La struttura della membrana biologica è conosciuta come mosaico fluido, le pareti sono costituite da fosfolipidi bilayer. Le teste polari (gruppi fosfato) sono idrofile e sono rivole alle estremità, mentre le code polari (acidi grassi) idrofobiche sono all'interno.
La fluidità è data dalla composizione lipidica (lunghezza delle catene di acidi grassi, saturazione, polarità data dai gruppi fosfato) e dalla temperatura.
Una quantità tra lo 0 e il 20% è costituita dal colesterolo che impedisce alle membrane di irrigidirsi alle basse temperature e di divenire troppo fluide alle alte.
La densità media di proteine è di 1 su 25 molecole fosfolipidiche e si dividono in due tipi:
- le proteine integrali penetrano attraverso la parete fosfolipidica, quelle che l'attraversano completamente sono dette proteine transmembrana.
- le proteine periferiche che non sono immerse nel bilayer.
Alcune proteine non sono libere di muoversi e sono ancorate tramite il citoscheletro o a lipidi galleggianti semifluidi.
I fosfolipidi vengono sintetizzati nel reticolo endoplasmatico liscio e le proteine nel reticolo endoplasmatico rugoso.
Carboidrati sono situati alle estremità esterne delle proteine transmembrana e hanno la funzione di siti di riconoscimento e di segnalazione. Sono glicolipidi e glicoproteine.
Le membrane permettono di essere attraversate solo da alcune sostanze, permeabilità selettiva. Esistono due modi per il trasporto di sostanze passivo, che non richiede energia ulteriore, e attivo, richiede ATP.
La diffusione passiva avviene per diffusione che può essere semplice o facilitata.
La diffusione è il processo con cui una soluzione raggiunge uno stato di equilibrio in cui vi è il movimento netto di particelle tra una parte ad alta concentrazione ad uno a bassa concentrazione,
La velocità di diffusione è funzione di diametro delle molecole, della temperatura della soluzione, la carica elettrica e gradiente di concentrazione che è il cambiamento di concentrazione tra punti diversi. Una soluzione può essere isotonica, ipertonica o ipotonica relativamente alla comparazione di soluto rispetto ad un'altra.
Tanto più una molecola è liposolubile, quindi idrofoba, tanto penetra più facilmente attraverso la membrana.
Nel caso la sostanza non fosse liposolubile essa attraversa la membrana attraverso il gradiente di concentrazione tramite specifiche proteine (diffusione facilitata).
Esistono proteine canale, come i canali ionici che permettono il passaggio selettivo di un tipo di ione, e proteine carrier che aiutano il passaggio di molecole complesse.
I canali ionici sono al centro di ogni attività del sistema nervoso, e possono essere regolati (quindi ad accesso variabile) da messageri intra/extracellulari, cambiamenti elettrici o stimoli meccanici.
Il trasporto delle sostanze contro il gradiente di concentrazione avviene attraverso proteine carrier che necessitano di ATP e ognuna è specializzata per un tipo di sostanza. Si dividono in uniporto (una molecola una direzione), simporto (più molecole una direzione) e antiporto (più molecole diverse direzioni). Un carrier antiporto molto importante è la pompa sodio-potassio, che fa entrare 2 ioni K+ e uscire 3 ioni Na+ con l'effetto che la concentrazione di questi sia molto diversa tra l'interno e l'esterno della cellula.
L'endocitosi è il modo che la cellula ha per introdurre molecole di grosse dimensioni e l'esocitosi è il processo inverso.
L'endocitosi può essere fagocitosi (ingestione di solidi), pinocitosi (ingestioni di liquidi) e endocitosi mediata da recettori o captazione.
Alcune proteine (come la clatrina) rivestono esternamente le porzioni di membrane plasmatica specializzate, chiamate fossette rivestita, la fossetta si invagina e si forma una vescicola.
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