Struttura e proprietà delle membrane cellulari biologiche. Struttura cellulare

Tutti gli organismi viventi, a seconda della struttura della cellula, sono divisi in tre gruppi (vedi Fig. 1):

1. Procarioti (non nucleari)

2. Eucarioti (nucleari)

3. Virus (non cellulari)

Riso. 1. Organismi viventi

In questa lezione inizieremo a studiare la struttura delle cellule degli organismi eucarioti, che includono piante, funghi e animali. Le loro cellule sono le più grandi e più complesse nella struttura rispetto alle cellule dei procarioti.

Come è noto, le cellule sono capaci di attività indipendente. Possono scambiare materia ed energia con l'ambiente, nonché crescere e riprodursi, quindi la struttura interna della cellula è molto complessa e dipende principalmente dalla funzione che la cellula svolge in un organismo multicellulare.

I principi di costruzione di tutte le cellule sono gli stessi. In ciascuna cellula eucariotica si possono distinguere le seguenti parti principali (vedi Fig. 2):

1. La membrana esterna che separa il contenuto della cellula dall'ambiente esterno.

2. Citoplasma con organelli.

Riso. 2. Parti principali di una cellula eucariotica

Il termine "membrana" è stato proposto circa cento anni fa per riferirsi ai confini della cellula, ma con lo sviluppo della microscopia elettronica è diventato chiaro che la membrana cellulare fa parte degli elementi strutturali della cellula.

Nel 1959 J.D. Robertson formulò un'ipotesi sulla struttura della membrana elementare, secondo la quale le membrane cellulari degli animali e delle piante sono costruite secondo lo stesso tipo.

Nel 1972 Singer e Nicholson lo proposero, cosa che oggi è generalmente accettata. Secondo questo modello, la base di ogni membrana è un doppio strato di fosfolipidi.

I fosfolipidi (composti contenenti un gruppo fosfato) hanno molecole costituite da una testa polare e due code non polari (vedere Figura 3).

Riso. 3. Fosfolipide

Nel doppio strato fosfolipidico, i residui idrofobici di acido grasso sono rivolti verso l'interno e le teste idrofile, compreso il residuo di acido fosforico, sono rivolte verso l'esterno (vedere Fig. 4).

Riso. 4. Doppio strato fosfolipidico

Il doppio strato fosfolipidico si presenta come una struttura dinamica i lipidi possono muoversi, cambiando la loro posizione;

Un doppio strato di lipidi fornisce la funzione barriera della membrana, impedendo la diffusione del contenuto della cellula e impedisce l'ingresso di sostanze tossiche nella cellula.

La presenza di una membrana di confine tra la cellula e l'ambiente era nota molto prima dell'avvento del microscopio elettronico. I chimici fisici negarono l'esistenza della membrana plasmatica e credevano che esistesse un'interfaccia tra i contenuti colloidali viventi e l'ambiente, ma Pfeffer (un botanico e fisiologo vegetale tedesco) ne confermò l'esistenza nel 1890.

All'inizio del secolo scorso, Overton (fisiologo e biologo britannico) scoprì che la velocità di penetrazione di molte sostanze nei globuli rossi è direttamente proporzionale alla loro solubilità nei lipidi. A questo proposito, lo scienziato ha suggerito che la membrana contenga una grande quantità di lipidi e sostanze, che si dissolvono in essa, la attraversano e finiscono dall'altra parte della membrana.

Nel 1925 Gorter e Grendel (biologi americani) isolarono i lipidi dalla membrana cellulare dei globuli rossi. Hanno distribuito i lipidi risultanti sulla superficie dell'acqua, con lo spessore di una molecola. Si è scoperto che la superficie occupata dallo strato lipidico è doppia rispetto all'area del globulo rosso stesso. Pertanto, questi scienziati hanno concluso che la membrana cellulare non è costituita da uno, ma da due strati di lipidi.

Dawson e Danielli (biologi inglesi) nel 1935 suggerirono che nelle membrane cellulari lo strato bimolecolare lipidico è inserito tra due strati di molecole proteiche (vedi Fig. 5).

