Nel 1972, è stata avanzata la teoria secondo cui una membrana parzialmente permeabile circonda la cellula e svolge una serie di compiti vitali, e la struttura e la funzione delle membrane cellulari sono questioni significative per quanto riguarda il corretto funzionamento di tutte le cellule del corpo. La teoria cellulare si diffuse nel XVII secolo, insieme all'invenzione del microscopio. Si è saputo che i tessuti vegetali e animali sono composti da cellule, ma a causa della bassa risoluzione del dispositivo era impossibile vedere eventuali barriere intorno alla cellula animale. Nel 20° secolo, la natura chimica della membrana è stata studiata più in dettaglio, si è scoperto che i lipidi ne sono la base.
Struttura e funzione delle membrane cellulari
La membrana cellulare circonda il citoplasma delle cellule viventi, separando fisicamente i componenti intracellulari dall'ambiente esterno. Funghi, batteri e piante hanno anche pareti cellulari che forniscono protezione e impediscono il passaggio di grandi molecole. Anche le membrane cellulari svolgono un ruoloformazione del citoscheletro e attaccamento alla matrice extracellulare di altre particelle vitali. Questo è necessario per tenerli insieme, formando i tessuti e gli organi del corpo. Le caratteristiche strutturali della membrana cellulare includono la permeabilità. La funzione principale è la protezione. La membrana è costituita da uno strato fosfolipidico con proteine incorporate. Questa parte è coinvolta in processi come l'adesione cellulare, la conduzione ionica e i sistemi di segnalazione e funge da superficie di attacco per diverse strutture extracellulari, tra cui la parete, il glicocalice e il citoscheletro interno. La membrana mantiene anche il potenziale della cellula agendo come un filtro selettivo. È selettivamente permeabile agli ioni e alle molecole organiche e controlla il movimento delle particelle.
Meccanismi biologici che coinvolgono la membrana cellulare
1. Diffusione passiva: alcune sostanze (piccole molecole, ioni), come l'anidride carbonica (CO2) e l'ossigeno (O2), possono diffondersi attraverso la membrana plasmatica. Il guscio funge da barriera a certe molecole e ioni che possono essere concentrati su entrambi i lati.
2. Canale transmembrana e proteina trasportatrice: nutrienti come glucosio o aminoacidi devono entrare nella cellula e alcuni prodotti metabolici devono uscire.
3. L'endocitosi è il processo mediante il quale le molecole vengono assorbite. Nella membrana plasmatica si crea una leggera deformazione (invaginazione), in cui viene ingerita la sostanza da trasportare. Richiedeenergia e quindi è una forma di trasporto attivo.
4. Esocitosi: avviene in varie cellule per rimuovere i residui non digeriti di sostanze portate dall'endocitosi al fine di secernere sostanze come ormoni ed enzimi e trasportare la sostanza completamente attraverso la barriera cellulare.
Struttura molecolare
La membrana cellulare è una membrana biologica, costituita principalmente da fosfolipidi e che separa il contenuto dell'intera cellula dall'ambiente esterno. Il processo di formazione avviene spontaneamente in condizioni normali. Per comprendere questo processo e descrivere correttamente la struttura e le funzioni delle membrane cellulari, nonché le proprietà, è necessario valutare la natura delle strutture fosfolipidiche, che sono caratterizzate da polarizzazione strutturale. Quando i fosfolipidi nell'ambiente acquatico del citoplasma raggiungono una concentrazione critica, si combinano in micelle, che sono più stabili nell'ambiente acquatico.
Proprietà della membrana
- Stabilità. Ciò significa che è improbabile che dopo la formazione della membrana collassi.
- Forza. La membrana lipidica è abbastanza affidabile da impedire il passaggio di una sostanza polare: sia le sostanze disciolte (ioni, glucosio, amminoacidi) sia le molecole molto più grandi (proteine) non possono passare attraverso il bordo formato.
