Membrane biologiche

Il modello a mosaico fluido

Le membrane contengono diversi tipi di proteine, di forma e dimensioni diverse, che sono associate al doppio strato per formare una struttura a mosaico. Secondo questo modello a mosaico fluido, le membrane sono costituite da un doppio strato fluido di molecole fosfolipidiche, nel quale le proteine sono immerse come tessere di un mosaico. Questo modello a mosaico non è statico, ma le proteine cambiano continuamente posizione.

Un'importante proprietà fisica dei fosfolipidi è che si comportano come cristalli liquidi. Le molecole lipidiche si organizzano ordinatamente, con le teste rivolte verso l'esterno e le catene di acidi grassi rivolte verso l'interno. Le molecole sono libere di ruotare e di muoversi lateralmente all'interno di un singolo strato e, tale movimento conferisce al doppio strato le proprietà di un fluido bidimensionale.

Una molecola fosfolipidica può muoversi lungo la superficie di una cellula.

stato di fluidità ottimale in diverse condizioni ambientali. Ad esempio, alcuni organismi producono lipidi speciali chiamati lipidi adattogeni che aiutano a mantenere la fluidità della membrana anche a basse temperature. Altri organismi possono modificare la composizione dei loro lipidi di membrana in risposta a cambiamenti di temperatura o di pressione. Questi meccanismi di regolazione sono fondamentali per garantire il corretto funzionamento delle membrane cellulari e la sopravvivenza degli organismi in diversi ambienti.stato fluido ottimale. Alcuni lipidi di membrana hanno la capacità di stabilizzare la fluidità della membrana stessa. Il COLESTEROLO, steroide presente nelle membrane cellulari animali, è uno di questi "TAMPONI DI FLUIDITÀ". La molecola di colesterolo è IDROFOBICA, ma grazie alla presenza di un unico gruppo OSSIDRILICO, è leggermente anfipatica. Il gruppo ossidrilico si associa con le teste idrofiliche dei fosfolipidi; la restante parte della molecola di colesterolo, IDROFOBICA, si incastra tra le catene idrocarburiche degli acidi grassi. A basse temperature le molecole di colesterolo fungono da "spaziatori" tra le CATENE IDROCARBURICHE. Il colesterolo fa si che la membrana non si indebolisca o si destabilizzi ad alte temperature. Le molecole di colesterolo interagiscono con quelle porzioni di catene idrocarburiche più vicine alle teste fosfolipidiche, riducendo il movimento. QUINDI: In quasi tutte le membrane biologiche, i lipidi.del funzionamento delle membrane cellulari. Il doppio strato lipidico è composto da due strati di fosfolipidi, che sono molecole costituite da una testa idrofila e due code idrofobiche. Questa struttura permette alle molecole di fosfolipidi di organizzarsi in modo tale che le teste idrofile si trovino a contatto con l'acqua, mentre le code idrofobiche si trovino all'interno del doppio strato. Questa disposizione delle molecole di fosfolipidi conferisce alla membrana cellulare una caratteristica fondamentale: la fluidità. Le molecole di fosfolipidi possono muoversi liberamente nel piano del doppio strato, permettendo alla membrana di essere flessibile e di adattarsi ai cambiamenti delle condizioni ambientali. Inoltre, all'interno della membrana si trovano anche le proteine, che svolgono diverse funzioni. Anche le proteine possono muoversi all'interno della membrana, grazie alla fluidità del doppio strato lipidico. Questa mobilità delle proteine è importante per il corretto funzionamento delle membrane cellulari. I doppi strati lipidici hanno anche la capacità di formare delle vescicole chiuse. A causa della difficoltà ad avere estremità libere, i doppi strati lipidici tendono a saldarsi tra loro, formando delle vescicole. Queste vescicole sono flessibili e possono cambiare forma senza rompersi. Inoltre, in determinate condizioni, le vescicole possono fondersi tra loro, formando una struttura continua. Questo processo di fusione delle vescicole è importante per il trasferimento di materiale da un compartimento all'altro all'interno della cellula. Ad esempio, le membrane del reticolo endoplasmatico possono formare delle vescicole di trasporto, che successivamente si fondono con le membrane del complesso del Golgi. Questo permette il trasferimento di materiale da un compartimento all'altro all'interno della cellula. In conclusione, i doppi strati lipidici sono flessibili, autosigillanti e capaci di fondersi con altre membrane. Queste proprietà sono fondamentali per il funzionamento delle membrane cellulari e per il trasferimento di materiale all'interno della cellula.

trasporto di materiali da una parte all'altra dellacellula e all'interno di vescicole che gemmano da varie membrane cellulari e si fondonopoi con altre membrane.

PROTEINE INTEGRALI O PERIFERICHE

Le due principali classi di proteine di membrana si distinguono in base al modo in cuisono associate al doppio strato lipidico.

Le PROTEINE DI MEMBRANA INTEGRALI sono strettamente legate alla membrana e possono essere rilasciate solo dopo la distruzione del doppio strato. Queste proteine sono ANFIPATICHE.

Alcune proteine integrali non si estendono completamente lungo la membrana. Molte altre, chiamate PROTEINE TRANSMEMBRANA, invece si estendonocompletamente attraverso la membrana.

Il tipo più comune di proteina transmembrana è un'α-elica, con le catene laterali degli aminoacidi idrofobici che fuoriescono dall'elica nella regione idrofobica del doppio strato lipidico.

