Membrana Plasmatica

Membrana plasmatica

La membrana plasmatica o membrana cellulare o plasmalemma è sede di numerose attività della cellula: risposta agli ormoni, interazioni cellulari, proprietà antigeniche, eccitabilità e, forse, anche espressione dei geni e della divisione cellulare.

All’inizio degli anni ’70 è stato proposto un modello della struttura della membrana plasmatica detto modello trilaminare a mosaico, valido anche per le membrane interne alla cellula, secondo il quale in un bilayer fosfolipidico sono affondate proteine che attraversano tutta la membrana da parte a parte. I principali fosfolipidi di membrana sono sostanzialmente 4: fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilcolina e sfingomielina.

Sono molecole con un’estremità idrofoba e una idrofila, quindi anfipatiche, che quando si trovano in mezzo a due soluzioni acquose, come l’interno e l’esterno della cellula, interagiscono tra loro disponendosi in doppio strato, strato lipidico bimolecolare o bilayer dello spessore di circa 7-8 nm.

Il nucleo, i mitocondri e i cloroplasti non sono i soli organuli delimitati da membrana, presenti all'interno delle cellule eucarioti. Nel citoplasma si trova, infatti, una serie di altri organuli, ciascuno dei quali è circondato da una membrana ed è in grado di eseguire una funzione distinta. Molte di queste funzioni cellulari hanno a che fare con l'esigenza, da parte della cellula, di portare al proprio interno materie prime, di esportare i propri prodotti e di eliminare le scorie.

Una rete tridimensionale di cisterne delimitate da membrane, denominata reticolo endoplasmatico, costituisce il compartimento cellulare dove avviene la sintesi di gran parte dei componenti delle membrane, come pure dei materiali destinati a essere esportati all'esterno della cellula.

Una sottile membrana, denominata membrana plasmatica, racchiude il contenuto di tutte le cellule viventi e costituisce una barriera fra l'ambiente intracellulare (interno) e quello extracellulare (esterno).

La membrana plasmatica è costituita da un doppio strato lipidico dello spessore di circa 9 nanometri (un nanometro corrisponde a un miliardesimo di metro), attraversato parzialmente o completamente da numerose proteine; essa funziona da barriera selettiva per il movimento di sostanze chimiche tra cellula e ambiente esterno , regolando, così, la composizione chimica della cellula.
La maggior parte degli ioni e delle molecole idrosolubili non è in grado di attraversare spontaneamente questa barriera lipidica e per farlo necessita di una specifica proteina trasportatrice ("carrier") o di un canale, anch'esso di natura proteica. Avvalendosi di questi meccanismi di trasporto, la cellula può mantenere la concentrazione interna degli ioni e delle piccole molecole su valori diversi da quelli che caratterizzano l'ambiente esterno.
Un altro sistema per operare scambi fra l'ambiente intracellulare e quello extracellulare comporta la presenza di vescicole membranose che si fondono o si distaccano dalla membrana plasmatica; questo meccanismo permette, in particolare nelle cellule animali, di trasportare attraverso la membrana plasmatica macromolecole e particelle di grandi dimensioni, sia dall'interno all'esterno, sia in direzione opposta. All'esterno della membrana plasmatica, la maggior parte delle cellule batteriche e vegetali è ulteriormente delimitata da una parete cellulare alquanto spessa e robusta, costituita da polisaccaridi complessi (nel caso delle piante superiori soprattutto da cellulosa).
Se da un lato questa struttura serve a mantenere la forma tipica della cellula e a proteggerla dagli urti meccanici, dall'altro lato limita i movimenti consentiti alla cellula, come pure l'ingresso e la fuoriuscita di materiali

La membrana plasmatica (o plasmalemma) separa - ma non isola - dall'ambiente esterno quello interno che conserva, comunque, la sua autonomia funzionale. Essa si comporta come una linea di frontiera che può essere attraversata da persone e da merci, ma non indiscriminatamente, poiché esistono varchi speciali ove vige un controllo selettivo.

Essa è formata da un doppio strato di molecole lipidiche aventi proprietà polari cui sono associate innumerevoli proteine enzimatiche, il rapporto ponderale tra le due componenti può raggiungere la parità. Le sue capacità selettive dipendono sia dall'organizzazione fisico-chimica degli strati lipidici, sia dalla attività degli enzimi che incorpora.

