MEMBRANA PLASMATICA: CARATTERISTICHE, FUNZIONI E STRUTTURA - BIOLOGIA - 2025

La membrana plasmatica, membrana cellulare, plasmalemma o membrana citoplasmatica, è una struttura lipidica che circonda e delimita le cellule, essendo una componente indispensabile della loro architettura. Le biomembrane hanno la proprietà di racchiudere una certa struttura con il suo esterno. La sua funzione principale è quella di fungere da barriera.

Inoltre, controlla il transito delle particelle che possono entrare e uscire. Le proteine ​​di membrana agiscono come "porte molecolari" con gatekeeper piuttosto esigenti. La composizione della membrana ha anche un ruolo nel riconoscimento cellulare.

Strutturalmente, sono doppi strati costituiti da fosfolipidi, proteine ​​e carboidrati disposti naturalmente. Allo stesso modo, un fosfolipide rappresenta un fosforo con una testa e una coda. La coda è costituita da catene di carbonio insolubili in acqua, queste sono raggruppate verso l'interno.

Invece, le teste sono polari e danno all'ambiente cellulare acquoso. Le membrane sono strutture estremamente stabili. Le forze che le mantengono sono quelle di van der Waals, tra i fosfolipidi che le compongono; ciò consente loro di circondare saldamente il bordo delle celle.

Tuttavia, sono anche abbastanza dinamici e fluidi. Le proprietà delle membrane variano a seconda del tipo di cellula analizzata. Ad esempio, i globuli rossi devono essere elastici per muoversi attraverso i vasi sanguigni.

Al contrario, nei neuroni la membrana (guaina mielinica) ha la struttura necessaria per consentire una conduzione efficiente dell'impulso nervoso.

Caratteristiche generali

Di Jpablo cad, da Wikimedia Commons

Le membrane sono strutture abbastanza dinamiche che variano ampiamente a seconda del tipo di cellula e della composizione dei suoi lipidi. Le membrane vengono modificate secondo queste caratteristiche come segue:

Fluidità della membrana

La membrana non è un'entità statica, si comporta come un fluido. Il grado di fluidità della struttura dipende da diversi fattori, tra questi la composizione lipidica e la temperatura a cui sono esposte le membrane.

Quando tutti i legami che esistono nelle catene di carbonio sono saturi, la membrana tende a comportarsi come un gel e le interazioni di van der Waals sono stabili. Al contrario, quando ci sono doppi legami, le interazioni sono minori e la fluidità aumenta.

Inoltre, c'è un effetto della lunghezza della catena di carbonio. Più è lungo, più interazioni si verificano con i suoi vicini, aumentando così la fluidità. All'aumentare della temperatura, aumenta anche la fluidità della membrana.

Il colesterolo svolge un ruolo indispensabile nella regolazione della fluidità e dipende dalle concentrazioni di colesterolo. Quando le code sono lunghe, il colesterolo funge da immobilizzatore dello stesso, diminuendone la fluidità. Questo fenomeno si verifica a livelli normali di colesterolo.

L'effetto cambia quando i livelli di colesterolo sono inferiori. Interagendo con le code lipidiche, l'effetto che provoca è la loro separazione, riducendo la fluidità.

Curvatura

Come la fluidità, la curvatura della membrana è determinata dai lipidi che compongono ogni particolare membrana.

La curvatura dipende dalle dimensioni della testa e della coda lipidica. Quelli con code lunghe e teste grandi sono piatti; quelli con teste relativamente più piccole tendono a curvarsi molto di più rispetto al gruppo precedente.

Questa proprietà è importante nei fenomeni di evaginazione della membrana, formazione di vescicole, microvilli, tra gli altri.

Distribuzione dei lipidi

I due "fogli" che compongono ciascuna membrana - ricordate che è un doppio strato - non hanno la stessa composizione di lipidi all'interno; per questo motivo si dice che la distribuzione sia asimmetrica. Questo fatto ha importanti conseguenze funzionali.

Un esempio specifico è la composizione della membrana plasmatica degli eritrociti. In questi globuli si trovano sfingomielina e fosfatidilcolina (che formano membrane con una maggiore fluidità relativa) rivolte verso l'esterno della cellula.

I lipidi che tendono a formare strutture più fluide affrontano il citosol. Questo modello non è seguito dal colesterolo, che è distribuito più o meno omogeneamente in entrambi gli strati.

Caratteristiche

La funzione della membrana di ciascun tipo di cellula è strettamente correlata alla sua struttura. Tuttavia, soddisfano le funzioni di base.

Le biomembrane sono responsabili della delimitazione dell'ambiente cellulare. Allo stesso modo, ci sono compartimenti membranosi all'interno della cellula.

Ad esempio, mitocondri e cloroplasti sono circondati da membrane e queste strutture sono coinvolte nelle reazioni biochimiche che si verificano in questi organelli.

Le membrane regolano il passaggio dei materiali nella cellula. Grazie a questa barriera, i materiali necessari possono entrare, passivamente o attivamente (con necessità di ATP). Inoltre, materiali indesiderati o tossici non entrano.