Alcune proteine attraversano la membrana sotto forma di foglietti -ripiegati. β

PROTEINE DI MEMBRANA PERIFERICHE non sono inserite nel doppio strato lipidico, ma sono localizzate sulle superfici interna o esterna della membrana plasmatica. Le proteine periferiche possono essere facilmente rimosse dalla membrana senza che la struttura del doppio strato venga distrutta. QUINDI: - Le proteine di membrana integrali sono incastrate nel doppio strato, in modo tale che le loro superfici idrofiliche siano a contatto con l'ambiente acquoso, e le loro superfici idrofobiche siano a contatto con la parte interna idrofobica del doppio strato. Le proteine transmembrana sono proteine integrali che attraversano completamente la membrana. - Le proteine di membrana periferiche sono associate alla superficie del doppio strato, legate alle porzioni esposte di proteine integrali. Possono essere facilmente rimosse senza alterare la struttura della membrana. Le molecole proteiche che costituiscono le membrane biologiche sono ORIENTATE ASIMMETRICAMENTE. L'asimmetria è dovuta al

modo specifico con il quale ciascuna proteina si inserisce nel doppio strato.

Le proteine di membrana che andranno a formare la superficie interna della membrana plasmatica sono prodotte dai ribosomi liberi del reticolo endoplasmatico rugoso. Successivamente passano attraverso la membrana del reticolo endoplasmatico rugoso e vanno nel lume (è lo spazio che si forma all'interno del reticolo endoplasmatico), dove, grazie all'aggiunta di zuccheri, diventano GLICOPROTEINE.

Solo una parte di queste proteine passa attraverso la membrana del reticolo endoplasmatico rugoso. Gli enzimi che permettono il legame tra gli zuccheri e alcuni aminoacidi delle proteine, sono localizzati solo nel lume del reticolo endoplasmatico rugoso.

La porzione di proteina che sporge all'interno del lume del reticolo endoplasmatico rugoso è la stessa che successivamente viene trasferita all'interno del lume dell'apparato di Golgi, dove altri enzimi modificano nuovamente la catena di

carboidrati.Nell'apparato di Golgi, la glicoproteina è selezionata ed indirizzata verso la membranaplasmatica.Quando la vescicola secretoria si fonde con la membrana plasmatica, la catena dicarboidrati diventa la parte della proteina di membrana che si estende all'esterno dellasuperficie cellulare.

LE FUNZIONI DELLE PROTEINE DI MEMBRANALe proteine associate alla membrana sono ESSENZIALI per molte attività.Le proteine di membrana sono suddivisi in gruppi in base alle funzioni che svolgono:

• Alcune svolgono la funzione di ancorare le cellule al substrato. Es: le interine (proteine che si legano ai microfilamenti presenti all'interno della cellula)mediano l'adesione della cellula alla matrice extracellulare. Fungono anche daricettori o siti di ancoraggio per le proteine della matrice extracellulare.
• Alcune formano canali che permettono il passaggio selettivo di determinati ioni o molecole.
• Alcuni sono enzimi in grado di catalizzare reazioni che

avvengono in prossimità della superficie cellulare. Alcuni sono ricettori che ricevono informazioni da altre cellule sotto forma di segnali chimici o elettrici. Alcune possono funzionare come sistema di identificazione che viene riconosciuto da altre cellule. Certe cellule riconoscono come estranee le proteine di superficie, gli antigeni. Essi stimolano la difesa immunitaria che distrugge i batteri.

LA STRUTTURA DELLA MEMBRANA CELLULARE

Una membrana è PERMEABILE se ad una certa sostanza è permesso attraversarla, mentre IMPERMEABILE nel caso contrario. La struttura a mosaico fluido delle membrane biologiche gli permette di funzionare come MEMBRANE SELETTIVAMENTE PERMEABILI permettono il passaggio solo ad alcune sostanze, ma non a tutte. In alcuni casi, la membrana plasmatica può fare da barriera, mentre in altre circostanze può promuovere attivamente il passaggio. Attraverso la membrana plasmatica, una cellula può controllare sia il volume.sia la componente ionica e molecolare interna. Questa regolazione permette alle cellule di avere una composizione interna diversa dall'ambiente esterno. Le membrane biologiche sono permeabili alle molecole apolari (IDROFOBICHE). Queste molecole sono in grado di attraversare il doppio strato lipidico, IDROFOBICO. I gas (es. ossigeno e anidride carbonica) sono piccole molecole APOLARI che attraversano rapidamente il doppio strato lipidico. Le molecole d'acqua, dato che sono POLARI, attraversano il doppio strato lipidico, essendo abbastanza piccole da poter passare attraverso interruzioni che si vengono a formare temporaneamente tra le catene degli acidi grassi. Il doppio strato lipidico della membrana plasmatica è RELATIVAMENTE IMPERMEABILE agli ioni di qualunque dimensione, e alla maggior parte delle molecole polari. Gli IONI sono importanti nella segnalazione cellulare e in molti processi fisiologici. Molti processi cellulari, come la contrazione muscolare, dipendono dai.cambiamentidella concentrazione citoplasma tica degli ioni calcio.Anche il glucosio e gli aminoacidi sono molecole polari che attraversano lentamente ildoppio strato lipidico.Questo rappresenta un vantaggio per le cellule, perché l'impermeabilità dellamembrana impedisce la diffusione di queste molecole all'esterno.LE PROTEINE DI TRASPORTOI due tipi principali di proteine di trasporto di membrana sono le proteine carrier e leproteine canale.Le PROTEINE CARRIER, o TRASPORTATORI, legano lo ione o la molecola e1) subiscono cambiamenti conformazionali, che hanno come risultato iltrasferimento della molecola attraverso la membrana.Il trasferimento di soluti grazie alle proteine carrier localizzate all'interno dellamembrana, è definito TRASPORTO MEDIATO DA CARRIER.I TRASPORTATORI ABC co