Che cosa è la membrana cellulare? Tutto quello che devi sapere
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Qualunque sia il tuo scopo, questo articolo risponderà a una domanda tanto comune quanto ardua: Cos’è la membrana cellulare? Se anche tu vuoi sapere come rispondere continua a leggere di seguito.
Indice degli argomenti
La cellula
Per spiegare cos'è la membrana cellulare, occorre innanzitutto chiarire il concetto di cellula. Le cellule sono entità dinamiche che possiedono tutte le caratteristiche della vita, tra le quali:
· crescere;
· autoregolarsi;
· riprodursi;
· specializzarsi e adattarsi ai cambiamenti ambientali;
· rispondere agli stimoli;
· morire (processo noto anche come apoptosi, morte cellulare programmata).
Proprio in relazione a queste numerose peculiarità, Schleiden e Schwann hanno formulato la teoria cellulare che ha determinato la nascita della biologia moderna e si basa su tre postulati fondamentali:
· la cellula è l’unità fondamentale della vita;
· tutti gli organismi viventi sono formati da cellule (da almeno una o più);
· le cellule derivano esclusivamente dalla divisione di altre cellule.
All’origine della vita stessa si trova un progenitore comune definito come “procariote ancestrale” (intorno ai 3,5 – 3,8 miliardi di anni fa) che ha dato vita a tutte le tipologie di cellule oggi esistenti. Queste si suddividono in:
· cellule procariotiche, le prime ad essersi sviluppate (di cui sono rappresentanti gli organismi appartenenti al regno degli Archea[1] e a quello dei Batteri);
· cellule eucariotiche, originatesi successivamente alle precedenti (prima anaerobie e poi aerobie).
Nonostante le differenze da cui sono caratterizzate queste due tipologie di cellule (la cui descrizione esula da questo articolo), diverse osservazioni al microscopio hanno dimostrato che tutte le cellule sono comunque delimitate da una membrana cellulare.
La membrana cellulare: composizione e struttura
Lo sviluppo evolutivo della membrana cellulare, detta anche membrana plasmatica o plasmalemma, è stato fondamentale per la vita, dal momento che permette alle cellule di separare l’ambiente esterno da quello interno. Tale separazione determina la creazione di uno spazio idoneo allo svolgimento delle reazioni chimiche essenziali per la vita. La membrana delimita tutte le tipologie cellulari, tuttavia all’interno delle cellule eucariotiche si trovano anche ulteriori membrane che avvolgono i vari organelli cellulari e che, nell’insieme, costituiscono il sistema di endomembrane (assente nelle cellule procariotiche e nei virus).
Tutte le membrane biologiche hanno la medesima composizione generale: lipidi e proteine. I primi rientrano principalmente nella classe dei fosfolipidi, caratterizzati da una “coda” idrofoba costituita da due catene di acidi grassi e una “testa” idrofila rappresentata da un gruppo fosfato. Grazie a queste due proprietà opposte, i fosfolipidi hanno un comportamento ambivalente nei confronti dell’acqua e perciò sono definite molecole “anfipatiche”. Una volta immersi in acqua, infatti, queste molecole si organizzano in un doppio strato fosfolipidico:
- le code lipidiche sono rivolte verso l’interno per ridurre il contatto con l’acqua;
- le teste di fosfato sono rivolte verso l’esterno, a contatto con l’acqua.
Un’altra componente lipidica di membrana essenziale (nelle cellule animali) è il colesterolo che regola la rigidità e la forma stessa della membrana (oltre ad altri componenti cellulari), avendo quindi funzione strutturale.
E le proteine? Secondo il modello a mosaico fluido (attualmente accettato per le membrane biologiche), le proteine possono essere suddivise in due categorie:
- periferiche, associate debolmente al doppio strato fosfolipidico;
- integrali, che attraversano, completamente (proteine transmembrana) o in parte, il doppio strato, una o più volte.
