Caratteristiche, funzioni e struttura della membrana plasmatica

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

Inoltre, controlla il transito di particelle che possono entrare e uscire. Le proteine ​​della membrana fungono da "porte molecolari" con gatekeeper piuttosto esigenti. Anche la composizione della membrana ha un ruolo nel riconoscimento cellulare.

Strutturalmente, sono bistrati formati da fosfolipidi, proteine ​​e carboidrati presenti in natura. Analogamente, un fosfolipide rappresenta un fosforo con una testa e una coda. La coda è costituita da catene carbonatiche insolubili in acqua, queste sono raggruppate verso l'interno.

Al contrario, le teste sono polari e danno l'ambiente delle cellule acquose. Le membrane sono strutture estremamente stabili. Le forze che le mantengono sono quelle di van der Waals, tra i fosfolipidi che le compongono; questo permette loro di circondare saldamente il bordo delle celle.

Tuttavia, sono anche piuttosto dinamici e fluidi. Le proprietà delle membrane variano a seconda del tipo di cellula analizzato. 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 in modo efficiente la conduzione dell'impulso nervoso.

indice

• 1 Caratteristiche generali
  • 1.1 Fluidità della membrana
  • 1.2 Curvatura
  • 1.3 Distribuzione lipidica
• 2 funzioni
• 3 Struttura e composizione
  • 3.1 Modello a mosaico fluido
  • 3.2 Tipi di lipidi
  • 3.3 Zattere lipidiche
  • 3.4 Proteine ​​di membrana
• 4 riferimenti

Caratteristiche generali

Le membrane sono strutture abbastanza dinamiche che variano ampiamente a seconda del tipo di cellula e della composizione dei loro lipidi. Le membrane vengono modificate secondo queste caratteristiche nel modo seguente:

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 cui la composizione lipidica e la temperatura alla quale le membrane sono esposte.

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. Viceversa, quando ci sono doppi legami, le interazioni sono minori e aumenta la fluidità

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

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

L'effetto cambia quando le concentrazioni di colesterolo sono inferiori. Quando si interagisce con le code dei lipidi, l'effetto che ne deriva è la separazione di questi, riducendo la fluidità.

curvatura

Come la fluidità, la curvatura della membrana è determinata dai lipidi che costituiscono in particolare ciascuna membrana.

La curvatura dipende dalla dimensione della testa del lipide e della coda. Quelli con code lunghe e teste grandi sono piatti; quelli con teste relativamente più piccole tendono a curvare molto più del gruppo precedente.

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

Distribuzione lipidica

I due "fogli" che compongono ciascuna membrana - ricordiamo che è un doppio strato - non hanno la stessa composizione di lipidi al suo interno; pertanto, 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 queste cellule del sangue, la sfingomielina e la fosfatidilcolina (che formano le membrane con una maggiore fluidità relativa) si trovano affacciate all'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.

funzioni

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, i mitocondri e i 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 alla cellula.Grazie a questa barriera, i materiali necessari possono entrare, passivamente o attivamente (con la necessità di ATP). Inoltre, materiali indesiderati o tossici non entrano.

Le membrane mantengono la composizione ionica della cellula a livelli appropriati, attraverso i processi di osmosi e diffusione. L'acqua può viaggiare liberamente a seconda del suo gradiente di concentrazione. Sali e metaboliti hanno 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 di base delle membrane sono i fosfolipidi. Queste molecole sono anfipatiche, hanno una zona polare e una zona apolare. Il polare consente 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 idrofobiche che interagiscono tra loro e le teste che puntano verso l'esterno.

In una piccola cellula animale troviamo un numero incredibilmente elevato di lipidi, nell'ordine di 10⁹ 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.

Modello a mosaico fluido

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

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

Questa stessa nomenclatura viene applicata alle biomembrane che compongono gli organelli, con l'eccezione che il volto esoplasmatico 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 regioni specifiche, attraverso la struttura.

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

Tipi di lipidi

Il primo gruppo, composto da fosfogliceridi, proviene dal glicerolo-3-fosfato. La coda, dal carattere idrofobo, è composta da due catene di acidi grassi. La lunghezza delle catene è variabile: possono avere da 16 a 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 etanolamina o 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 per mezzo di un legame etereo. Sono piuttosto abbondanti nel cuore e nel cervello.

Gli sfingolipidi vengono dalla sfingosina. La sfingomielina è un abbondante sfingolipide. I glicolipidi sono costituiti da teste formate da zuccheri.

La terza e ultima classe di lipidi che compongono le membrane sono steroidi. Sono anelli formati da carboni, uniti in gruppi di quattro. Il colesterolo è un steroide presente nelle membrane e particolarmente abbondante nei mammiferi e nei batteri.

Zattere lipidiche

Ci sono zone specifiche delle membrane degli organismi eucarioti dove sono concentrati il ​​colesterolo e gli sfingolipidi. Questi domini sono anche conosciuti come zattera Lipid.

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

Proteine ​​di membrana

All'interno della membrana plasmatica sono ancorate una serie di proteine. Questi possono essere integrali, ancorati ai lipidi o situati nella periferia.

Gli integrali passano attraverso la membrana. Pertanto, devono possedere domini di proteine ​​idrofile e idrofobiche per essere in grado di interagire con tutti i componenti.

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

Infine, quelli periferici non interagiscono direttamente con la zona idrofobica della membrana. Al contrario, possono essere uniti per mezzo di una proteina integrale o dalle teste polari. Possono essere posizionati su entrambi i lati della membrana.

La percentuale di proteine ​​in ogni membrana varia ampiamente: dal 20% nei neuroni al 70% nella membrana mitocondriale, dal momento che ha bisogno di una grande quantità di elementi proteici per svolgere le reazioni metaboliche che si verificano lì.

riferimenti

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