Riso. 5. Modello di membrana proposto da Dawson e Danielli

Con l'avvento del microscopio elettronico, si è aperta l'opportunità di conoscere la struttura della membrana, e poi si è scoperto che le membrane delle cellule animali e vegetali assomigliano a una struttura a tre strati (vedi Fig. 6).

Riso. 6. Membrana cellulare al microscopio

Nel 1959, il biologo J.D. Robertson, combinando i dati allora disponibili, avanzò un'ipotesi sulla struttura della “membrana elementare”, in cui postulò una struttura comune a tutte le membrane biologiche.

I postulati di Robertson sulla struttura della “membrana elementare”

1. Tutte le membrane hanno uno spessore di circa 7,5 nm.

2. Al microscopio elettronico appaiono tutti a tre strati.

3. L'aspetto a tre strati della membrana è il risultato esatto della disposizione di proteine ​​e lipidi polari prevista dal modello di Dawson e Danielli: il doppio strato lipidico centrale è inserito tra due strati di proteine.

Questa ipotesi sulla struttura della “membrana elementare” subì vari cambiamenti e nel 1972 fu avanzata modello di membrana a mosaico fluido(vedi Fig. 7), che ora è generalmente accettato.

Riso. 7. Modello di membrana a mosaico liquido

Le molecole proteiche sono immerse nel doppio strato lipidico della membrana e formano un mosaico mobile. In base alla loro posizione nella membrana e alla modalità di interazione con il doppio strato lipidico, le proteine ​​possono essere suddivise in:

- superficiale (o periferico) proteine ​​di membrana associate alla superficie idrofila del doppio strato lipidico;

- integrale (membrana) proteine ​​incorporate nella regione idrofobica del doppio strato.

Le proteine ​​integrali differiscono nel grado in cui sono incorporate nella regione idrofobica del doppio strato. Possono essere completamente sommersi ( integrante) o parzialmente sommerso ( semi-integrale), e può anche penetrare nella membrana attraverso ( transmembrana).

Le proteine ​​di membrana possono essere divise in due gruppi in base alla loro funzione:

- strutturale proteine. Fanno parte delle membrane cellulari e partecipano al mantenimento della loro struttura.

- dinamico proteine. Si trovano sulle membrane e partecipano ai processi che si verificano su di esse.

Esistono tre classi di proteine ​​dinamiche.

1. Recettore. Con l'aiuto di queste proteine ​​la cellula percepisce diversi influssi sulla sua superficie. Cioè, legano specificamente composti come ormoni, neurotrasmettitori e tossine all'esterno della membrana, che funge da segnale per modificare vari processi all'interno della cellula o della membrana stessa.

2. Trasporto. Queste proteine ​​trasportano determinate sostanze attraverso la membrana e formano anche canali attraverso i quali vari ioni vengono trasportati dentro e fuori la cellula.

3. Enzimatico. Queste sono proteine ​​enzimatiche che si trovano nella membrana e partecipano a vari processi chimici.

Trasporto di sostanze attraverso la membrana

I doppi strati lipidici sono in gran parte impermeabili a molte sostanze, quindi è necessaria una grande quantità di energia per trasportare le sostanze attraverso la membrana ed è richiesta anche la formazione di varie strutture.

Esistono due tipi di trasporto: passivo e attivo.

Trasporto passivo

Il trasporto passivo è il trasferimento di molecole lungo un gradiente di concentrazione. Cioè, è determinato solo dalla differenza nella concentrazione della sostanza trasferita sui lati opposti della membrana e viene effettuato senza dispendio energetico.

Esistono due tipi di trasporto passivo:

- diffusione semplice(vedi Fig. 8), che avviene senza la partecipazione di una proteina di membrana. Il meccanismo della diffusione semplice realizza il trasferimento transmembrana di gas (ossigeno e anidride carbonica), acqua e alcuni ioni organici semplici. La diffusione semplice ha un tasso basso.

Riso. 8. Diffusione semplice

- diffusione facilitata(vedi Fig. 9) differisce da quello semplice in quanto avviene con la partecipazione di proteine ​​trasportatrici. Questo processo è specifico e avviene a una velocità maggiore rispetto alla semplice diffusione.

