La fluidità e la struttura delle membrane cellulari

Il ruolo degli zuccheri nelle membrane

Per quanto riguarda gli zuccheri, possiamo dire che sono ancorati alle proteine soltanto sul lato esterno e hanno legami covalenti glicosidici. Gli zuccheri costituiscono il cosiddetto glicocalice, cioè un rivestimento di protezione, adesione e riconoscimento tra le cellule. Fluidità: è importante perché permette il movimento laterale di lipidi e proteine e fusione di membrane. Una membrana troppo rigida non funziona bene, ma una membrana troppo fluida perde stabilità. Agisce come tampone della fluidità perché la limita ad alte temperature e la aumenta a basse temperature evitando che si compatti troppo. Se con un laser irraggiamo una membrana, questo fungerà da pinzetta perché allunga le membrane. Frye e Edidin hanno confermato la fluidità anche delle proteine con un esperimento: fusero una cellula di topo con una cellula umana, ottenendo un eterocarionte. Le proteine di membrana delle due cellule vennero marcate con anticorpi fluorescenti di colore diverso. All’inizio l’eterocarionte fu mantenuto a 4 °C dove c’è meno fluidità. Quando la cellula fu portata a 37 °C, i due colori iniziarono a mescolarsi, confermando lo spostamento delle proteine.

Tecniche di studio della fluidità

Per dimostrare la fluidità delle membrane è stata fondamentale la scoperta della GFP, una proteina fluorescente verde proveniente da una medusa, nella quale abbiamo la aequorina che a contatto col calcio emette luce blu. La luce blu a sua rende fluorescente la GFP. In laboratorio il gene della GFP viene inserito in un plasmide e fuso con il gene della proteina che si vuole studiare. La cellula così produce una proteina “chimerica” (proteina d’interesse + GFP), che può essere osservata al microscopio quando viene illuminata. Una delle tecniche più importanti che sfruttano la GFP è la FRAP, in cui si marca una proteina di membrana con GFP successivamente si colpisce una piccola area della membrana con un laser fotosbiancante. A questo punto si osserva che in quella zona la fluorescenza tornerà progressivamente, grazie al movimento delle altre proteine d membrana. Il tempo necessario al recupero della fluorescenza permette di calcolare la costante di diffusione, cioè quanto velocemente le proteine si muovono, e la frazione mobile, cioè la percentuale di molecole effettivamente in grado di diffondere.Questa tecnica può essere applicata anche ad altri compartimenti cellulari. La mobilità proteica è diversa nei vari compartimenti perché non dipende solo dalla membrana in sé, ma anche dal contesto in cui la proteina si trova. Concludiamo dicendo che la fluidità è vitale per la cellula.

Struttura e funzione del doppio strato lipidico

Il doppio strato fosfolipidico che costituisce la membrana cellulare ha una forma sferica essendo questa la forma energeticamente più favorevole, perché limita il contatto tra acqua e parte idrofobica. I lipidi conici per raggiungere questa stabilità formano micelle. Il doppio strato lipidico non è omogeneo, ma può organizzarsi in regioni con composizione e proprietà fisiche diverse, come i lipid rafts. Questo accade perché non tutti i lipidi hanno le stesse caratteristiche fisiche e anche il colesterolo ha una struttura rigida. Quando si inserisce il colesterolo tra i fosfolipidi, esso interagisce preferenzialmente con lipidi a catene sature e lunghe (glicosfingolipidi), favorendo la formazione quindi di zone più compatte, cioè i lipid rafts. Di conseguenza, queste regioni risultano leggermente più spesse rispetto alla membrana circostante. I lipid rafts sono importanti perché permettono di concentrare nello stesso punto molecole coinvolte negli stessi processi, ad esempio nella segnalazione cellulare o nell’endocitosi. Nelle membrane troviamo i fosfolipidi (hanno glicerolo), sfingolipidi (hanno glicerolo) e glicolipidi (hanno parte zuccherina). Asimmetria: la composizione chimica delle membrane è diversa tra foglietto interno e foglietto esterno. Selettività permeabile: la membrana non lascia stare tutte le molecole ma funge da barriera selettiva. Per alcune molecole piccole apolari è completamente permeabile, per altre molecole cariche popolari è selettivamente permeabile perché le lascia passare tramite trasportatori.