Membrane cellulari

Le membrane cellulari

La membrana citoplasmatica regola l'entrata e l'uscita delle sostanze dalla cellula e del materiale nella cellula (come l'omeostasi cellulare e la comunicazione). La membrana citoplasmatica rappresenta il confine della vita, la barriera che separa ogni cellula vivente dall'ambiente circostante e controlla il traffico fra l'interno e l'esterno della cellula che delimita. La membrana citoplasmatica è caratterizzata da permeabilità selettiva, ossia consente ad alcune sostanze di attraversarla più facilmente di altre. La capacità della cellula di controllare gli scambi chimici con l'ambiente è un aspetto cruciale per la vita stessa ed è proprio la membrana con le sue molecole costitutive che rende possibile tale selettività.

Funzioni della membrana

• Delimita i contorni della cellula e dei suoi organuli;
• Costituiscono i siti di specifiche proteine (enzimi e recettori);
• Assicurano e regolano i processi di trasporto;
• Contengono i recettori necessari per rilevare i segnali esterni;
• Forniscono i meccanismi per il contatto, la comunicazione e l'adesione cellula-cellula.

I fosfolipidi

Lipidi e proteine sono i costituenti fondamentali delle membrane, anche se i carboidrati rivestono una certa importanza. I lipidi presenti in maggior quantità nelle strutture membranose sono i fosfolipidi; la capacità di queste molecole di dar vita alle membrane è una proprietà intrinseca riconducibile alla loro struttura chimica. Un fosfolipide è una molecola anfipatica, costituita da una regione idrofila e da una idrofoba. Questo orientamento molecolare massimizza il contatto tra le regioni idrofile delle proteine e l'acqua presente nel citosol e nel fluido extracellulare, mantenendo le loro parti idrofobe in un ambiente non acquoso.

Anche altri lipidi, i glicolipidi, costituiscono le membrane, soprattutto nelle cellule nervose. Alcuni glicolipidi sono gli antigeni dei globuli rossi, sulla base dei quali distinguiamo i gruppi sanguigni. Formano due legami estere e un legame con un gruppo fosfato. In acqua in piccole quantità formano micelle.

Le membrane negli archei e nei batteri

I modelli di membrana citoplasmatica

La lunghezza degli acidi grassi e la presenza di doppi legami influenzano la fluidità della membrana.

Il modello a mosaico fluido

La disposizione delle molecole all'interno della membrana citoplasmatica è chiamata modello a mosaico fluido, la membrana è un mosaico di molecole proteiche immerse in un doppio strato fluido di fosfolipidi. Tuttavia, le proteine non sono distribuite casualmente all'interno della membrana. Spesso, gruppi di proteine sono associati in zone specializzate e durevoli in cui le stesse svolgono le loro normali funzioni.

La maggior parte dei lipidi e alcune proteine possono spostarsi lateralmente, ossia sul piano della membrana. In aggiunta, molto raramente un lipide potrebbe ribaltarsi trasversalmente (movimento di flip-flop) attraverso la membrana, passando da uno strato fosfolipidico all'altro. Il movimento laterale dei fosfolipidi all'interno delle membrane è rapido. Le proteine sono molto più voluminose dei lipidi e, di conseguenza, si muovono più lentamente; tuttavia alcune proteine di membrana vanno effettivamente incontro a spostamenti.

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 della membrana dipende dalla qualità dei fosfolipidi che la compongono. Se la membrana è ricca in fosfolipidi a elevato contenuto di code idrocarburiche insature rimane fluida a temperature più basse.

Il colesterolo

Il colesterolo aumenta la viscosità della membrana o la diminuisce (adattamento omeoviscoso). Le proteine di membrana sono organizzate in un modello a mosaico fluido. Sono presenti delle proteine intrinseche nella membrana. Se le proteine attraversano solo una parte di membrana vengono chiamate monotopiche, mentre se la attraversano completamente si chiamano multipasso. In alcuni casi ci sono più monomeri collegati insieme e attraversano la membrana. Le proteine periferiche sono collegate e ancorate al doppio strato lipidico.

Struttura e polarità della membrana citoplasmatica

Il glicocalice

In alcune cellule animali i gruppi glucidici delle glicoproteine e dei glicolipidi formano un rivestimento superficiale chiamato glicocalice (glicoproteine rivolte verso l'esterno che formano una struttura). È il primo punto di contatto con il materiale.

Produzione della membrana citoplasmatica

Nel sistema endomembranoso si formano delle vescicole che vengono rilasciate dal reticolo endoplasmatico o dall'apparato di Golgi. La vescicola si rovescia dall'interno verso l'esterno. Le membrane vengono modificate anche chimicamente, devono infatti essere fluide per essere più facilmente modificabili.

Le funzioni delle proteine di membrana

• Trasporto – far passare le sostanze tra interno ed esterno
• Attività enzimatica – promuovono alcuni processi
• Trasduzione del segnale
• Adesioni tra cellula e cellula
• Riconoscimento cellulare
• Adesione del citoscheletro alla matrice extracellulare

Cosa passa spontaneamente o cosa no?

Passano spontaneamente le sostanze idrofobe (idrocarburi, O₂, CO₂). Non passano spontaneamente le sostanze idrofile, polari, ioniche, H₂O – hanno un guscio di idratazione. Il passaggio di queste è permesso dalle acquaporine, che sono proteine di membrana.

Le proteine di membrana e trasduzione del segnale Le proteine di membrana con funzioni di trasporto consentono lo specifico