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La membrana cellulare

La membrana cellulare (o plasmatica) confina il contenuto della cellula separandolo dall'ambiente esterno e regola gli scambi di sostanze con quest'ultimo. 

E' costituita da un sottilissimo doppio strato di fosfolipidi (circa 5-10 nm, ovvero 5-10 milonesimi di millimetro) in cui sono immerse delle proteine e delle molecole di colesterolo.

I fosfolipidi sono molecole con una forma e proprietà particolari: hanno una "testa" idrofila (affine all'acqua) e due "code" idrofobe (affini ai grassi e insolubili in acqua). La testa idrofila è costituita da un gruppo fosfato, le code idrofobe da acidi grassi. Nel doppio strato della membrana cellulare le teste dei fosfolipidi sono rivolte all'esterno, a contatto con le soluzione acquose presenti all'intero e all'esterno delle cellule, le code idrofobe sono invece opposte le une alle altree e rivolte all'interno xella membrana stessa.

Doppio strato fosfolipidico
Proteine di membrana
Modello di membrane cellulare
Modello di membrana cellulare

Le proteine di membrana sono immerse all'interno del doppio strato di fosfolipidi e possono sporgere da entrambi i lati verso l'interno della cellula e/o verso l'esterno.

Le proteine di membrana svolgono numerose funzioni, tra cui il trasporto di sostanze attraverso la membrana stessa (proteine trasportatrici o "canali"), il riconoscimento di sostanze con la conseguente attivazione di meccanismi di risposta (recettori), il mantenimento della forma delle cellule e la formazione delle giunzioni cellulari. La maggior parte delle proteine di membrana presentano sulla loro superficie esterna catene di zuccheri. 

Attrraverso la membrana cellulare avvengono i fenomeni di trasporto di sostanze.
Il trasporto può essere attivo o passivo. Il trasporto attivo necessita di energia chimica (ATP), mentre il trasporto passivo avviene senza consumi energetici.

Il trasporto passivo

Il trasporto passivo può avvenire grazie alla semplice diffusione di molecole piccole come l'acqua, l'anidride carbonica e l'ossigeno che atraversano la membrana cellulare con relativa facilità. 

Le molecole di maggiori dimensioni e solubili in acqua, come il glucosio, il fruttosio e ioni, attraversano la membrana grazie al trasporto facilitato. Questo avviene grazie ad alcune proteine di membrana che si legano alle molecole e agli ioni dalla parte della membrana in cui la loro concentrazione è maggiore e li liberano dalla parte opposta, dove la loro concentrazione è minore. Questo fenomeno si verifica grazie a cambiamenti di forma di queste proteine, che oscillano tra due diverse conformazioni che spostano il sito di legame della proteina verso l'esterno e verso l'interno della membrana.

trasporto facilitato ESCAPE='HTML'

Il trasporto attivo

Se il trasporto deve avvenire controcorrente, ovvero dalla parte dove la concentrazione è minore alla parte in cui è maggiore, si verifica il trasporto attivo, che richiede il consumo di energia sotto forma di molecole di ATP. 

E' questo il caso della pompa Sodio-Potassio, che pompa il potassio all'interno della cellula e contemporaneamente il sodio all'esterno, che per a causa della diffusione tenderebbero a fare il contrario.

trasporto attivo ESCAPE='HTML'

Questa proteina di membrana contiene 3 siti di attacco per gli ioni Na+, 2 siti per glio ioni K+ e un sito per l'ATP.

Quando è aperta verso l'interno i siti per il sodio sono inizialmente liberi. Quindi a questi siti si legano 3 ioni Na+ e al sito di attacco dell'ATP una molecola di ATP che libera un gruppo fosfato (ATP -> ADP + P) liberando l'energia che determina il cambiamento di forma della proteina che si apre verso l'esterno liberando gli ioni Na+ nello spazio extracellulare. Ora ai siti di attacco del potassio si legano due ioni K+ e dal sito dell'ATP si stacca l'ADP: la proteina riprende la sua forma iniziale e si apre verso l'interno della cellula liberando i due ioni K+ all'interno del citoplasma. A questo punto la proteina trasportatrice ritorna nelle condizioni di partenza e può ricominciare il ciclo di trasporto. 

Immerse nel doppio strato di fosfolipidi si trovano anche molecole di colesterolo, un grasso che garantisce la necessaria fluidità alla membrana stessa.

La medesima struttura della membrana cellulare si incontra anche nelle membrane degli organuli citoplasmatici, come il reticolo endoplasmatico, l'apparato del Golgi, i lisosomi. 

La membrana che avvolge il nucleo della cellula, la membrana nucleare, è doppia e la sua parte esterna è in continuità con il reticolo endoplasmatico. Anche la membrana dei mitocondri è doppia.

La membrana cellulare delimita il citoplasma, sostanza gelatinosa semitrasparente costituita prevalentemente da acqua, da proteine, ioni, amminoacidi, grassi, monosaccaridi, nucleotidi. Il citoplasma è la sede in cui avviene la maggior parte delle reazioni metaboliche cellulari e contiene gli organuli e il nucleo.