Inoltre, alcune proteine e lipidi di membrana possono essere glicosilati (cioè, legati ad un carboidrato) sul versante extracitoplasmatico, prendendo il nome di, rispettivamente, glicoproteine e glicolipidi. Il termine “fluido” del modello si riferisce al fatto che le insaturazioni delle code idrocarburiche permettono dei movimenti limitati dei diversi elementi nella membrana.
La membrana cellulare: funzioni
La composizione molecolare e la struttura di base della membrana cellulare fanno si che essa assuma una serie di funzioni vitali per la cellula che verranno brevemente illustrate in seguito:
· separazione: come già sottolineato in precedenza, crea primariamente un ambiente interno idoneo allo svolgimento dei normali processi fisiologici e separato da quello esterno;
· compartimentalizzazione: il sistema di endomembrane nelle cellule eucariotiche forma dei veri e propri compartimenti interni (gli organelli), separandoli dal resto del citoplasma e localizzandone le singole funzioni e specializzazioni;
· selezione: funge da barriera selettivamente permeabile, in quanto non si lascia oltrepassare da tutte le sostanze ma ne seleziona l’entrata o l’esclusione dalla cellula su base dimensionale e composizionale. La selezione delle molecole deve necessariamente avvenire in quanto, per poter sopravvivere, la cellula deve poter scambiare sostanze con l’ambiente esterno;
· trasporto: a seguito della selezione, le molecole possono essere trasportate da una parte all’altra della membrana cellulare (dall’esterno verso l’interno e/o viceversa). Il trasporto transmembrana può essere essenzialmente di due tipi, attivo o passivo. Il primo avviene contro un gradiente di concentrazione o elettrochimico e perciò richiede energia mentre il secondo segue ed è alimentato da un gradiente di concentrazione o elettrochimico e perciò non richiede energia. Le molecole piccole e apolari, come l’ossigeno e il biossido di carbonio, passano per diffusione semplice (una tipologia di trasporto passivo) per via della natura idrofoba del doppio strato. Invece, nel caso del trasporto contro gradiente, intervengono particolari proteine, definite “pompe”, che trasportano attivamente la molecola da un lato all’altro della membrana, accoppiando il processo di trasporto all’idrolisi dell’ATP (anche se questo è solo una tra le diverse tipologie di trasporto attivo). Non è, però, obiettivo di questo articolo spiegare tutte le modalità di trasporto possibili;
· riparazione: nel caso in cui la cellula vada incontro a lesioni o “strappi” di lieve o media entità, la membrana cellulare può isolarli, compartimentandoli e sigillandoli, in modo da autoripararsi e mantenere intatta la sua integrità;
· ricezione dei segnali e comunicazione cellulare: le cellule sono in grado di comunicare tra loro grazie al processo di segnalazione cellulare. La membrana cellulare è uno dei siti a livello del quale si svolge il rilascio e parte del trasporto del segnale a partire dalla cellula mittente e la ricezione dello stesso da parte della cellula bersaglio. Inoltre, le cellule animali adiacenti tra loro sono interconnesse dalle giunzioni comunicanti (gap junctions) che permettono il passaggio piccole molecole e ioni mediante particolari canali proteici (connessoni) immersi nella membrana.
Riassumendo, per avere una conoscenza generale su cos'è la membrana cellulare devi ricordare:
- delimita tutte le tipologie di cellule;
- nelle cellule eucariotiche esiste un sistema di membrane interne che delimita gli organelli;
- la sua particolare composizione a base di lipidi e proteine;
- la struttura e le proprietà anfipatiche del doppio strato fosfolipidico in relazione al modello a mosaico fluido;
- le sue svariate funzioni relative alla separazione tra spazi diversi, alla protezione e al sostegno della cellula, alla selezione e al trasporto delle sostanze e alla comunicazione cellulare.
Conoscere e padroneggiare l'argomento ti consentirà di comprendere fino in fondo quanto sia importante la membrana plasmatica e di come essa rappresenti il primo luogo di interfaccia e di scambio tra le cellule e l’ambiente che le circonda.
