La membrana plasmatica

La membrana plasmatica è una struttura sottile che circonda e riveste il contenuto delle cellule, separandole dall’ambiente esterno, proteggendole e regolando il passaggio di sostanze in modo da introdurre i nutrienti e fuoriuscire le sostanze di scarto. E’ composta principalmente da fosfolipidi, molecole che quando sono immersi in acqua tendono ad organizzarsi in un doppio strato con le teste solubili rivolte verso l’esterno e le code insolubili rivolte verso l’interno creando una barriera semipermeabile. Tra di loro sono presenti delle proteine che si occupano del trasporto delle sostanze e della comunicazione con l’ambiente esterno.

La membrana plasmatica è stata una delle strutture fondamentali che si sono formate quando nacque la vita sulla terra; senza di essa, le sostanze delle cellule si disperderebbero nell’ambiente esterno. Quando le prime proteine si mescolarono tra loro, queste si coagularono e attirarono altre molecole che le prime barriere protettive. All’interno di queste barriere continuarono ad avvenire reazioni chimiche che portarono alla formazione delle prime cellule e dei primi organismi unicellulari mentre la barriera garantiva il trasporto delle sostanze nutritive e lo sviluppo di queste prime forme di vita.

All’interno della membrana ci sono diversi tipi di proteine. Quelle che si trovano nella superfice esterna agiscono da ricettori per ormoni e sono in grado di riconoscere gli organismi dannosi e tenerli fuori. Quelle che si trovano all’interno della membrana agiscono da canali per il trasporto cellulare o per dare sostegno e flessibilità alla cellula. Tra questi c’è il colesterolo che impedisce l’irrigidimento della membrana plasmatica in caso di basse temperature e che diventi troppo fluida se c’è troppo caldo.

Come avviene il trasporto nella membrana plasmatica

Proprio per la sua composizione chimica, la membrana plasmatica ha una consistenza oleosa, e le proteine sono distribuite come pezzi di un mosaico fluido che possono muoversi liberamente al suo interno.

Le molecole di ossigeno, anidride carbonica e l’acqua possono attraversare la membrana cellulare senza richiedere consumo di energia. Questo perché la membrana è permeabile a queste sostanze e permette loro di passarvi attraverso senza difficoltà e sforzi. La concentrazione di ossigeno fuori e dentro la cellula rimane costante, in quanto la membrana crea un equilibrio dinamico: qualora la concentrazione di ossigeno fuori dalla membrana fosse maggiore o minore di quella interna, il trasporto cellulare farà in modo da avere l’equilibrio. L’anidride carbonica, invece, tende ad uscire dalla cellula, perché la sua concentrazione interna è maggiore rispetto quella esterna: in altre parole, grazie a questo sbilancio, tutta l’anidride carbonica prodotta dalle reazioni chimiche della cellula verrà portata fuori come un rifiuto.

Un altro fattore che influenza l’equilibrio all’interno della cellula è la concentrazione dei componenti della cellula. Se l’acqua che li immerge li diluisse troppo, le reazioni chimiche non avverrebbero come dovrebbero. La membrana plasmatica permette all’acqua di entrare nella cellula ma non alle sostanze come sali e zuccheri; agisce come un filtro. Di conseguenza per raggiungere l’equilibrio, l’acqua all’interno della cellula sarà di una quantità tale da permettere alle reazioni chimiche di continuare. E’ ovvio che se un organismo si troverebbe in un ambiente con troppi soluti o con poca acqua all’esterno si danneggerebbe: nel primo caso, troppa acqua danneggerebbe l’interno della cellula, nel secondo caso la cellula perderebbe troppa acqua che uscirebbe per equilibrare l’esterno. L’unica eccezione riguarda gli organismi viventi che si sono adattati ed evoluti per vivere in quell’ambiente.

Ci sono cellule che hanno bisogno di una determinata quantità di sostanze anche se il rapporto con l’esterno non è in equilibrio. In questo caso, una molecola chiamata ATP, adenosintrifosfato, fornisce energia alle proteine della membrana in modo che agiscano come vere e proprie pompe chimiche e mantengano la differenza di concentrazione tra l’ambiente interno e quello esterno.

Un esempio di questo trasporto attivo è la pompa sodio-potassio. Tre ioni di sodio dentro la cellula si attaccano alla pompa che cambia la sua conformazione per poterli espellere. A quel punto due ioni di potassio si attaccano alla proteina che ritorna alla conformazione iniziale e li sposta verso l’interno. A questo punto si crea una differenza di carica elettrica tra l’interno della cellula, ora negativa, e l’esterno. Questa differenza è la base di molte funzioni cellulari, tra cui la trasmissione degli impulsi nervosi e la contrazione dei muscoli.

Le cellule sono anche in grado di inglobare al loro interno sostanze senza doverle scomporre prima e senza bisogno di proteine specifiche. Questo processo viene chiamato genericamente endocitosi ed ha nomi specifici a seconda del tipo di materiale che viene introdotto.

Le cellule del sistema immunitario sono in grado di ‘mangiare’ particelle solide di grandi dimensioni, rispetto agli atomi, come batteri, virus e altri patogeni. E’ una caratteristiche delle cellule del sistema immunitario che estendono la propria membrana plasmatica per circondare la minaccia e poi la racchiudono in una vescicola che si stacca dalla membrana e porta l’intruso all’interno della cellula dove avviene la digestione vera e propria. Questo processo viene chiamato fagocitosi.

Anche se la membrana non permette alle sostanze disciolte nell’acqua di penetrare con essa, le cellule sono comunque in grado di introdurre in modo simile a quanto descritto sopra i fluidi e le sostanze disciolte assumendo gocce di liquido tramite piccole vescicole. Questo processo viene chiamato pinocitosi.

Infine, la membrana è composta anche da recettori, proteine che riconoscono sostanze specifiche e necessarie per la cellula, come il colesterolo, che attraggono la molecola e la introducono sempre tramite vescicole. Questo processo si chiama endocitosi mediata da ricettori.

Riassumendo, l’endocitosi funziona in questo modo: la cellula riconosce il tipo di particella o molecola con cui è in contatto e la lega tramite uno dei metodi indicati sopra; la membrana si piega verso l’interno e inizia ad avvolgere la sostanza da assorbire; si forma la vescicola nella parte superiore della tasca che si chiude e si stacca dalla membrana portando la sostanza all’interno della cellula; la vescicola si fonde con altri componenti della cellula, come i lisosomi, che degradano il materiale in modo da essere utilizzato o eliminato.