Membrana plasmatica

GLICOCALICE

È un rivestimento uniforme collocato sulla superficie (tutta o in parte) delle cellule. È costituito da

oligosaccaridi (catene corte e numerose), i quali determinano per ciascun tipo cellulare un distinto marker

di identificazione. È usato nel riconoscimento cellula-cellula (che può mediare anche un’interazione molto

più marcata).

A volte interviene in un’inibizione da contatto, importante sia in un organismo in quanto impedisce una

proliferazione anomala, sia in cellule in coltura in quanto, una volta ricoperta la superficie della Petri, il

glicocalice impedisce che le cellule continuino a proliferare andando a formare un secondo strato sopra.

Media la risposta infiammatoria. Esempio della proteina

glicoforina. Una proteina glicosilata monopasso tipica della

membrana plasmatica dei globuli rossi (sono cellule singole).

Le glicoforine vanno a creare un rivestimento uniforme su tutta la

superficie della cellula, il quale è altamente idrofilico. Le funzioni

svolte da questo “mantello” sono: aumentare la solubilità

dell’eritrocita nel plasma e mantenere l’eritrocita isolato da tutto

ciò che c’è nel sangue (mantenere l’individualità dell’eritrocita).

Anche a livello di tessuto (e non solo di cellula singola) è presente

il glicocalice.

Esempio: sulla porzione apicale dei microvilli (caratterizzano la regione apicale degli enterociti) è presente il

glicocalice, il quale non è presente sulla porzione laterale di queste strutture in quanto lì viene mediato il

contatto con le cellule adiacenti, e non è presente nemmeno sulla porzione basale in quanto lì viene mediato

il contatto con la lamina basale.

CITOSCHELETRO

Componente presente nel citosol, ma molto importante anche per l’organizzazione della membrana

Etimologia: “cito” = cellula, quindi è lo scheletro della cellula. È costituito da componenti proteiche che danno

la forma alla cellula, regolano la disposizione degli organelli, favoriscono una divisione cellulare.

Interagisce con le proteine transmembrana che devono, in alcuni domini di membrana, mantenere una

posizione ben definita: la fluidità di membrana favorisce il movimento di fosfolipidi e proteine integrali, ma

il grado di libertà delle seconde è controllato dalla componente citoscheletrica sul lato citosolico, da

componenti della matrice cellulare sul lato esoplasmatico.

Quindi, alcune proteine integrali sono in grado di ancorarsi ad alcuni componenti dell’ambiente biologico per

potersi inserire in un dominio ben preciso.

Esperimento: sono state prese alcune proteine integrali di membrana e sono state alterate geneticamente;

si è osservato che con un’alterazione di questo tipo le proteine sono in grado di coprire distanze maggiori

spostandosi nel doppio strato di fosfolipidi rispetto a proteine integrali dello stesso tipo senza modificazioni

genetiche.

I risultati di questo esperimento hanno portato i ricercatori a definire che una normale proteina integrale è

ancorata:

Sul lato citosolico dal citoscheletro

• Sul lato extracellulare dai componenti della matrice

•

ZATTERE LIPIDICHE

Il modello a mosaico fluido è fatto da

fosfolipidi, proteine transmembrana

glicosilate e non, colesterolo.

Trenta anni dopo, alcuni dati

sperimentali hanno permesso di

arricchire questo iniziale modello tanto

che oggi, infatti, possediamo un modello

a mosaico fluido aggiornato: sono stati

aggiunti specifici domini di membrana

chiamati zattere lipidiche, le quali

identificano in punti specifici della

membrana una particolare struttura e

comportamento.

Queste sono state inizialmente

osservate sul monostrato esterno

della membrana plasmatica di cellule

eucariote, poi anche su quello interno.

Le zattere lipidiche (o lipid raft) sono definite come aree eterogene rispetto alla restante membrana

plasmatica caratterizzate da:

Accumulo di particolari proteine, in genere con funzione recettoriale tali proteine sono centri di

• →

assemblaggio di recettori per segnali che arrivano dall’ambiente esterno

Accumulo di colesterolo (che ne aumenta la fluidità)

• Accumulo di glicosfingolipidi (se nel monostrato esterno) o sfigolipidi (nel monostrato interno)

• Fosfolipidi con code più lunghe di acidi grassi questa regione è più spessa e sporge da entrambi i

• →

lati (come se fosse una zattera nel mare di fosfolipidi circostanti)

Fosfolipidi con code sature di acidi grassi per garantire comunque la fluidità c’è molto colesterolo.

• →

Perché è importante conoscere la composizione di una membrana cellulare?

Innanzi tutto, per comprenderne il funzionamento all’interno di una cellula, di un tessuto e di un organismo,

ma anche per sfruttarla in ambiti particolari, come, per esempio, per veicolare un farmaco o per trasportare

un anticorpo.

Esempio: un liposoma è una piccola struttura delimitata solo da fosfolipidi (non ci sono proteine) che può

essere sintetizzata in laboratorio e utilizzata in diversi modi.