La membrana plasmatica si comporta come una membrana semipermeabile, ciò vuol dire che essa si lascia liberamente attraversare dalle molecole del solvente (acqua nella fattispecie) ma non dalle molecole delle sostanze in essa disciolte. (fig)

La semipermeabilità ha conseguenze importanti, in quanto dà origine a fenomeni osmotici. Una parete cellulare si osserva presso i batteri, i funghi, i vegetali superiori e alcuni protisti.

La membrana plasmatica gode di un'interessante proprietà: non tollera margini liberi e quindi tende a risarcire ogni lacerazione: questa proprietà - di natura chimico-fisica - garantisce la sopravvivenza della cellula dopo un trauma. Se però il trauma è tanto brutale da stracciare la membrana, ciascun lembo isolato della membrana si richiude su se stesso in modo da formare minute sfere. Di conseguenza non si osserverà mai una lamina di plasmalemma isolata, bensì una struttura laminare richiusa su se stessa.

Addossate alle due falde lipidiche che formano il plasmalemma vi sono molecole proteiche che ne accrescono la resistenza meccanica, mentre, inserite nel loro spessore, si trovano molecole enzimatiche alcune delle quali lavorano come pompe e provvedono al trasporto attivo di molecole. Queste pompe in miniatura, trasferiscono 'contro gradiente di concentrazione' alcune micromolecole consumando energia; in altre parole, esse concentrano all'interno della cellula sostanze indispensabili al metabolismo cellulare, oppure sospingono verso l'esterno sostanze da eliminare.

Altre molecole enzimatiche, sempre presenti, pompano in una direzione o nell'altra ioni alcalini o alcalino-terrosi (K⁺, Na⁺, Ca²⁺) e finiscono coll'introdurre cariche positive in eccesso e col creare una differenza di potenziale tra l'interno della cellula e l'esterno (7) che si esprime in millesimi di Volt. Da simile distribuzione delle cariche elettriche deriva una proprietà di grandissima importanza per ogni organismo vivente: l'eccitabilità. Infatti, qualunque evento che faciliti il deflusso di ioni attraverso la membrana, o ne limiti l'ingresso, provoca una variazione di potenziale che si propaga lungo il plasmalemma e innesca risposte specifiche da parte della cellula.

L'eccitabilità - più o meno sviluppata presso ogni sorta di cellule, dal batterio fino al mammifero - è il tramite per il quale ogni organismo riceve informazione dall'ambiente circostante e reagisce di conseguenza.

Il plasmalemma fornisce supporto meccanico sia a quelle molecole enzimatiche che possono funzionare solo se sono ancorate, sia a quelle altre molecole che cooperano solo a condizione di essere situate a distanze ben precise. Quando le molecole enzimatiche che necessitano di supporto sono numerosissime la superficie del plasmalemma cresce in proporzione, formando pieghe e creste . Ciò è evidente nei Procarioti, ma anche nei mitocondri, organuli delle cellule eucariotiche deputate alla respirazione .

La funzione di mediatore tra ambiente interno e ambiente esterno di cui è dotato il plasmalemma è assai importante, motivo per cui esiste un rapporto ottimale tra superficie limitante e volume citoplasmatico.

Quando una cellula cresce di diametro la sua superficie cresce secondo il quadrato delle dimensioni lineari, mentre il volume cresce secondo il cubo di dette dimensioni.

Ad esempio:

se in una cellula sferica il diametro passa da 10 µm a 20 µm

la superficie passa da 234,6 a 942 µm²

il volume passa da 523,5 a 4189 µm³.

Lo squilibrio che così nasce viene eliminato dalla divisione cellulare (fig).

In conclusione, a causa del complesso di proprietà inerenti alla struttura chimico-fisica degli strati lipidici e del complesso di proprietà delle proteine che ad essi aderiscono, la membrana plasmatica funge da centro di regolazione dell'ingresso e dell'uscita dei materiali occorrenti o da eliminare, in modo da mantenere le cellule in stato di crescita armoniosa o in stato stazionario.

Membrana plasmatica	Reticolo endoplasmatico	Apparato del Golgi	Centrioli	Nucleo
Citoscheletro	Mitocondri	Ribosomi	Cloroplasti	Citoplasma
Cromosomi	Lisosomi e Perossisomi	Parete Cellulare