- Carattere dinamico. Questa è forse la proprietà più importante quando si considera la struttura della cellula. La membrana cellulare puòessere soggetto a varie deformazioni, può essere piegato e piegato senza collassare. In circostanze speciali, come la fusione di vescicole o il germogliamento, può essere rotto, ma solo temporaneamente. A temperatura ambiente, i suoi costituenti lipidici sono in costante movimento caotico, formando un confine fluido stabile.
Modello a mosaico liquido
Parlando della struttura e delle funzioni delle membrane cellulari, è importante notare che nella visione moderna, la membrana come modello di mosaico liquido è stata considerata nel 1972 dagli scienziati Singer e Nicholson. La loro teoria riflette tre caratteristiche principali della struttura della membrana. Le proteine di membrana integrali forniscono un modello a mosaico per la membrana e sono in grado di muoversi lateralmente nel piano a causa della natura variabile dell'organizzazione dei lipidi. Anche le proteine transmembrana sono potenzialmente mobili. Una caratteristica importante della struttura della membrana è la sua asimmetria. Qual è la struttura di una cellula? Membrana cellulare, nucleo, proteine e così via. La cellula è l'unità di base della vita e tutti gli organismi sono costituiti da una o più cellule, ciascuna con una barriera naturale che la separa dal suo ambiente. Questo bordo esterno della cellula è anche chiamato membrana plasmatica. È composto da quattro diversi tipi di molecole: fosfolipidi, colesterolo, proteine e carboidrati. Il modello a mosaico liquido descrive la struttura della membrana cellulare come segue: flessibile ed elastica, di consistenza simile all'olio vegetale, in modo che tuttole singole molecole galleggiano semplicemente nel mezzo liquido e sono tutte in grado di muoversi lateralmente all'interno di quel guscio. Un mosaico è qualcosa che contiene molti dettagli diversi. Nella membrana plasmatica è rappresentato da fosfolipidi, molecole di colesterolo, proteine e carboidrati.
Fosfolipidi
I fosfolipidi costituiscono la struttura di base della membrana cellulare. Queste molecole hanno due estremità distinte: una testa e una coda. La testata contiene un gruppo fosfato ed è idrofila. Ciò significa che è attratto dalle molecole d'acqua. La coda è composta da atomi di idrogeno e carbonio chiamati catene di acidi grassi. Queste catene sono idrofobiche, non amano mescolarsi con le molecole d'acqua. Questo processo è simile a quello che accade quando versi l'olio vegetale nell'acqua, cioè non si dissolve in esso. Le caratteristiche strutturali della membrana cellulare sono associate al cosiddetto doppio strato lipidico, costituito da fosfolipidi. Le teste di fosfato idrofilico si trovano sempre dove c'è acqua sotto forma di fluido intracellulare ed extracellulare. Le code idrofobiche dei fosfolipidi nella membrana sono organizzate in modo tale da tenerle lontane dall'acqua.
Colesterolo, proteine e carboidrati
Quando le persone sentono la parola "colesterolo", di solito pensano che sia dannoso. Tuttavia, il colesterolo è in re altà un componente molto importante delle membrane cellulari. Le sue molecole sono costituite da quattro anelli di atomi di idrogeno e carbonio. Sono idrofobi e si trovano tra le code idrofobiche nel doppio strato lipidico. La loro importanza sta nellamantenendo la consistenza, rinforzano le membrane, prevenendo il crossover. Le molecole di colesterolo impediscono anche alle code di fosfolipidi di entrare in contatto e indurirsi. Ciò garantisce fluidità e flessibilità. Le proteine di membrana agiscono come enzimi per accelerare le reazioni chimiche, agiscono come recettori per molecole specifiche o trasportano sostanze attraverso la membrana cellulare.
I carboidrati, o saccaridi, si trovano solo sul lato extracellulare della membrana cellulare. Insieme formano il glicocalice. Fornisce ammortizzazione e protezione alla membrana plasmatica. In base alla struttura e al tipo di carboidrati nel glicocalice, il corpo può riconoscere le cellule e determinare se dovrebbero essere presenti o meno.