Riso. 9. Diffusione facilitata

Sono noti due tipi di proteine ​​di trasporto di membrana: proteine ​​trasportatrici (traslocasi) e proteine ​​che formano canali. Le proteine ​​di trasporto legano sostanze specifiche e le trasportano attraverso la membrana lungo il loro gradiente di concentrazione e, pertanto, questo processo, come nel caso della diffusione semplice, non richiede il dispendio di energia ATP.

Le particelle di cibo non possono passare attraverso la membrana; entrano nella cellula per endocitosi (vedi Fig. 10). Durante l'endocitosi, la membrana plasmatica forma invaginazioni e proiezioni e cattura le particelle solide del cibo. Attorno al bolo alimentare si forma un vacuolo (o vescicola), che si stacca poi dalla membrana plasmatica, e la particella solida contenuta nel vacuolo finisce all'interno della cellula.

Riso. 10. Endocitosi

Esistono due tipi di endocitosi.

1. Fagocitosi- assorbimento di particelle solide. Vengono chiamate cellule specializzate che effettuano la fagocitosi fagociti.

2. Pinocitosi- assorbimento di materiale liquido (soluzione, soluzione colloidale, sospensione).

Esocitosi(vedi Fig. 11) è un processo inverso all'endocitosi. Le sostanze sintetizzate nella cellula, come gli ormoni, sono confezionate in vescicole di membrana che si adattano alla membrana cellulare, sono incorporate in essa e il contenuto della vescicola viene rilasciato dalla cellula. Allo stesso modo, la cellula può liberarsi dei prodotti di scarto di cui non ha bisogno.

Riso. 11. Esocitosi

Trasporto attivo

A differenza della diffusione facilitata, il trasporto attivo è il movimento di sostanze contro un gradiente di concentrazione. In questo caso le sostanze si spostano da un'area a concentrazione minore a un'area a concentrazione maggiore. Poiché questo movimento avviene nella direzione opposta alla normale diffusione, la cellula deve consumare energia nel processo.

Tra gli esempi di trasporto attivo quello più studiato è la cosiddetta pompa sodio-potassio. Questa pompa pompa gli ioni sodio fuori dalla cellula e pompa gli ioni potassio nella cellula, utilizzando l'energia dell'ATP.

1. Strutturale (la membrana cellulare separa la cellula dall'ambiente).

2. Trasporto (le sostanze vengono trasportate attraverso la membrana cellulare e la membrana cellulare è un filtro altamente selettivo).

3. Recettore (i recettori situati sulla superficie della membrana percepiscono le influenze esterne e trasmettono queste informazioni all'interno della cellula, permettendole di rispondere rapidamente ai cambiamenti nell'ambiente).

Oltre a quanto sopra, la membrana svolge anche funzioni metaboliche e di trasformazione energetica.

Funzione metabolica

Le membrane biologiche partecipano direttamente o indirettamente ai processi di trasformazione metabolica delle sostanze nella cellula, poiché la maggior parte degli enzimi sono associati alle membrane.

L'ambiente lipidico degli enzimi nella membrana crea determinate condizioni per il loro funzionamento, impone restrizioni sull'attività delle proteine ​​di membrana e quindi ha un effetto regolatore sui processi metabolici.

Funzione di conversione dell'energia

La funzione più importante di molte biomembrane è la conversione di una forma di energia in un'altra.

Le membrane di conversione dell'energia includono le membrane interne dei mitocondri e i tilacoidi dei cloroplasti (vedi Fig. 12).

Riso. 12. Mitocondri e cloroplasti

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Compiti a casa

1. Qual è la struttura della membrana cellulare?
2. Grazie a quali proprietà i lipidi sono in grado di formare membrane?
3. Grazie a quali funzioni le proteine ​​sono in grado di partecipare al trasporto di sostanze attraverso la membrana?
4. Elencare le funzioni della membrana plasmatica.
5. Come avviene il trasporto passivo attraverso una membrana?
6. Come avviene il trasporto attivo attraverso una membrana?
7. Qual è la funzione della pompa sodio-potassio?
8. Cos'è la fagocitosi, la pinocitosi?

