Le proteine di membrana sono proteine situate all'interno del doppio strato fosfolipidico. La membrana plasmatica è una barriera selettiva che permette l'ingresso di molecole nutritive e rilascia all'esterno prodotti metabolici inutili, lasciando all’esterno molecole indesiderabili e microorganismi e all’interno i componenti intracellulari. Essa riceve informazioni, permette alla cellula di muoversi ed espandersi.
Il modello di Singer-Nicolson descrive la membrana plasmatica come un mosaico fluido in cui i componenti sono mobili e capaci di instaurare interazioni transitorie o semipermanenti. I due strati sono asimmetrici e fluidi e ogni membrana deriva da membrane pre-esistenti; il loro accrescimento è determinato dall'inserimento dei lipidi e proteine nella matrice fluida del doppio strato.
Componenti e Dinamiche della Membrana Plasmatica
La fosfatidilserina (PS) si trova nel foglietto interno grazie alla sua carica negativa, che le permette di legarsi con amminoacidi carichi positivamente (lisina e arginina). Il fosfatidilinositolo (PI) gioca un ruolo importante nel trasferimento degli stimoli dalla membrana plasmatica all’interno del citoplasma e nel reclutamento di proteine sul versante citosolico della membrana plasmatica.
La fluidità di membrana è essenziale per il suo funzionamento: una membrana troppo rigida non permetterebbe la mobilità, mentre una membrana troppo fluida mancherebbe il supporto meccanico e i componenti non potrebbero essere orientati. La saturazione delle code idrocarburiche, la presenza di ramificazioni e la presenza di colesterolo influenzano la fluidità della membrana. Sopra la temperatura di transizione, i lipidi sono relativamente fluidi, mentre sotto tale temperatura si trasformano in un gel cristallino congelato.
Le proteine di membrana si muovono, come dimostrato dall'esperimento di Edidin e Frye nel 1970, in cui cellule di topo e umane fuse insieme hanno mostrato la mescolanza delle proteine dopo quaranta minuti. Un altro esperimento, il Recovery Fluorescence After Photobleaching (FRAP), evidenzia come le proteine si muovano in zone sbiancate della membrana cellulare nel tempo.
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La membrana plasmatica apicale regola l’ingresso dei materiali nutritizi e di acqua e la secrezione. Regioni specifiche della membrana, ricche di proteine particolari, colesterolo e sfingolipidi, fungono da centri di assemblaggio di recettori per molecole segnale.
Proteine Integrali: Monopasso e Multipasso
Una proteina che attraversa completamente il doppio strato lipidico della membrana cellulare è definita proteina integrale, intrinseca o transmembrana. Le proteine integrali possiedono diversi domini e regioni: le aree che protrudono verso la parte citoplasmatica o verso l’esterno della cellula sono costituite da residui amminoacidici idrofilici, mentre la regione inserita nello strato lipidico è formata da residui amminoacidici idrofobici.
Proteine monopasso: Proteine che attraversano la membrana una sola volta.
Proteine multipasso: Talune proteine integrali, essendo molto lunghe, sono costrette a ripiegarsi e a formare spirali all’interno della membrana stessa. Queste sono dette proteine multipasso.
Proprio grazie alle loro porzioni extra- e intracellulari, le proteine integrali fungono da recettori o bersagli per molecole segnale. Tali proteine, inoltre, spesso agiscono come canali ionici e proteine di trasporto deputate al passaggio verso e fuori la cellula di ioni o molecole.
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Funzioni delle Proteine Integrali
I canali ionici sono pori idrofilici che attraversano la membrana, per la cui formazione le proteine integrali si ripiegano in modo tale che gli amminoacidi idrofobici vengano a trovarsi perifericamente, interagendo con gli acidi grassi dello strato fosfolipidico, mentre gli amminoacidi idrofilici siano esposti all’interno del canale.
Le proteine di trasporto sono costituite da proteine multipasso che possiedono siti di legame per ioni e molecole da entrambi i lati del doppio strato: quando un soluto si lega al sito, la proteina subisce una modifica conformazionale reversibile; quando la molecola del soluto viene rilasciata sull’altro versante, la proteina ritorna nella sua conformazione di partenza.
Le proteine integrali si muovono nel doppio strato di fosfolipidi e, a causa di ciò, per spiegare la struttura della membrana cellulare è stato proposto il cosiddetto modello a mosaico fluido.
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