gradiente di concentrazione. Il trasporto attivo per mezzo di una proteina trasportatrice con un sito di legame specifico che va incontro ad un cambiamento d’affinità guidato dall’energia rilasciata da un processo esoenergetico, come Idrolisi dell’ATP, contro gradiente di concentrazione.

N.B. = la diffusione è un processo spontaneo durante il quale una sostanza si sposta da una regione ad elevata concentrazione ad una a bassa concentrazione, eliminando alla fine la differenza di concentrazione fra le due regioni.