FUNZIONI DELLE MEMBRANE

• Definire i contorni delle cellule (membrana plasmatica) e degli organuli
• Segregare e compartimentalizzare specifiche biomolecole e quindi specifici processi metabolici
• Partecipare attivamente ad un gran numero di processi cellulari (trasporto, trasduzione del segnale e dell’energia, adesione, comunicazione cellulare, sintesi di lipidi e di proteine)

CARATTERISTICHE DELLE MEMBRANE

• Sono resistenti in quanto non si devono rompere, ma devono essere flessibili perché le cellule si muovono e anche gli organuli sono strutture dinamiche.
• Sottili (da 5 a 8 nm)
• Autosigillanti, qualora una membrana dovesse subire un insulto che provoca un poro questa membrana è in grado di chiuderli
• Selettivamente permeabili perché consentono di compartimentalizzare in maniera appropriata biomolecole e eventi metabolici

COMPOSIZIONE

• Lipidi (45%)
• Proteine (50%)
• Glucidi (5%) non sono strutture oligosaccaridiche libere ma sono associate o alla componente proteica come glicoproteine o alla componente lipidica come glicolipidi

La composizione delle diverse membrane può variare anche in maniera consistete se si considerano tipi cellulari differenti. Ad esempio la membrana degli eritrociti ha un contenuto proteico del 50% circa, mentre la membrana della mielina che riveste gli assoni per consentire gli impulsi nervosi ha un contenuto proteico del 20%. Si modifica anche il rapporto tra i diversi tipi di fosfolipidi, quindi esiste una notevole variabilità a seconda
del tipo cellulare e questa variabilità è essenziale per la funzione della cellula. 

C’è poi una ulteriore variabilità all’interno dei singoli tipi di membrane, come ad esempio tra la membrana plasmatica e membrana mitocondriale o tra membrana mitocondriale interna e membrana mitocondriale esterna. Ricapitolando quindi, la composizione in lipidi e in proteine delle singole tipologie di membrana varia da membrana e membrana ed è funzionale all’attività che la membrana in questione deve svolgere.

MEMBRANA PLASMATICA

Viene descritta come mosaico fluido in quanto è composta da diversi elementi (mosaico) dotati di plasticità e dinaminicità (fluidità).

Formata da:

• Un doppio strato di glicerol fosfolipidi, la cui struttura definita anfipatica è caratterizzata da una testa polare ed una coda apolare. Il doppio strato è quindi stabilizzato da interazioni idrofobiche tra le code e da interazioni polari che le teste polari poste sopra e sotto la membrana contraggono con le molecole polari degli ambienti intra ed extrcellulari.
• Colesterolo
• Glicofingolipidi
• Proteine che possono associarsi alla membrana direttamente all’interno del doppio strato lipidico oppure attraverso sistemi di ancoraggio che fanno in modo che nessuna componente proteica entri nel doppio strato.

Possiamo continuare la descrizione della membrana plasmatica con tre aggettivi:

• ASIMMETRICA. Sia per quanto riguarda la componente proteica (proteine periferiche o intergrali di membrana) che lipidica (fosfatidil colina e sfingomielina nel foglietto esterno e fosfatidil serina, fosfatidil inositolo e fosfatidil etanolammina in quello interno).
• DINAMICA. I componenti della membrana non sono “statici”. La fluidità è il concetto che esprime il grado di disordine della membrana mentre la dinamicità è la capacità di movimento di molecole proteiche o lipidiche all’interno della membrana. questi movimenti possono avvenire lateralmente all’interno del doppio strato oppure verticalmente, da un foglietto all’altro (flip-flop).
• FLUIDA. Questa caratteristica dipende a sua volta da 3 parametri che sono:

