Lipidi di membrana
La membrana cellulare è una struttura dinamica composta da lipidi, proteine e carboidrati. Protegge la cellula impedendo ai materiali di fuoriuscire, controlla ciò che può entrare o uscire attraverso la membrana, fornisce un sito di legame per ormoni e altre sostanze chimiche e funge da carta di identificazione per il sistema immunitario per distinguere tra cellule “self” e “non-self”., Per prima cosa studieremo l’anatomia della membrana cellulare e poi continueremo a studiare la fisiologia del trasporto della membrana.
Il doppio strato fosfolipidico è il tessuto principale della membrana. La struttura del doppio strato fa sì che la membrana sia semi-permeabile. Ricorda che le molecole di fosfolipidi sono anfifiliche, il che significa che contengono sia una regione non polare che polare. I fosfolipidi hanno una testa polare (contiene un gruppo fosfato carico) con due code di acidi grassi idrofobici non polari., Le code dei fosfolipidi si fronteggiano nel nucleo della membrana mentre ciascuna testa polare si trova all’esterno e all’interno della cellula. Avendo le teste polari orientate verso i lati esterni ed interni della membrana attrae altre molecole polari alla membrana cellulare. Il nucleo idrofobo blocca la diffusione di ioni idrofili e molecole polari. Piccole molecole idrofobiche e gas, che possono dissolversi nel nucleo della membrana, lo attraversano con facilità.
Altre molecole richiedono proteine per trasportarle attraverso la membrana., Le proteine determinano la maggior parte delle funzioni specifiche della membrana. La membrana plasmatica e le membrane dei vari organelli hanno ciascuna collezioni uniche di proteine. Ad esempio, fino ad oggi sono stati trovati più di 50 tipi di proteine nella membrana plasmatica dei globuli rossi.
Importanza della struttura della membrana fosfolipidica
Qual è l’importanza della struttura di una membrana fosfolipidica? Innanzitutto, è fluido. Ciò consente alle cellule di cambiare forma, permettendo la crescita e il movimento., La fluidità della membrana è regolata dai tipi di fosfolipidi e dalla presenza di colesterolo. In secondo luogo, la membrana fosfolipidica è selettivamente permeabile.
La capacità di una molecola di passare attraverso la membrana dipende dalla sua polarità e in una certa misura dalle sue dimensioni. Molte molecole non polari come ossigeno, anidride carbonica e piccoli idrocarburi possono fluire facilmente attraverso le membrane cellulari. Questa caratteristica delle membrane è molto importante perché l’emoglobina, la proteina che trasporta l’ossigeno nel sangue, è contenuta nei globuli rossi., L’ossigeno deve essere in grado di attraversare liberamente la membrana in modo che l’emoglobina possa essere completamente caricata con ossigeno nei nostri polmoni e consegnarla efficacemente ai nostri tessuti. La maggior parte delle sostanze polari sono fermati da una membrana cellulare, tranne forse per piccoli composti polari come quello alcol carbonio, metanolo. Il glucosio è troppo grande per passare attraverso la membrana senza assistenza e una speciale proteina trasportatrice lo traghetta attraverso. Un tipo di diabete è causato da una cattiva regolamentazione del trasportatore del glucosio. Ciò diminuisce la capacità del glucosio di entrare nella cellula e si traduce in livelli elevati di glucosio nel sangue., Gli ioni carichi, come gli ioni sodio (Na+) o potassio (K+) raramente passano attraverso una membrana, di conseguenza hanno anche bisogno di speciali molecole di trasporto per passare attraverso la membrana. L’incapacità di Na + e K + di passare attraverso la membrana consente alla cellula di regolare le concentrazioni di questi ioni all’interno o all’esterno della cellula. La conduzione dei segnali elettrici nei neuroni si basa sulla capacità delle cellule di controllare i livelli di Na+ e K+.
Le membrane selettivamente permeabili consentono alle cellule di mantenere la chimica del citoplasma diversa da quella dell’ambiente esterno., Permette anche loro di mantenere condizioni chimicamente uniche all’interno dei loro organelli.
Fluidità delle membrane cellulari
La membrana cellulare non è una struttura statica. È una struttura dinamica che consente il movimento di fosfolipidi e proteine. Fluidità è un termine usato per descrivere la facilità di movimento delle molecole nella membrana ed è una caratteristica importante per la funzione cellulare. Fluidità dipende dalla temperatura (aumento delle temperature più fluido e temperature diminuite rendono più solido), acidi grassi saturi e acidi grassi insaturi., Gli acidi grassi saturi rendono la membrana meno fluida mentre gli acidi grassi insaturi la rendono più fluida. Il corretto rapporto tra acidi grassi saturi e insaturi mantiene il fluido della membrana a qualsiasi temperatura favorevole alla vita. Ad esempio, il grano invernale risponde alle temperature decrescenti aumentando la quantità di acidi grassi insaturi nelle membrane cellulari per evitare che la membrana cellulare diventi troppo solida al freddo. Nelle cellule animali, il colesterolo aiuta a prevenire l’imballaggio delle code di acidi grassi e quindi riduce il fabbisogno di acidi grassi insaturi., Questo aiuta a mantenere la natura fluida della membrana cellulare senza che diventi troppo liquida a temperatura corporea.
