5.1B: Fluid Mosaic Model (Italiano)

Il modello a mosaico fluido fu proposto per la prima volta da SJ Singer e Garth L. Nicolson nel 1972 per spiegare la struttura della membrana plasmatica. Il modello si è evoluto in qualche modo nel tempo, ma rappresenta ancora meglio la struttura e le funzioni della membrana plasmatica così come le intendiamo ora. Il modello a mosaico fluido descrive la struttura della membrana plasmatica come un mosaico di componenti – inclusi fosfolipidi, colesterolo, proteine e carboidrati – che conferisce alla membrana un carattere fluido. Le membrane al plasma variano da 5 a 10 nm di spessore. Per confronto, i globuli rossi umani, visibili tramite microscopia ottica, sono larghi circa 8 µm o circa 1.000 volte più larghi di una membrana plasmatica. Le proporzioni di proteine, lipidi e carboidrati nella membrana plasmatica variano a seconda del tipo di cellula. Ad esempio, la mielina contiene il 18% di proteine e il 76% di lipidi. La membrana interna mitocondriale contiene il 76% di proteine e il 24% di lipidi.

Il tessuto principale della membrana è composto da molecole fosfolipidiche anfifiliche o duali. Le aree idrofile o amanti dellacqua di queste molecole sono in contatto con il fluido acquoso sia allinterno che allesterno della cellula. Le molecole idrofobiche o che odiano lacqua tendono ad essere non polari. Una molecola fosfolipidica è costituita da una spina dorsale di glicerolo a tre atomi di carbonio con due molecole di acidi grassi attaccate ai carboni 1 e 2 e un gruppo contenente fosfato attaccato al terzo carbonio. Questa disposizione conferisce alla molecola complessiva unarea descritta come la sua testa (il gruppo contenente fosfato), che ha un carattere polare o carica negativa, e unarea chiamata coda (gli acidi grassi), che non ha carica. Interagiscono con altre molecole non polari nelle reazioni chimiche, ma generalmente non interagiscono con le molecole polari. Quando vengono immerse in acqua, le molecole idrofobiche tendono a formare una palla o un grappolo. Le regioni idrofile dei fosfolipidi tendono a formare legami idrogeno con lacqua e altre molecole polari sia allesterno che allinterno della cellula. Pertanto, le superfici della membrana che si affacciano allinterno e allesterno della cellula sono idrofile. Al contrario, la parte centrale della membrana cellulare è idrofobica e non interagirà con lacqua. Pertanto, i fosfolipidi formano uneccellente membrana cellulare a doppio strato lipidico che separa il fluido allinterno della cellula dal fluido allesterno della cellula.

Le proteine costituiscono il secondo componente principale delle membrane plasmatiche. Le proteine integrali (alcuni tipi specializzati sono chiamati integrine) sono, come suggerisce il nome, completamente integrate nella struttura della membrana e le loro regioni idrofobe che attraversano la membrana interagiscono con la regione idrofobica del doppio strato fosfolipidico. Le proteine integrali di membrana a passaggio singolo di solito hanno un segmento transmembrana idrofobo che consiste di 20-25 aminoacidi. Alcuni si estendono solo su una parte della membrana, associandosi a un singolo strato, mentre altri si estendono da un lato allaltro della membrana e sono esposti su entrambi i lati. Alcune proteine complesse sono composte da un massimo di 12 segmenti di una singola proteina, che sono ampiamente piegati e incorporati nella membrana. Questo tipo di proteina ha una o più regioni idrofile e una o più regioni leggermente idrofobiche.Questa disposizione delle regioni della proteina tende a orientare la proteina lungo i fosfolipidi, con la regione idrofobica della proteina adiacente alle code dei fosfolipidi e la regione o le regioni idrofile della proteina che sporge dalla membrana ea contatto con il citosol o fluido extracellulare.

I carboidrati sono il terzo componente principale delle membrane plasmatiche. Si trovano sempre sulla superficie esterna delle cellule e sono legati alle proteine (che formano glicoproteine) o ai lipidi (che formano glicolipidi). Queste catene di carboidrati possono essere costituite da 2-60 unità di monosaccaridi e possono essere diritte o ramificate. Insieme alle proteine periferiche, i carboidrati formano siti specializzati sulla superficie cellulare che consentono alle cellule di riconoscersi a vicenda. Questa funzione di riconoscimento è molto importante per le cellule, in quanto consente al sistema immunitario di differenziare tra cellule del corpo (chiamate “sé”) e cellule o tessuti estranei (chiamati “non-sé”). Tipi simili di glicoproteine e glicolipidi si trovano sulla superficie dei virus e possono cambiare frequentemente, impedendo alle cellule immunitarie di riconoscerli e attaccarli. Questi carboidrati sulla superficie esterna della cellula – i componenti carboidrati sia delle glicoproteine che dei glicolipidi – sono indicati collettivamente come il glicocalice (che significa “rivestimento di zucchero”). Il glicocalice è altamente idrofilo e attrae grandi quantità di acqua sulla superficie del cellula. Questo aiuta nellinterazione della cellula con il suo ambiente acquoso e nella capacità della cellula di ottenere sostanze disciolte nellacqua.