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Membrana cellulare o membrana plasmatica

Che cos'è la membrana cellulare (membrana plasmatica)?

La membrana cellulare, detta anche membrana plasmatica o plasmalemma, è uno degli elementi fondamentali di tutte le cellule degli eucarioti e procarioti.

La sua struttura fondamentale è formata da un doppio strato di fosfolipidi e funge da barriera semipermeabile che separa l'interno della cellula dal mondo esterno.

Oltre al suo ruolo di delimitare il citoplasma, la membrana cellulare svolge numerose funzioni indispensabili per la cellula, come la regolazione del traffico di molecole e ioni tra l'interno e l'esterno, il mantenimento del potenziale elettro-chimico, le funzioni di riconoscimento e comunicazione tra le cellule.

Negli eucarioti sono inoltre presenti le membrane interne, che suddividono il citoplasma in compartimenti con caratteristiche e funzionalità specifiche, come il nucleo cellulare, i reticoli endoplasmatici, i mitocondri e gli altri organuli intracellulari.

Come è fatta la membrana cellulare?

La membrana cellulare è un complesso di lipidi e proteine (e loro derivati come glicolipidi e glicoproteine), in proporzioni variabili a seconda del tipo di cellula.

La struttura fondamentale di una membrana cellulare è formata da un sottile doppio strato di fosfolipidi, dello spessore di appena 5-10 nm (1 nm = 1 nanometro = 10-9 m = milionesimi di millimetro).

membrana cellulare

Immagine al microscopio elettronico delle membrane plasmatiche di due cellule adiacenti.

I fosfolipidi sono costituiti da una testa polare (idrofila) e due code apolari (idrofobe), e per questo sono dette molecole anfipatiche.

A causa di questa caratteristica tendono spontaneamente a disporsi in un doppio strato quando sono in ambiente acquoso. Le teste polari si rivolgono all'esterno a contatto con l'acqua ai due lati opposti della membrana, mentre le code apolari sono risolte verso l'interno del doppio strato, dove l'acqua non è presente.

I fosfolipidi pur mantenendo lo stesso schema di base sono una classe eterogenea di molecole.

La presenza di diversi gruppi funzionali conferisce particolari proprietà sia strutturali che funzionali del plasmalemma, ad esempio i gruppi presenti sulle teste polari possono fungere da siti di attacco per catene glucidiche o proteiche che sporgono dalla membrana.

struttura fosfolipidi nella membrana cellulare

Struttura dei fosfolipidi e disposizione nelle membrane

Oltre ai fosfolipidi, un altro componente strutturale del doppio strato è il colesterolo (o altri steroli).

Le molecole di colesterolo si insinuano tra le molecole di fosfolipidi, partecipando alla plasticità del doppio strato.

La membrana cellulare infatti non è da intendersi come un elemento rigido e stabile, ma si comporta invece come un mosaico fluido in cui i componenti hanno una certa libertà di movimento, soprattutto di scorrimento laterale e rotazione.

Questo comportamento consente non solo il continuo modellamento e manutenzione dei componenti e della funzionalità della membrana cellulare, ma consente inoltre fenomeni più complessi di riorganizzazione della membrana come l'endocitosi, l'esocitosi e la divisione cellulare.

rappresentazione della membrana cellulare

Rappresentazione della membrana cellulare come mosaico fluido

La componente proteica della membrana, essendo più voluminosa, rappresenta fino al 50-70% del suo peso e ne conferisce i molteplici aspetti funzionali.

Le proteine di membrana sono infatti presenti in un'ampia gamma di strutture e funzioni differenti, frequentemente sotto forma di glicoproteine e lipoproteine, e comprendono proteine-canale, recettori di membrana, proteine enzimatiche coinvolte nella regolazione di processi metabolici e strutturali.

Le proteine di membrana si possono differenziare in integrali e periferiche.

Le proteine integrali o transmembrana si inseriscono in profondità nel plasmalemma e vengono mantenute nella loro sede grazie a porzioni idrofobiche in sospensione nel doppio strato e porzioni idrofile che sporgono ai due lati opposti della membrana.

Le proteine periferiche, invece, si trovano su un solo lato della membrana e possono ancorarsi saldamente ai fosfolipidi tramite legami covalenti, oppure formare interazioni elettrostatiche più deboli con le teste polari presenti nella membrana.

Tipicamente le proteine integrali svolgono la funzione di recettori cellulari e di canali transmembrana, mentre le proteine periferiche svolgono funzioni enzimatiche, regolatorie e ormonali.

La presenza dei diversi tipi di proteine, come anche dei lipidi, è molto differente tra la faccia esterna e quella interna della membrana cellulare.

Questa asimmetria è dovuta ai diversi tipi di funzioni che sono richieste nello spazio esterno ed interno della cellula.

proteine di membrana

Proteine di membrana integrali e periferiche

Trasporto di membrana

Le sostanze possono uscire ed entrare dalle cellule attraverso la membrana cellulare. Tale processo è chiamato trasporto di membrana.

Il trasporto di membrana può avvenire secondo modalità diverse. Può essere:

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