Membrane biologiche e trasporto - Schemi riassuntivi di Biochimica

Membrane biologiche e trasporto

Le membrane definiscono i confini esterni delle cellule e regolano il traffico delle molecole attraverso questi confini. Le attività biologiche delle membrane dipendono dalle loro notevoli proprietà fisiche. Le membrane sono resistenti, ma flessibili, autosigillanti e selettivamente permeabili a soluti polari.

Le membrane non sono soltanto barriere passive, esse contengono una serie di proteine specializzate che promuovono o catalizzano un gran numero di processi cellulari.

La composizione e l'architettura delle membrane

Le membrane sono impermeabili alla maggior parte dei soluti carichi o polari, ma sono permeabili ai composti non polari; hanno uno spessore che varia da 5 a 8 nm.

Modello a mosaico fluido descrive la struttura comune a tutte le membrane biologiche. Il doppio strato lipidico è l'unità strutturale di base. Le catene degli acidi grassi dei fosfolipidi e il nucleo steroideo degli steroli sono orientati verso la porzione interna del doppio strato; le loro interazioni idrofobiche stabilizzano il doppio strato lipidico ma gli garantiscono flessibilità.

Le proteine sono immerse in questo foglietto lipidico a doppio strato a intervalli irregolari e sono mantenute nella posizione corretta grazie a interazioni idrofobiche tra i lipidi di membrana e i domini idrofobici delle proteine.

Tipi di proteine di membrana

• Proteine periferiche sporgono solo da un lato o dall'altro della membrana. Sono debolmente associate alla membrana per mezzo di interazioni elettrostatiche e legami idrogeno o mediante ancore lipidiche attaccate in maniera covalente.
• Proteine integrali hanno domini esposti su entrambi i lati del foglietto lipidico. Sono strettamente associate alle membrane per mezzo di interazioni idrofobiche tra il doppio strato lipidico e le catene laterali dei loro amminoacidi non polari.

Molte proteine di membrana contengono oligosaccaridi legati covalentemente. I lipidi e le proteine sono inseriti nel doppio strato con specifici orientamenti, così le membrane sono strutturalmente e funzionalmente asimmetriche.

La fluidità del mosaico di membrana è data dal fatto che le interazioni tra i suoi componenti non sono covalenti, e ogni singola molecola lipidica e proteica è libera di spostarsi lateralmente nel piano della membrana.

Il doppio strato lipidico è l'elemento strutturale di base delle membrane. I glicerofosfolipidi, gli sfingolipidi e gli steroli sono praticamente insolubili in acqua.

Aggregati lipidici

Quando vengono dispersi in acqua, formano spontaneamente degli aggregati microscopici in una fase separata dall'ambiente acquoso circostante e raggruppano le parti idrofobiche tenendole a contatto le une con le altre, mentre le teste polari idrofiliche si dispongono sulla superficie per interagire con il solvente acquoso.

A seconda delle condizioni e della natura chimica dei lipidi, quando in un ambiente acquoso sono dispersi lipidi anfipatici si possono formare 3 tipi di aggregati:

• Le micelle sono strutture sferiche che contengono da una decina a qualche centinaio di molecole. Sono disposte con le catene idrofobiche degli acidi grassi rivolte verso l'interno.