La membrana cellulare, o plasmatica, o plasmalemma, è un involucro che riveste la cellula. È una struttura assai flessibile, resistente alla lacerazione e la permeabilità è altamente selettiva. La membrana cellulare, essendo esposta all'ambiente esterno, è un importante sito di comunicazione cellula-cellula.
Struttura della Membrana Cellulare
La struttura della membrana cellulare è più comunemente descritta come "modello a mosaico fluido". Questo modello descrive la membrana cellulare come un doppio strato di fosfolipidi contenente proteine e colesterolo distribuiti in tutto il doppio strato. La membrana cellulare è "fluida" perché i singoli fosfolipidi possono muoversi in modo flessibile all'interno dello strato e "a mosaico" perché i diversi componenti della membrana hanno forme e dimensioni diverse, e sono posizionati sia nelle superfici sia immersi all'interno della stessa membrana.
Per quanto riguarda la struttura, è formata da un doppio strato di fosfolipidi, con le teste idrofile che sporgono verso l'esterno e le code idrofobe rivolte all'interno. Nelle cellule animali, tra le code idrofobe si inseriscono molecole di colesterolo che rendono meno fluida la membrana. Sulle facce rivolte all'esterno e all'interno della cellula si trovano numerose proteine di tipo diverso secondo il tipo di cellula.
Componenti Principali della Membrana Cellulare
- Fosfolipidi: I lipidi sono sicuramente la componente fondamentale, in quanto costituiscono le biomolecole maggiormente rappresentata. La loro funzione è principalmente strutturale. I fosfolipidi contengono due regioni distinte: una testa idrofila e una coda idrofoba. La testa idrofila polare interagisce con l'acqua dell'ambiente extracellulare e del citoplasma intracellulare. Nel frattempo, la coda idrofobica non polare forma un nucleo all'interno della membrana e viene respinta dall'acqua. Di conseguenza, il bilayer è formato da due strati di fosfolipidi. I fosfolipidi vengono anche definiti molecole anfipatiche, il che significa che contengono contemporaneamente una regione idrofila e una idrofobica.
- Proteine di Membrana: Anche le proteine sono fondamentali, non tanto dal punto di vista strutturale ma da quello funzionale (le proteine di membrana svolgono tantissime funzioni). Esistono due tipi di proteine di membrana distribuite nel doppio strato fosfolipidico: proteine integrali e proteine periferiche. Le proteine integrali, o intrinseche, presentano regioni idrofobiche e regioni idrofile e questo permette loro di immergersi parzialmente o attraversare la membrana (proteine transmembrana). Le proteine periferiche sono diverse in quanto si trovano solo su un lato del doppio strato fosfolipidico, sul lato extracellulare o intracellulare.
- Glicoproteine e Glicolipidi: Le glicoproteine sono proteine con una componente costituita da carboidrati. Le loro funzioni principali sono quelle di contribuire all'adesione cellulare e di agire come recettori per la comunicazione cellulare. I glicolipidi sono simili alle glicoproteine, ma sono lipidi con una componente costituita da carboidrati. Come le glicoproteine, sono ottimi per l'adesione cellulare e funzionano anche come siti di riconoscimento degli antigeni.
- Colesterolo: Le molecole di colesterolo sono simili ai fosfolipidi in quanto presentano un'estremità idrofobica e una idrofila. Ciò consente all'estremità idrofila del colesterolo di interagire con le teste dei fosfolipidi, mentre l'estremità idrofoba del colesterolo interagisce con il nucleo fosfolipidico delle code. Il colesterolo svolge due funzioni principali: impedisce all'acqua e agli ioni di fuoriuscire dalla cellula e regolare la fluidità della membrana.
Funzioni della Membrana Cellulare
La prima funzione, svolta dalla membrana cellulare, è quella di proteggere la cellula dall’ambiente esterno e di contenere il citoplasma. Le membrane cellulari svolgono tre funzioni principali: comunicazione cellulare, compartimentazione e regolazione del trasporto cellulare.
Funzioni Principali
- Comunicazione Cellulare: La membrana cellulare contiene componenti chiamati glicolipidi e glicoproteine, che fungono da recettori e antigeni per la comunicazione cellulare. Specifiche molecole di segnalazione si legano a questi recettori o antigeni e avviano una catena di reazioni chimiche all'interno della cellula.
- Compartimentazione: Le membrane cellulari tengono separate le reazioni metaboliche incompatibili, separando il contenuto della cellula dall'ambiente extracellulare e gli organelli dall'ambiente citoplasmatico. Ciò garantisce che ogni cellula e ogni organello possano mantenere le condizioni ottimali per le specifiche reazioni metaboliche associate ad ogni organello.
- Regolazione del Trasporto Cellulare: Il passaggio delle molecole ed elementi che entrano ed escono dalla cellula è mediato dalla membrana della superficie cellulare. La permeabilità è la facilità con cui le molecole possono passare attraverso la membrana cellulare - la membrana cellulare è una barriera semipermeabile, il che significa che solo alcune molecole possono passare.
Proteine di Membrana e Trasporto
Le proteine integrali si estendono per tutta la lunghezza del doppio strato fosfolipidico e sono fortemente coinvolte nel trasporto attraverso la membrana. Esistono due tipi di proteine integrali: le proteine canale e le proteine trasportatrici. Le proteine canale, o porine, forniscono un canale idrofilo alle molecole polari, come gli ioni, per attraversare la membrana. Le proteine di trasporto cambiano la loro forma conformazionale per consentire il passaggio delle molecole.
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Il passaggio di ioni attraverso la membrana può avvenire secondo gradiente (senza consumo di energia) o contro gradiente (con consumo di energia). I canali ionici sono responsabili del passaggio secondo gradiente e sono formati, in genere, da più sub-unità proteiche trans-membrana che si uniscono a formare una struttura tridimensionale che attraversa la membrana e al cui interno è presente un poro acquoso in cui possono fluire gli ioni.
Fattori che Influenzano la Struttura della Membrana Cellulare
Per svolgere queste funzioni vitali, è necessario mantenere stabile la forma e la struttura della membrana cellulare. Esamineremo i fattori che possono influenzare questo aspetto.
- Solventi: Il doppio strato fosfolipidico è disposto con le teste idrofile rivolte verso l'ambiente acquoso e le code idrofobe che formano un nucleo lontano dall'ambiente acquoso. Questa configurazione è possibile solo con l'acqua come solvente principale. L'acqua è un solvente polare e se le cellule vengono poste in solventi meno polari, la membrana cellulare può essere perturbata.
- Temperatura: Le cellule funzionano meglio alla temperatura ottimale di 37°C. A temperature più elevate, le membrane cellulari diventano più fluide e permeabili. A temperature più basse, la membrana cellulare diventa più rigida perché i fosfolipidi hanno meno energia cinetica.
Membrana Cellulare - Punti Chiave
- La membrana cellulare ha tre funzioni principali: comunicazione cellulare, compartimentazione e regolazione di ciò che entra ed esce dalla cellula.
- La struttura della membrana cellulare è composta da fosfolipidi, proteine di membrana, glicolipidi, glicoproteine e colesterolo. Questo è descritto come "modello a mosaico fluido".
- I solventi e la temperatura influenzano la struttura e la permeabilità della membrana cellulare.
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