I liposoma può essere usato come carrier, cioè come sistema di trasporto per farmaci. Durante la sintesi del

liposoma può essere inserito all’interno del suo lume un farmaco (sotto forma di cristallo), il quale ha

caratteristiche idrofiliche, e quindi sta bene in un ambiente acquoso. Il liposoma, essendo fatto da fosfolipidi,

può interagire facilmente con una membrana plasmatica e traslocare il farmaco idrofilico all’interno della

cellula stessa, farmaco che altrimenti, per le sue caratteristiche, non riuscirebbe ad attraversare la membrana

plasmatica di un’ipotetica cellula bersaglio.

Durante la sintesi del liposoma può essere inserito al suo interno anche un farmaco con caratteristiche

liposolubili, il quale quindi si inserirà a livello del doppio strato fosfolipidico.

La superficie del liposoma può essere funzionalizzata con un

anticorpo.

liposoma può essere reso facilmente veicolabile all’interno

Il

dell’organismo se all’esterno viene funzionalizzato, cioè viene

creato un rivestimento che impedisce che il liposoma

interagisca con la frazione corpuscolata del sangue, per

esempio, in modo che il liposoma giunga a destinazione senza

alcun ostacolo.

Come si è giunti a una tale conoscenza della composizione delle membrane?

Le membrane non sono strutture facilmente manipolabili dal momento che il loro spessore è nanometrico.

Per studiarle è necessario preparare opportuni campioni da osservare al microscopio elettronico, ma nel

secolo scorso è stata messa a punto anche una particolare tecnica, chiamata tecnica freeze-fracture: la

membrana viene congelata e poi tagliata in modo tale che il monostrato esterno possa staccarsi da quello

interno e a seconda della forza esercitata dall’operatore che, con un opportuno strumento, imprime a livello

del campione, la membrana si separa nei due monostrati e le proteine transmembrana possono o rimanere

ancorate al monostrato fosfolipidico citoplasmatico, o rimanere ancorate al monostrato fosfolipidico

esterno.

Nel primo caso le proteine lasceranno delle specie di buchi o

impronte (che coincidono con lo spazio da loro occupato) sul

monostrato esterno, nel secondo caso, ugualmente, le proteine

lasceranno buchi nel monostrato interno.

DOMINIO DI MEMBRANA E POLARITÀ CELLULARE

Il termine “dominio” può essere usato in contesti diversi:

Dominio di una proteina, se si intende un tratto della catena polipeptidica che costituisce quella

• proteina (per esempio, nelle proteine transmembrana integrali ci sono tre domini, uno idrofobico e

due idrofilici)

Dominio di membrana, se si intente una particolare porzione della membrana caratterizzata da

• particolari fosfolipidi, glicolipidi, quantità di colesterolo, … (per esempio, le zattere di membrana)

Vediamo ora, attraverso un esempio, quali possono essere i diversi domini di membrana di una

cellula.

ENTEROCITA: cellula dell’epitelio monostratificato cilindrico di rivestimento dell’intestino, a mutuo

contatto (attraverso giunzioni) con le cellule adiacenti, appoggiato su una lamina.

La sua membrana plasmatica è suddivisa in regioni (domini) diverse a seconda della funzione svolta e delle

caratteristiche:

Dominio laterale a livello di questo tratto di membrana plasmatica laterale la cellula può

• →

instaurare giunzioni, punti di contatto con la cellula adiacente.

Dominio basale instaura legami con la componente della matrice extracellulare del tessuto

• →

connettivo (lamina basale) formando altre giunzioni. La membrana plasmatica poggia sulla lamina

basale o membrana basale (sottilissimo strato con una ricca presenza di componente fibrosa)

[dominio basale] à punto di contatto su cui costruire l’epitelio

Dominio apicale La regione apicale della cellula si solleva a formare delle estroflessioni digitiformi

• →

chiamate microvilli. La sua funzione è quella di assumere sostanze nutritizie (come il glucosio, per

esempio) presenti nel lume dell’intestino e di trasportarle, attraverso delle proteine trasportatrici

transmembrana, all’interno della cellula. Esempio di enterocita (siamo a livello dell’epitelio

intestinale) [regione apicale della cellula o dominio della cellula]

Il concetto di dominio di membrana va di pari passo con quello di polarità cellulare, che consiste nella

presenza all’interno della cellula di due regioni morfologicamente e funzionalmente ben distinte. Nel

caso dell’enterocita le due regioni sono quella apicale che presenta microvilli e quella basale che non li

presenta. Un'altra cellula che possiamo prendere come esempio è lo spermatozoo: esso possiede una testa,

che contiene il nucleo, la vescicola cromosomiale e un sottile strato di citoplasma, e un lungo flagello; si dice

dunque che la molecola è polarizzata.

Un altro esempio che si usa per far risaltare la polarità si una cellula è la morfologia dello spermatozoo.

Durante un processo di spermatogenesi si forma quattro cellule aploidi che non sono ancora gli spermatozoi

ma sono detti spermatidi, cellule abbastanza voluminose e tondeggianti. Per far si che il gamete possa

fecondare la cellula uovo lo spermatozoo (cellula con polarità molto marcata) è composto dalla testa dello

spermatozoo, che ha una morfologia ed una organizzazione tutta sua e l’estremità opposta il flagello,

completamente diversa.

Nella testa abbiamo una vescicola chiamata vescicola acrosimica golgiana (si forma nel golgi) e contiene

enzimi litici (non ci sono altri organelli perché sono stati tutti eliminati durante il processo di maturazione

dello spermatido a spermatozoo