QUAL È IL MODELLO DI MOSAICO FLUIDO? - BIOLOGIA - 2025

Il modello a mosaico fluido afferma che le membrane cellulari o biomembrane sono strutture dinamiche che presentano fluidità dei loro diversi componenti molecolari, che possono muoversi lateralmente. Cioè, questi componenti sono in movimento e non statici, come si credeva in precedenza.

Questo modello è stato creato da S. Jonathan Singer e Garth. L. Nicolson nel 1972 e oggi è ampiamente accettato dalla comunità scientifica. Tutte le cellule sono contenute da una membrana cellulare con particolarità nella sua costituzione e funzione.

Figura 1. Schema del modello di mosaico fluido. Fonte: di LadyofHats Mariana Ruiz, traduzione Pilar Saenz, tramite Wikimedia Commons

Questa membrana definisce i limiti della cellula, consentendo l'esistenza di differenze tra il citosol (o l'interno della cellula) e l'ambiente esterno. Inoltre, regola lo scambio di sostanze tra la cellula e l'esterno.

Nelle cellule eucariotiche, le membrane interne definiscono anche compartimenti e organelli con diverse funzioni, come mitocondri, cloroplasti, l'involucro nucleare, il reticolo endoplasmatico, l'apparato del Golgi, tra gli altri.

Struttura della membrana cellulare

Generalità

La membrana cellulare è costituita da una struttura impermeabile alle molecole idrosolubili e agli ioni di spessore compreso tra 7 e 9 nanometri. È osservato nelle microfotografie elettroniche come una doppia linea continua e sottile che circonda il citoplasma cellulare.

La membrana è composta da un doppio strato fosfolipidico, con proteine ​​incorporate in tutta la sua struttura e disposte sulla superficie.

Inoltre, contiene molecole di carboidrati su entrambe le superfici (interna ed esterna) e nel caso di cellule animali eucariotiche, ha anche molecole di colesterolo intervallate all'interno del doppio strato.

Doppio strato di fosfolipidi

I fosfolipidi sono molecole anfipatiche che hanno un'estremità idrofila -una fine all'acqua- e un'altra idrofoba -che respinge l'acqua-.

Il doppio strato fosfolipidico che costituisce la membrana cellulare ha catene idrofobiche (apolari) disposte verso l'interno della membrana e estremità idrofile (polari) situate verso l'ambiente esterno.

Pertanto, le teste dei gruppi fosfato di fosfolipidi sono esposte sulla superficie esterna della membrana.

Ricorda che sia l'ambiente esterno che quello interno o citosol sono acquosi. Ciò influenza la disposizione del doppio strato fosfolipidico con le sue parti polari che interagiscono con l'acqua e le sue parti idrofobe che formano la matrice interna della membrana.

Colesterolo

Nella membrana delle cellule animali eucariotiche si trovano molecole di colesterolo incorporate nelle code idrofobiche dei fosfolipidi.

Queste molecole non si trovano nelle membrane delle cellule procariotiche, di alcuni protisti, piante e funghi.

Proteine ​​integrali di membrana o transmembrana

Intersperse all'interno del doppio strato fosfolipidico sono proteine ​​integrali di membrana.

Questi interagiscono in modo non covalente attraverso le loro parti idrofobe, con il doppio strato lipidico, localizzando le loro estremità idrofile verso il mezzo acquoso esterno.

Configurazione delle proteine ​​di membrana

Possono avere una semplice configurazione a forma di bastoncello, con un'alfa elica idrofobica piegata incorporata all'interno della membrana e con porzioni idrofile che si estendono lateralmente.

Possono anche presentare una configurazione più ampia, di tipo globulare e con una complessa struttura terziaria o quaternaria.

Questi ultimi di solito attraversano più volte la membrana cellulare con i loro segmenti di alfa eliche ripetute disposti a zigzag attraverso il doppio strato lipidico.

Pori nelle membrane

Alcune di queste proteine ​​globulari presentano porzioni interne idrofile, formando canali o pori attraverso i quali avviene lo scambio di sostanze polari dall'esterno della cellula al citosol e viceversa.

Proteine ​​periferiche

Sulla superficie della faccia citoplasmatica della membrana cellulare sono presenti proteine ​​della membrana periferica, legate alle parti sporgenti di alcune proteine ​​integrali.

Queste proteine ​​non penetrano nel nucleo idrofobico del doppio strato lipidico.