L'esterno della cellula è ricoperto da una membrana plasmatica (o membrana cellulare esterna) spessa circa 6-10 nm.

La membrana cellulare è una pellicola densa di proteine ​​e lipidi (principalmente fosfolipidi). Le molecole lipidiche sono disposte in modo ordinato - perpendicolare alla superficie, in due strati, in modo che le loro parti che interagiscono intensamente con l'acqua (idrofile) siano dirette verso l'esterno e le loro parti inerti all'acqua (idrofobiche) siano dirette verso l'interno.

Le molecole proteiche si trovano in uno strato non continuo sulla superficie della struttura lipidica su entrambi i lati. Alcuni di essi sono immersi nello strato lipidico, altri lo attraversano formando aree permeabili all'acqua. Queste proteine ​​svolgono varie funzioni: alcune sono enzimi, altre sono proteine ​​di trasporto coinvolte nel trasferimento di determinate sostanze dall'ambiente al citoplasma e nella direzione opposta.

Funzioni fondamentali della membrana cellulare

Una delle principali proprietà delle membrane biologiche è la permeabilità selettiva (semipermeabilità)- alcune sostanze le attraversano con difficoltà, altre facilmente e anche in concentrazioni più elevate. Pertanto, per la maggior parte delle cellule, la concentrazione di ioni Na all'interno è significativamente inferiore rispetto all'ambiente. La relazione opposta è tipica degli ioni K: la loro concentrazione all'interno della cellula è maggiore che all'esterno. Pertanto, gli ioni Na tendono sempre a penetrare nella cellula e gli ioni K tendono sempre ad uscire. L'equalizzazione delle concentrazioni di questi ioni è impedita dalla presenza nella membrana di un sistema speciale che svolge il ruolo di una pompa, che pompa gli ioni Na fuori dalla cellula e contemporaneamente pompa gli ioni K all'interno.

La tendenza degli ioni Na a spostarsi dall'esterno verso l'interno viene utilizzata per trasportare zuccheri e amminoacidi nella cellula. Con la rimozione attiva degli ioni Na dalla cellula, si creano le condizioni per l'ingresso di glucosio e amminoacidi al suo interno.

In molte cellule le sostanze vengono assorbite anche mediante fagocitosi e pinocitosi. A fagocitosi la membrana esterna flessibile forma una piccola depressione nella quale cade la particella catturata. Questo recesso aumenta e, circondata da un tratto della membrana esterna, la particella si immerge nel citoplasma della cellula. Il fenomeno della fagocitosi è caratteristico delle amebe e di alcuni altri protozoi, nonché dei leucociti (fagociti). Le cellule assorbono i liquidi contenenti le sostanze necessarie per la cellula in modo simile. Questo fenomeno è stato chiamato pinocitosi.

Le membrane esterne di diverse cellule differiscono significativamente sia nella composizione chimica delle proteine ​​e dei lipidi, sia nel loro contenuto relativo. Sono queste caratteristiche che determinano la diversità nell'attività fisiologica delle membrane di varie cellule e il loro ruolo nella vita di cellule e tessuti.

Il reticolo endoplasmatico della cellula è collegato alla membrana esterna. Con l'aiuto delle membrane esterne vengono effettuati vari tipi di contatti intercellulari, ad es. comunicazione tra le singole cellule.

Molti tipi di cellule sono caratterizzati dalla presenza sulla loro superficie di un gran numero di sporgenze, pieghe e microvilli. Contribuiscono sia ad un aumento significativo della superficie cellulare che a un miglioramento del metabolismo, nonché a connessioni più forti tra le singole cellule e tra loro.

Le cellule vegetali hanno membrane spesse all'esterno della membrana cellulare, chiaramente visibili al microscopio ottico, costituite da fibra (cellulosa). Creano un forte sostegno per i tessuti vegetali (legno).

Alcune cellule animali hanno anche una serie di strutture esterne situate sopra la membrana cellulare e hanno natura protettiva. Un esempio è la chitina delle cellule tegumentarie degli insetti.