1. Contenuto in proteine: maggiore è il contenuto di proteine e più la membrana è rigida.
2. Contenuto e distribuzione di acidi grassi saturi e insaturi: le membrane possono presentare regioni in cui i nostri fosfolipidi (glicerol fosfolipidi ma anche glicosfingolipidi) possono disporsi in modo ordinato o disordinato. La regione di membrana in cui le componenti fosfolipidiche sono in uno stato più ordinato comporta una maggiore rigidità e sono caratterizzate dalla presenza di acidi grassi saturi (senza doppi legami), le regioni in cui la componente fosfolipdica è presente in maniera disordinata ha una maggiore fluidità e presenta acidi grassi insaturi.
3. Colesterolo: può aumentare la fluidità o può diminuirla. Esso aumenta la fluidità (ossia il grado di disordine all’interno delle strutture) quando si inserisce nelle regioni di membrana in cui i fosfolipidi sono ricchi di acidi grassi saturi. Viceversa diminuisce la fluidità e se sono presenti acidi grassi mono o poli insaturi, perché questi acidi grassi avendo delle angolature presentano delle “tasche” nelle quali si può posizionare la molecola, rendendo la struttura compatta e quindi ordinata.

Queste erano le membrane biologiche e le loro funzioni
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Che cos’è la mitosi? La mitosi è una divisione cellulare che crea cellule figlie identiche in tutto e per tutto alla cellula madre. La mitosi è l’ultimo step del ciclo cellulare, arco di tempo in cui la cellula duplica il proprio materiale, si accresce a livello di dimensioni ed infine si divide.

Il ciclo cellulare è composto da due fasi:

• Interfase
• Mitosi

L’interfase a sua volta è divisa in tre fasi:

• G1: la cellula accresce le sue dimensioni e va in contro ad una importante attività metabolica. Affinché questa avvenga nel modo corretto avviene un controllo dell’ambiente esterno: se infatti le condizioni in cui la cellula si trova in questa fase sono favorevoli si procede con la duplicazione del DNA in fase S, in caso contrario la cellula entra in una fase di quiescenza G0 (anche per anni).
• S: avviene la duplicazione del DNA e dei centrioli.
• G2: la cellula entra in una fase di crescita in preparazione della divisione; avviene la duplicazione degli organelli citoplasmatici (poiché ovviamente ogni cellula figlia deve avere lo stesso numero di componenti). In questa fase avviene un controllo del DNA: se il DNA nella fase S è stato correttamente replicato si passa alla mitosi, altrimenti vengono messi in atto meccanismi di riparazione del DNA.

Se i processi dell’interfase sono avvenuti con successo e senza errori, la cellula inizia il processo di mitosi, che ricordiamo permette la duplicazione di cellule procariotiche e cellule somatiche. La mitosi è divisa in sotto fasi:

• Profase (iniziale e tardiva)
• Metafase
• Anafase
• Telofase

Alla telofase segue la citochinesi, ossia la divisione vera e propria dei nuclei delle due cellule figlie e le rispettive porzioni di citosol.

Guardiamo nel dettaglio le fasi della mitosi:Profase iniziale: la cromatina si condensa; proteine di coesione come condensine (avvolgono il DNA tramite anelli) e coesine (uniscono i cromatidi fratelli) stabilizzano il DNA condensato.

Profase tardiva: l’involucro nucleare inizia a frammentarsi e il nucleolo scompare. Viene disgregato il citoscheletro e si forma il fuso mitotico, struttura proteica che permette ai microtubuli che lo compongono di agganciare i cromosomi. La formazione del fuso mitotico avviene in prossimità del centrosoma che contiene i centrioli duplicati; ogni centrosoma che contiene una coppia di centrioli migra ai poli opposti della cellula.

Metafase: i cromosomi si agganciano al fuso mitotico mediante il complesso del cinetocore (a livello del centromero del cromosoma) e si allineano sul piano equatoriale della piastra metafasica.

Anafase: i cromatidi fratelli vengono segregati grazie ai movimenti dei microtubuli. In questa fase avviene un terzo controllo, per cui per procedere verso l’ultima fase la cellula si assicura che tutti i cromosomi siano agganciati ai microtubuli.

Telofase: viene depolimerizzato il fuso mitotico in modo tale da poter ricostruire l’involucro nucleare.

A questo punto si arriva all’ultimo passaggio del processo replicativo, la citochinesi, durante la quale avviene la separazione dei citoplasmi per strozzamento del citoplasma della cellula a livello di un solco dove un anello contrattile fatto di actomiosina attiva la separazione.

Questa era la mitosi
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