Proteine di membrana
La struttura della membrana cellulare di una cellula animale non può essere immaginata senza una componente così significativa come la proteina. Nonostante ciò, possono avere dimensioni significativamente inferiori rispetto a un altro componente importante: i lipidi. Ci sono tre principali proteine di membrana.
- Integrale. Coprono completamente il doppio strato, il citoplasma e l'ambiente extracellulare. Svolgono una funzione di trasporto e segnalazione.
- Periferica. Le proteine sono attaccate alla membrana da legami elettrostatici o idrogeno sulla loro superficie citoplasmatica o extracellulare. Sono coinvolti principalmente come mezzo di attacco per le proteine integrali.
- Transmembrana. Svolgono funzioni enzimatiche e di segnalazione e modulano anche la struttura di base del doppio strato lipidico della membrana.
Funzioni delle membrane biologiche
L'effetto idrofobico, che regola il comportamento degli idrocarburi nell'acqua, controlla le strutture formate dai lipidi di membrana e dalle proteine di membrana. Molte proprietà delle membrane sono conferite dai portatori di doppi strati lipidici, che costituiscono la struttura di base per tutte le membrane biologiche. Le proteine integrali della membrana sono parzialmente nascoste nel doppio strato lipidico. Le proteine transmembrana hanno un'organizzazione specializzata degli amminoacidi nella loro sequenza primaria.
Le proteine della membrana periferica sono molto simili a quelle solubili, ma sono anche legate alla membrana. Le membrane cellulari specializzate hanno funzioni cellulari specializzate. In che modo la struttura e le funzioni delle membrane cellulari influenzano il corpo? La funzionalità dell'intero organismo dipende da come sono disposte le membrane biologiche. Dagli organelli intracellulari, dalle interazioni extracellulari e intercellulari delle membrane, vengono create le strutture necessarie per l'organizzazione e l'esecuzione delle funzioni biologiche. Molte caratteristiche strutturali e funzionali sono comuni a batteri, cellule eucariotiche e virus con involucro. Tutte le membrane biologiche sono costruite su un doppio strato lipidico, che determina la presenza di una serie di caratteristiche comuni. Le proteine di membrana hanno molte funzioni specifiche.
- Controllare. Le membrane plasmatiche delle cellule definiscono i confini dell'interazione della cellula con l'ambiente.
- Trasporto. Le membrane intracellulari delle cellule sono suddivise in diversi blocchi funzionali con differenticomposizione interna, ciascuna delle quali è supportata dalla necessaria funzione di trasporto in combinazione con il controllo della permeabilità.
- Trasduzione del segnale. La fusione della membrana fornisce un meccanismo per la notifica vescicolare intracellulare e impedisce a vari tipi di virus di entrare liberamente nella cellula.
Significato e conclusioni
La struttura della membrana cellulare esterna colpisce l'intero corpo. Svolge un ruolo importante nella protezione dell'integrità consentendo la penetrazione solo di sostanze selezionate. È anche una buona base per ancorare il citoscheletro e la parete cellulare, che aiuta a mantenere la forma della cellula. I lipidi costituiscono circa il 50% della massa della membrana della maggior parte delle cellule, anche se questo varia a seconda del tipo di membrana. La struttura della membrana cellulare esterna dei mammiferi è più complessa, contiene quattro fosfolipidi principali. Un'importante proprietà dei doppi strati lipidici è che si comportano come un fluido bidimensionale in cui le singole molecole possono ruotare liberamente e muoversi lateralmente. Tale fluidità è una proprietà importante delle membrane, che è determinata in base alla temperatura e alla composizione lipidica. A causa della struttura ad anello degli idrocarburi, il colesterolo gioca un ruolo nel determinare la fluidità delle membrane. La permeabilità selettiva delle membrane biologiche alle piccole molecole permette alla cellula di controllare e mantenere la sua struttura interna.
Considerando la struttura della cellula (membrana cellulare, nucleo e così via), possiamo concludere cheche il corpo è un sistema di autoregolazione che non può danneggiarsi senza un aiuto esterno e cercherà sempre modi per ripristinare, proteggere e funzionare correttamente ogni cellula.