Copertura di carboidrati

Ci sono molecole di carboidrati su entrambe le superfici della membrana.

In particolare, la superficie esterna della membrana presenta un'abbondanza di glicolipidi. Si vedono anche brevi catene di carboidrati esposte e attaccate in modo covalente a parti proteiche sporgenti, chiamate glicoproteine.

Fluidità della membrana cellulare

Rapporto tra acidi grassi saturi e insaturi

La fluidità della membrana dipende principalmente dal rapporto tra fosfolipidi di acidi grassi saturi e insaturi presenti. Questa fluidità di membrana diminuisce all'aumentare della proporzione di fosfolipidi a catena di acidi grassi saturi rispetto a quelli insaturi.

Ciò è dovuto al fatto che la coesione tra le catene lunghe e semplici di acidi grassi saturi è maggiore, rispetto alla coesione tra le catene corte e insature degli acidi grassi insaturi.

Maggiore è la coesione tra i suoi componenti molecolari, meno fluido presenterà la membrana.

Colesterolo

Le molecole di colesterolo interagiscono attraverso i loro anelli rigidi con le catene idrocarburiche dei lipidi, aumentando la rigidità della membrana e diminuendo la permeabilità della stessa.

Nelle membrane della maggior parte delle cellule eucariotiche, dove c'è una concentrazione relativamente alta di colesterolo, impedisce alle catene di carbonio di legarsi alle basse temperature. Ciò prevede il congelamento della membrana a basse temperature.

Caratteristiche speciali

I diversi tipi di membrane cellulari presentano particolarità nella quantità e nel tipo di proteine ​​e carboidrati, nonché nella varietà di lipidi esistenti.

Queste particolarità sono associate a specifiche funzioni cellulari.

Non ci sono solo differenze costitutive tra le membrane delle cellule eucariotiche e procariotiche e tra quelle degli organelli, ma anche tra le regioni della stessa membrana.

Funzione della membrana cellulare

Generalità

La membrana cellulare delimita la cellula e le consente di mantenere una condizione stabile nel citosol, diversa da quella dell'ambiente esterno. Questo, attraverso la regolazione attiva e passiva del passaggio di sostanze (acqua, ioni e metaboliti) tra loro, mantenendo il potenziale elettrochimico necessario alla funzione cellulare.

Consente inoltre alla cellula di rispondere ai segnali dall'ambiente esterno attraverso i recettori chimici sulla membrana e fornisce siti di ancoraggio per i filamenti citoscheletrici.

Nel caso delle cellule eucariotiche, partecipa anche alla costituzione di compartimenti interni e organelli con specifiche funzioni metaboliche.

Funzione delle proteine ​​nella membrana

Esistono diverse proteine ​​di membrana con funzioni specifiche, tra le quali possiamo citare:

• Enzimi che catalizzano (accelerano) le reazioni chimiche,
• Recettori di membrana coinvolti nel riconoscimento e nel legame di molecole di segnalazione (come gli ormoni),
• La sostanza trasporta proteine ​​attraverso la membrana (verso il citosol e da esso verso l'esterno della cellula). Questi mantengono un gradiente elettrochimico grazie al trasporto di ioni.

Funzione del guscio esterno dei carboidrati

I carboidrati o glicolipidi partecipano all'adesione delle cellule tra loro e al processo di riconoscimento e interazione della membrana cellulare con molecole come anticorpi, ormoni e virus.

Riferimenti

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White HA e Wiedemann, CG (2003). Biologia cellulare, un breve corso. Seconda edizione. Wiley-Liss, pagg. 535.
2. Engelman, D. (2005). Le membrane sono più un mosaico che un fluido. Nature 438 (7068), 578-580. doi: 10.1038 / nature04394
3. Nicolson, GL (2014). Il modello a mosaico fluido della struttura della membrana. Ancora rilevante per comprendere la struttura, la funzione e la dinamica delle membrane biologiche dopo oltre 40 anni. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 1838 (6), 1451-1466. doi: 10.1016 / j.bbamem.2013.10.019
4. Raven, J. (2002). Biologia. Sesta edizione. MGH. pagg 1239.
5. Singer, SJ e Nicolson, GL (1972). Il modello a mosaico fluido della struttura delle membrane cellulari. Science, 175 (4023), 720-731. doi: 10.1126 / science.175.4023.720