Funzioni della membrana cellulare (brevemente)

Membrana cellulare

Immagine di una membrana cellulare. Le palline blu e bianche corrispondono alle “teste” idrofobiche dei fosfolipidi, e le linee ad esse attaccate corrispondono alle “code” idrofile. La figura mostra solo proteine ​​integrali di membrana (globuli rossi ed eliche gialle). Punti ovali gialli all'interno della membrana - molecole di colesterolo Catene di perline giallo-verdi all'esterno della membrana - catene di oligosaccaridi che formano il glicocalice

Una membrana biologica comprende anche varie proteine: integrale (che penetra attraverso la membrana), semi-integrale (immersa ad un'estremità nello strato lipidico esterno o interno), superficiale (situata sui lati esterni o adiacenti ai lati interni della membrana). Alcune proteine ​​sono i punti di contatto tra la membrana cellulare e il citoscheletro all'interno della cellula, e la parete cellulare (se presente) all'esterno. Alcune delle proteine ​​integrali funzionano come canali ionici, vari trasportatori e recettori.

Funzioni

• barriera - garantisce un metabolismo regolato, selettivo, passivo e attivo con l'ambiente. Ad esempio, la membrana del perossisoma protegge il citoplasma dai perossidi pericolosi per la cellula. Permeabilità selettiva significa che la permeabilità di una membrana a diversi atomi o molecole dipende dalla loro dimensione, carica elettrica e proprietà chimiche. La permeabilità selettiva garantisce che la cellula e i compartimenti cellulari siano separati dall'ambiente e forniti delle sostanze necessarie.
• trasporto: il trasporto di sostanze dentro e fuori la cellula avviene attraverso la membrana. Il trasporto attraverso le membrane garantisce: apporto di nutrienti, rimozione dei prodotti metabolici finali, secrezione di varie sostanze, creazione di gradienti ionici, mantenimento di concentrazioni ioniche ottimali nella cellula necessarie per il funzionamento degli enzimi cellulari.
  Particelle che per qualsiasi motivo non riescono ad attraversare il doppio strato fosfolipidico (ad esempio a causa delle proprietà idrofile, poiché la membrana interna è idrofoba e non consente il passaggio di sostanze idrofile, o a causa delle loro grandi dimensioni), ma necessarie per la cellula , possono penetrare nella membrana attraverso speciali proteine ​​trasportatrici (trasportatori) e proteine ​​canale oppure per endocitosi.
  Nel trasporto passivo, le sostanze attraversano il doppio strato lipidico senza spendere energia lungo un gradiente di concentrazione per diffusione. Una variante di questo meccanismo è la diffusione facilitata, in cui una determinata molecola aiuta una sostanza a passare attraverso la membrana. Questa molecola può avere un canale che consente il passaggio di un solo tipo di sostanza.
  Il trasporto attivo richiede energia poiché avviene contro un gradiente di concentrazione. Sulla membrana sono presenti speciali proteine ​​di pompa, tra cui l'ATPasi, che pompa attivamente gli ioni potassio (K+) nella cellula e pompa gli ioni sodio (Na+) fuori da essa.
• matrice - garantisce una certa posizione relativa e orientamento delle proteine ​​di membrana, la loro interazione ottimale.
• meccanico: garantisce l'autonomia della cellula, le sue strutture intracellulari, nonché la connessione con altre cellule (nei tessuti). Le pareti cellulari svolgono un ruolo importante nel garantire la funzione meccanica e, negli animali, la sostanza intercellulare.
• energia: durante la fotosintesi nei cloroplasti e la respirazione cellulare nei mitocondri, nelle loro membrane operano sistemi di trasferimento di energia, a cui partecipano anche le proteine;
• recettore: alcune proteine ​​situate nella membrana sono recettori (molecole con l'aiuto delle quali la cellula percepisce determinati segnali).
  Ad esempio, gli ormoni circolanti nel sangue agiscono solo sulle cellule bersaglio che hanno recettori corrispondenti a questi ormoni. I neurotrasmettitori (sostanze chimiche che assicurano la conduzione degli impulsi nervosi) si legano anche a speciali proteine ​​​​recettrici nelle cellule bersaglio.
• enzimatico: le proteine ​​di membrana sono spesso enzimi. Ad esempio, le membrane plasmatiche delle cellule epiteliali intestinali contengono enzimi digestivi.
• implementazione della generazione e conduzione di biopotenziali.
  Con l'aiuto della membrana, nella cellula viene mantenuta una concentrazione costante di ioni: la concentrazione dello ione K+ all'interno della cellula è molto più alta che all'esterno, e la concentrazione di Na+ è molto più bassa, il che è molto importante, poiché ciò garantisce il mantenimento della differenza di potenziale sulla membrana e la generazione di un impulso nervoso.
• marcatura cellulare - sulla membrana sono presenti antigeni che agiscono come marcatori - "etichette" che consentono di identificare la cellula. Si tratta di glicoproteine ​​(cioè proteine ​​a cui sono attaccate catene laterali oligosaccaridiche ramificate) che svolgono il ruolo di “antenne”. A causa della miriade di configurazioni delle catene laterali, è possibile creare un marcatore specifico per ciascun tipo di cellula. Con l'aiuto dei marcatori, le cellule possono riconoscere altre cellule e agire di concerto con loro, ad esempio, nella formazione di organi e tessuti. Ciò consente anche al sistema immunitario di riconoscere antigeni estranei.

