Membrana cellulare

Struttura della membrana

La membrana plasmatica

Definisce i confini di cellula e organelli (compartimentazione) e mantiene le differenze essenziali fra citosol e ambiente extracellulare. È una struttura dinamica e fluida. I gradienti ionici sono usati per sintesi ATP e spingere il movimento di soluti. Le proteine agiscono da sensori di segnali esterni oppure mediano il trasporto di molecole.

Le membrane biologiche hanno una struttura generale comune: un sottile film di molecole lipidiche e proteiche (visibile a microscopia elettronica). Il doppio strato lipidico fornisce la struttura fluida e serve da barriera impermeabile al passaggio delle molecole solubili in acqua.

Il doppio strato lipidico

Il 50% della massa delle membrane è costituita da molecole lipidiche, il restante da molecole proteiche. Tutte le molecole lipidiche nelle membrane sono anfipatiche, cioè hanno un'estremità idrofilica (polare) e un'estremità idrofobica (non polare).

I lipidi di membrana più abbondanti sono i fosfolipidi, formati da una testa polare e due code idrocarburiche idrofobiche. Le code di solito sono acidi grassi, che possono contenere doppi legami (cis) oppure non contenerli (coda satura). I doppi legami cis creano una piccola piega nella coda.

Tra i fosfolipidi principali ci sono i fosfogliceridi, che hanno un’ossatura di glicerolo a tre atomi di carbonio. Le due code sono acidi grassi a catena lunga legate a due atomi di carbonio mediante legame estere; il terzo atomo di carbonio del glicerolo è legato a un gruppo fosfato che a sua volta è legato a uno dei tanti gruppi di testa.

• Fosfatidiletanolammina
• Fosfatidilserina (ha una carica negativa netta)
• Fosfatidilcolina
• Fosfatidilinositolo (guida traffico di membrana e segnalazione cellulare)

Un altro fosfolipide è la sfingomielina, costituito da sfingosina invece di glicerolo. La sfingosina è una lunga catena acida costituita da un gruppo amminico e due gruppi ossidrile (OH). Una coda di acido grasso si lega al gruppo amminico e una fosfocolina si lega ad un gruppo ossidrile lasciandone libero un altro.

Molte membrane cellulari contengono anche colesterolo e glicolipidi. Il colesterolo è uno sterolo contenente una struttura rigida ad anello, a cui sono attaccati un gruppo ossidrile polare e una breve catena idrocarburica apolare. La quantità di colesterolo è maggiore nelle membrane esterne ed è di meno in quelle interne.

I fosfolipidi formano spontaneamente doppi strati

Le code apolari sono stabilizzate tramite interazioni di van der Waals, mentre le teste apolari formano legami ionici e a idrogeno tra loro e con l’acqua circostante. La forma e la natura anfipatica dei fosfolipidi fanno formare loro spontaneamente doppi strati con le code idrofobiche all'interno e le teste idrofiliche all'esterno.

La formazione può avvenire tramite micelle (tutte le code verso l’interno), attraverso doppi strati (con le code racchiuse tra i gruppi di testa), oppure attraverso i liposomi (doppio strato fosfolipidico che delimita un centro acquoso). Le stesse forze che spingono la formazione di doppi strati spingono anche l'autoriparazione in caso di strappi dove si viene a trovare un bordo libero a contatto con l’acqua, il che è sfavorevole. L’unico modo per un doppio strato di non avere bordi liberi è quello di chiudersi formando una sfera.