Le membrane mantengono la composizione ionica della cellula a livelli adeguati, attraverso i processi di osmosi e diffusione. L'acqua può fluire liberamente a seconda del suo gradiente di concentrazione. Sali e metaboliti possiedono trasportatori specifici e regolano anche il pH cellulare.

Grazie alla presenza di proteine ​​e canali sulla superficie della membrana, le cellule vicine possono interagire e scambiare materiali. In questo modo, le cellule si uniscono e si formano i tessuti.

Infine, le membrane ospitano un numero significativo di proteine ​​di segnalazione e consentono l'interazione con ormoni, neurotrasmettitori, tra gli altri.

Struttura e composizione

Il componente base delle membrane sono i fosfolipidi. Queste molecole sono anfipatiche, hanno una zona polare e una apolare. Il polare permette loro di interagire con l'acqua, mentre la coda è una catena di carbonio idrofobica.

L'associazione di queste molecole avviene spontaneamente nel doppio strato, con le code idrofobe che interagiscono tra loro e le teste rivolte verso l'esterno.

In una piccola cellula animale troviamo un numero incredibilmente elevato di lipidi, dell'ordine di 10 ⁹ molecole. Le membrane hanno uno spessore di circa 7 nm. Il nucleo interno idrofobo, in quasi tutte le membrane, occupa uno spessore da 3 a 4 nm.

Mosaico fluido

L'attuale modello di biomembrane è noto come "mosaico fluido", formulato negli anni '70 dai ricercatori Singer e Nicolson. Il modello propone che le membrane siano costituite non solo da lipidi, ma anche da carboidrati e proteine. Il termine mosaico si riferisce a questa miscela.

La faccia della membrana che si affaccia all'esterno della cellula è chiamata faccia esoplasmatica. Al contrario, la faccia interna è il citosolico.

Questa stessa nomenclatura si applica alle biomembrane che compongono gli organelli, con l'eccezione che la faccia esoplasmatica in questo caso punta verso l'interno della cellula e non verso l'esterno.

I lipidi che compongono le membrane non sono statici. Questi hanno la capacità di muoversi, con un certo grado di libertà in determinate regioni, attraverso la struttura.

Le membrane sono costituite da tre tipi fondamentali di lipidi: fosfogliceridi, sfingolipidi e steroidi; sono tutte molecole anfipatiche. Descriveremo ogni gruppo in dettaglio di seguito:

Tipi di lipidi

Il primo gruppo, costituito da fosfogliceridi, proviene dal glicerolo-3-fosfato. La coda, di natura idrofobica, è composta da due catene di acidi grassi. La lunghezza delle catene è variabile: possono avere dai 16 ai 18 atomi di carbonio. Possono avere legami singoli o doppi tra i carboni.

La sottoclassificazione di questo gruppo è data dal tipo di testa che presentano. Le fosfatidilcoline sono le più abbondanti e la testa contiene colina. In altri tipi, diverse molecole come l'etanolamina o la serina interagiscono con il gruppo fosfato.

Un altro gruppo di fosfogliceridi sono i plasmalogeni. La catena lipidica è legata al glicerolo da un legame estere; a sua volta, c'è una catena di carbonio legata al glicerolo tramite un legame etereo. Sono abbastanza abbondanti nel cuore e nel cervello.

Gli sfingolipidi provengono dalla sfingosina. La sfingomielina è uno sfingolipide abbondante. I glicolipidi sono costituiti da teste di zuccheri.

La terza e ultima classe di lipidi che compongono le membrane sono gli steroidi. Sono anelli fatti di carboni, uniti in gruppi di quattro. Il colesterolo è uno steroide presente nelle membrane e particolarmente abbondante in quelle dei mammiferi e dei batteri.

Zattere lipidiche

Esistono aree specifiche delle membrane degli organismi eucarioti in cui si concentrano il colesterolo e gli sfingolipidi. Questi domini sono noti anche come lipid rafts.

All'interno di queste regioni ospitano anche diverse proteine, le cui funzioni sono la segnalazione cellulare. Si ritiene che i componenti lipidici modulino i componenti proteici nei raft.

Proteine ​​di membrana

Una serie di proteine ​​sono ancorate all'interno della membrana plasmatica. Questi possono essere integrali, ancorati ai lipidi o localizzati alla periferia.

Gli integrali attraversano la membrana. Pertanto, devono avere domini proteici idrofili e idrofobi per interagire con tutti i componenti.

Nelle proteine ​​ancorate ai lipidi, la catena del carbonio è ancorata in uno degli strati della membrana. La proteina non entra effettivamente nella membrana.

Infine, le periferiche non interagiscono direttamente con la zona idrofobica della membrana. Piuttosto, possono essere attaccati per mezzo di una proteina integrale o dalle teste polari. Possono essere posizionati su entrambi i lati della membrana.

La percentuale di proteine ​​in ciascuna membrana varia ampiamente: dal 20% nei neuroni al 70% nella membrana mitocondriale, poiché necessita di una grande quantità di elementi proteici per svolgere le reazioni metaboliche che vi avvengono.

Riferimenti

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