Struttura e composizione delle biomembrane

Le membrane sono composte da tre classi di lipidi: fosfolipidi, glicolipidi e colesterolo. Fosfolipidi e glicolipidi (lipidi con attaccati carboidrati) sono costituiti da due lunghe code di idrocarburi idrofobi collegate a una testa idrofila carica. Il colesterolo conferisce rigidità alla membrana occupando lo spazio libero tra le code idrofobiche dei lipidi e impedendo loro di piegarsi. Pertanto, le membrane a basso contenuto di colesterolo sono più flessibili, mentre quelle ad alto contenuto di colesterolo sono più rigide e fragili. Il colesterolo funge anche da “tappo” che impedisce il movimento delle molecole polari da e verso la cellula. Una parte importante della membrana è costituita da proteine ​​che la penetrano e sono responsabili delle varie proprietà delle membrane. La loro composizione e orientamento differiscono nelle diverse membrane.

Le membrane cellulari sono spesso asimmetriche, cioè gli strati differiscono nella composizione lipidica, nella transizione di una singola molecola da uno strato all'altro (il cosiddetto ciabatte infradito) è difficile.

Organelli di membrana

Si tratta di sezioni chiuse singole o interconnesse del citoplasma, separate dallo ialoplasma da membrane. Gli organelli a membrana singola includono il reticolo endoplasmatico, l'apparato di Golgi, i lisosomi, i vacuoli, i perossisomi; alle doppie membrane: nucleo, mitocondri, plastidi. La struttura delle membrane di vari organelli differisce nella composizione dei lipidi e delle proteine ​​di membrana.

Permeabilità selettiva

Le membrane cellulari hanno una permeabilità selettiva: glucosio, aminoacidi, acidi grassi, glicerolo e ioni si diffondono lentamente attraverso di esse e le membrane stesse, in una certa misura, regolano attivamente questo processo: alcune sostanze passano attraverso, ma altre no. Esistono quattro meccanismi principali per l'ingresso delle sostanze nella cellula o la loro rimozione dalla cellula verso l'esterno: diffusione, osmosi, trasporto attivo ed eso o endocitosi. I primi due processi sono di natura passiva, cioè non necessitano di energia; gli ultimi due sono processi attivi legati al consumo energetico.

La permeabilità selettiva della membrana durante il trasporto passivo è dovuta a canali speciali: proteine ​​integrali. Penetrano attraverso la membrana, formando una sorta di passaggio. Gli elementi K, Na e Cl hanno i propri canali. In relazione al gradiente di concentrazione, le molecole di questi elementi entrano ed escono dalla cellula. Quando irritati, i canali ionici del sodio si aprono e si verifica un improvviso afflusso di ioni sodio nella cellula. In questo caso si verifica uno squilibrio del potenziale di membrana. Successivamente viene ripristinato il potenziale di membrana. I canali del potassio sono sempre aperti, consentendo agli ioni potassio di entrare lentamente nella cellula.

