La membrana cellulare è la struttura che separa la cellula dall'esterno. Per questo motivo, in prima analisi, delimita l'ambiente intracellulare da quello extracellulare. Tanto i procarioti, quanto gli eucarioti presentano una membrana cellulare. Negli organismi evoluti è più corretto definire che la membrana separa dei microambienti parzialmente indipendenti tra loro.

Ruolo della membrana

Il primo, ed evidente, compito della membrana è quello di separare l'ambiente esterno da quello interno. Il liquido extracellulare presenta una composizione differente da quello intracellulare, ad esempio nella concentrazione di particolari ioni. La membrana, operando una selezione sul transito degli ioni e - in generale - delle molecole, contribuisce a mantenere i due liquidi separati ed indipendenti e, di conseguenza, regola l'omeostasi. La membrana, oltre ad essere una efficace barriera selettiva, serve anche per la comunicazione cellulare ad esempio per lo scambio di informazioni tra cellule, come nella segnalazione ormonale.

Composizione biochimica della membrana cellulare

Nella membrana cellulare sono presenti proteine, lipidi e carboidrati in aliquote che variano in base al tipo cellulare. La tabella sotto riportata propone, in valore di percentuale, la quantità di ciascuna classe in differenti tipi cellulari. Gli acidi grassi di membrana appartengono alla classe dei grassi saturi ed insaturi; la presenza di differenti acidi grassi, sia per quanto concerne le insaturazioni sia per la posizione di esse, permette una migliore fluidità della membrana cellulare. Altri lipidi, tra cui il colesterolo, rendono più fluida la membrana ma, al tempo stesso, la rendono resistente nei confronti delle alte o delle basse temperature.

  Proteine Lipidi Carboidrati
Mielina 18% 79% 3%
Eritrocita 50% 44% 6%
Epatocita 45% 51% 4%
Mitocondrio 76% 24% 0%

Composizione in proteine, lipidi e carboidrati di differenti membrane cellulari.

Modello a mosaico fluido

Il modello più accreditato di membrana è quello ipotizzato da Singer e Nicolson a metà del XX secolo. La ricostruzione venne ricavata grazie all'osservazione al microscopio elettronico e con la tecnica del freeze fracturing, e prese il nome di modello a mosaico fluido. Secondo questo modello esiste un doppio strato fosfolipidico, o bilayer, nel quale trovano posto proteine, colesterolo, zuccheri ed altre strutture. I lipidi presenti, appartengono alla classe dei fosfolipidi e lo strato che compongono è formato da una testa lipidica con residui di acidi grassi Nella, appena menzionata, testa lipidica i maggiori fosfolipidi presenti sono la fosfatidilcolina, la sfingomielnina, la fosfatidilserina e la fosfatidiletanolamina.

Membrana Cellulare

Il modello a mosaico fluido permette una certa libertà a livello della membrana cellulare. I fosfolipidi, ad esempio possono diffondere lateralmente lungo il layer per "spostarsi" da un punto ad un altro. Inoltre, secondo il modello del flip-flop, un fosfolipide può passare da uno strato all'altro. Questo modello prevede la possibilità di una condizione di "asimmetria" della membrana dove, da un lato, sono presenti specie chimiche di fosfolipidi differenti rispetto al lato opposto.

Permeabilità della membrana

La natura fosfolipidica della membrana la rende praticamente impermeabile a grandi molecole, ad esempio proteine, o a molecole cariche. I lipidi, invece, diffondo in essa in modo relativamente veloce. I gas permeano nella membrana in modo veloce, piccole molecole polari senza carica elettrica possono, seppur lentamente, permeare la membrana.

Proteine di membrana

Le proteine di membrana assolvono numerosi compiti. In linea generale è possibile suddividerle in proteine estrinseche e proteine intrinseche. Alcune proteine, specialmente quelle coinvolte nella segnalazione, prendono direttamente contatto con il citoscheletro mediante i microfilamenti.

Proteine estrinseche

Le proteine estrinseche sono legate alla testa polare degli acidi grassi in maniera debole. Talvolta sono ancorate alle proteine di membrana intrinseche.

Proteine intrinseche

Le proteine intrinseche sono legate in modo più forte e, pertanto, non si possono staccare dalla cellula stessa.

Un'altra classificazione delle proteine di membrana tiene conto del ruolo; per questa ragione è possibile identificare i carriers, che modulano il passaggio di piccole molecole tra l'esterno e l'interno, i recettori che riconoscono, in modo specifico, alcuni segnali molecolari, gli enzimi legati alla membrana e le proteine che si interfacciano con il citoscheletro.

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