Proteine di membrana
Le membrane contengono anche proteine, che svolgono molte delle funzioni della membrana. Alcune funzioni delle proteine di membrana sono:
- Trasporto. Poiché la membrana plasmatica è solo semipermeabile, la cellula ha bisogno di un modo per trasportare materiali più grandi dentro e fuori dalla cellula.
- Comunicazione. Poiché la membrana plasmatica è il bordo della cellula, è qui che la cellula comunica con il suo ambiente., Le proteine di membrana sono in grado di ricevere segnali dall’esterno della cellula e iniziare una catena di eventi che causano la cellula a rispondere a questi segnali.
- Metabolismo. Le proteine di membrana possono essere enzimi coinvolti nelle reazioni chimiche del metabolismo. Questi sono i processi che consentono alla cellula di crescere, ottenere energia ed eliminare i rifiuti.
- Adesione. Le proteine di membrana aiutano le cellule a legarsi l’una all’altra e formano i tessuti. Un esempio di ciò sono le cellule della pelle, che devono formare una superficie stretta se la pelle deve mantenere una corretta integrità., Le proteine di membrana si legano anche alle molecole all’interno e all’esterno della cellula che aiutano la cellula a mantenere la sua struttura.
Le proteine di membrana sono classificate in due categorie principali: proteine integrali e proteine periferiche. Le proteine di membrana integrali sono quelle proteine che sono incorporate nel doppio strato lipidico e sono generalmente caratterizzate dalla loro solubilità in solventi non polari e idrofobici. Le proteine transmembrane sono esempi di proteine integrali con regioni idrofobiche che coprono completamente l’interno idrofobo della membrana., Le parti della proteina esposte all’interno e all’esterno della cellula sono idrofile. Le proteine integrali possono servire come pori che consentono selettivamente ioni o sostanze nutritive e rifiuti dentro o fuori dalla cellula. Possono anche trasmettere segnali attraverso la membrana.
A differenza delle proteine integrali che coprono la membrana, le proteine periferiche risiedono su un solo lato della membrana e sono spesso attaccate alle proteine integrali. Alcune proteine periferiche servono come punti di ancoraggio per il citoscheletro o le fibre extracellulari. Le proteine sono molto più grandi dei lipidi e si muovono più lentamente., Alcuni si muovono in modo apparentemente diretto, mentre altri vanno alla deriva. Alcuni sono glicoproteine che hanno un gruppo di carboidrati attaccato alla proteina. Questi sono all’esterno della membrana e importanti per il riconoscimento cellulare, funzionano come una carta di identificazione cellulare.
Carboidrati di membrana
La superficie extracellulare della membrana cellulare è decorata con gruppi di carboidrati attaccati a lipidi e proteine. I carboidrati vengono aggiunti ai lipidi e alle proteine mediante un processo chiamato glicosilazione e sono chiamati glicolipidi o glicoproteine., Questi carboidrati brevi, o oligosaccaridi, sono solitamente catene di 15 o meno molecole di zucchero. Gli oligosaccaridi danno un’identità cellulare (cioè, distinguendo ” sé “da” nonself”) e sono il fattore distintivo nei gruppi sanguigni umani e nel rigetto del trapianto.
Le membrane sono asimmetriche
Come discusso sopra e visto nella foto, la membrana cellulare è asimmetrica. La faccia extracellulare della membrana è in contatto con la matrice extracellulare. Il lato extracellulare della membrana contiene oligosaccaridi che distinguono la cellula come ” sé.,”Contiene anche la fine delle proteine integrali che interagiscono con i segnali provenienti da altre cellule e percepiscono l’ambiente extracellulare. La membrana interna è in contatto con il contenuto della cellula. Questo lato della membrana si ancora al citoscheletro e contiene l’estremità delle proteine integrali che trasmettono i segnali ricevuti sul lato esterno.
Sommario: Membrane come mosaici di struttura e funzione
La membrana biologica è un collage di molte proteine diverse incorporate nella matrice fluida del doppio strato lipidico., Il doppio strato lipidico è il tessuto principale della membrana e la sua struttura crea una membrana semipermeabile. Il nucleo idrofobo impedisce la diffusione di strutture idrofile come ioni e molecole polari, ma consente alle molecole idrofobe, che possono dissolversi nella membrana, di attraversarlo con facilità.