Guarda anche

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Non è un segreto che tutti gli esseri viventi sul nostro pianeta siano costituiti da cellule, queste innumerevoli "" sostanze organiche. Le cellule, a loro volta, sono circondate da uno speciale guscio protettivo: una membrana, che svolge un ruolo molto importante nella vita della cellula, e le funzioni della membrana cellulare non si limitano alla sola protezione della cellula, ma rappresentano un complesso meccanismo coinvolto nella riproduzione, nutrizione e rigenerazione della cellula.

Cos'è una membrana cellulare

La stessa parola "membrana" è tradotta dal latino come "film", sebbene una membrana non sia solo una sorta di film in cui è avvolta una cellula, ma una combinazione di due film collegati tra loro e con proprietà diverse. Infatti, la membrana cellulare è una membrana lipoproteica (grasso-proteina) a tre strati che separa ciascuna cellula dalle cellule vicine e dall'ambiente e svolge uno scambio controllato tra le cellule e l'ambiente, questa è la definizione accademica di ciò che una membrana cellulare È.

L’importanza della membrana è semplicemente enorme, perché non solo separa una cellula dall’altra, ma garantisce anche l’interazione della cellula sia con le altre cellule che con l’ambiente.

Storia della ricerca sulla membrana cellulare

Un importante contributo allo studio della membrana cellulare fu dato da due scienziati tedeschi Gorter e Grendel nel 1925. Fu allora che riuscirono a condurre un complesso esperimento biologico sui globuli rossi - eritrociti, durante il quale gli scienziati ottennero le cosiddette "ombre", gusci vuoti di eritrociti, che impilarono in una pila e misurarono l'area superficiale, e anche calcolato la quantità di lipidi in essi contenuti. Sulla base della quantità di lipidi ottenuti, gli scienziati sono giunti alla conclusione che sono appena sufficienti per coprire il doppio strato della membrana cellulare.

Nel 1935, un'altra coppia di ricercatori sulle membrane cellulari, questa volta gli americani Daniel e Dawson, dopo una serie di lunghi esperimenti, stabilirono il contenuto proteico nella membrana cellulare. Non c'era altro modo per spiegare perché la membrana avesse una tensione superficiale così elevata. Gli scienziati hanno abilmente presentato un modello di membrana cellulare sotto forma di un sandwich, in cui il ruolo del pane è svolto da strati lipidici e proteici omogenei e tra loro, invece del petrolio, c'è il vuoto.

Nel 1950, con l'avvento dell'elettronica, la teoria di Daniel e Dawson fu confermata da osservazioni pratiche: nelle micrografie della membrana cellulare erano chiaramente visibili gli strati delle teste lipidiche e proteiche e anche lo spazio vuoto tra di loro.

Nel 1960, il biologo americano J. Robertson sviluppò una teoria sulla struttura a tre strati delle membrane cellulari, che per lungo tempo fu considerata l'unica vera, ma con l'ulteriore sviluppo della scienza iniziarono a sorgere dubbi sulla sua infallibilità. Quindi, ad esempio, sarebbe difficile e dispendioso in termini di lavoro per le cellule trasportare i nutrienti necessari attraverso l’intero “sandwich”

E solo nel 1972, i biologi americani S. Singer e G. Nicholson furono in grado di spiegare le incongruenze nella teoria di Robertson utilizzando un nuovo modello a mosaico fluido della membrana cellulare. In particolare, hanno scoperto che la membrana cellulare non è omogenea nella sua composizione, inoltre è asimmetrica e piena di liquido. Inoltre, le cellule sono in costante movimento. E le famigerate proteine ​​che fanno parte della membrana cellulare hanno strutture e funzioni diverse.

Proprietà e funzioni della membrana cellulare

Ora diamo un'occhiata a quali funzioni svolge la membrana cellulare:

La funzione barriera della membrana cellulare fa sì che la membrana sia una vera e propria guardia di confine, che vigila sui confini della cellula, ritardando e impedendo il passaggio di molecole dannose o semplicemente inappropriate.

Funzione di trasporto della membrana cellulare: la membrana non è solo una guardia di frontiera all'ingresso della cellula, ma anche una sorta di punto di controllo doganale che attraverso di essa avviene lo scambio costante di sostanze utili con altre cellule e con l'ambiente;

Funzione matrice: è la membrana cellulare che determina la posizione reciproca e regola l'interazione tra loro.

Funzione meccanica - è responsabile della separazione di una cellula dall'altra e, allo stesso tempo, del corretto collegamento delle cellule tra loro, per formarle in un tessuto omogeneo.

La funzione protettiva della membrana cellulare è la base per la costruzione dello scudo protettivo della cellula. In natura un esempio di questa funzione può essere il legno duro, una buccia densa, un guscio protettivo, tutto dovuto alla funzione protettiva della membrana.

La funzione enzimatica è un'altra importante funzione svolta da alcune proteine ​​nella cellula. Ad esempio, grazie a questa funzione, nell'epitelio intestinale avviene la sintesi degli enzimi digestivi.

Inoltre, oltre a tutto ciò, attraverso la membrana cellulare avviene lo scambio cellulare, che può avvenire in tre diverse reazioni:

• La fagocitosi è uno scambio cellulare in cui le cellule fagocitarie incorporate nella membrana catturano e digeriscono vari nutrienti.
• La pinocitosi è il processo di cattura da parte della membrana cellulare di molecole liquide a contatto con essa. Per fare ciò, sulla superficie della membrana si formano appositi viticci, che sembrano circondare una goccia di liquido, formando una bolla, che viene successivamente “inghiottita” dalla membrana.
• L'esocitosi è un processo inverso quando una cellula rilascia un fluido funzionale secretorio sulla superficie attraverso la membrana.

Struttura della membrana cellulare

Nella membrana cellulare esistono tre classi di lipidi:

• fosfolipidi (che sono una combinazione di grassi e fosforo),
• glicolipidi (una combinazione di grassi e carboidrati),
• colesterolo

Fosfolipidi e glicolipidi, a loro volta, sono costituiti da una testa idrofila, nella quale si estendono due lunghe code idrofobiche. Il colesterolo occupa lo spazio tra queste code, impedendo loro di piegarsi, tutto ciò, in alcuni casi, rende la membrana di alcune cellule molto rigida; Oltre a tutto ciò, le molecole di colesterolo organizzano la struttura della membrana cellulare.

Comunque sia, la parte più importante della struttura della membrana cellulare sono le proteine, o meglio diverse proteine ​​che svolgono diversi ruoli importanti. Nonostante la diversità delle proteine ​​contenute nella membrana, c'è qualcosa che le unisce: i lipidi anulari si trovano attorno a tutte le proteine ​​della membrana. I lipidi anulari sono grassi strutturati speciali che fungono da sorta di guscio protettivo per le proteine, senza il quale semplicemente non funzionerebbero.

La struttura della membrana cellulare ha tre strati: la base della membrana cellulare è uno strato bilipido liquido omogeneo. Le proteine ​​lo ricoprono su entrambi i lati come un mosaico. Sono le proteine, oltre alle funzioni sopra descritte, che svolgono anche il ruolo di particolari canali attraverso i quali passano attraverso la membrana le sostanze che non sono in grado di penetrare attraverso lo strato liquido della membrana. Questi includono, ad esempio, gli ioni potassio e sodio; per la loro penetrazione attraverso la membrana, la natura fornisce canali ionici speciali nelle membrane cellulari. In altre parole, le proteine ​​garantiscono la permeabilità delle membrane cellulari.

Se osserviamo la membrana cellulare al microscopio, vedremo uno strato di lipidi formato da piccole molecole sferiche su cui nuotano come nel mare le proteine. Ora sai quali sostanze compongono la membrana cellulare.

Video sulla membrana cellulare

E infine un video didattico sulla membrana cellulare.