Una membrana cellulare animale è la barriera tra l'interno della cellula e l'ambiente esterno, in modo simile a come la pelle funge da barriera per i corpi dei vertebrati. Il struttura della membrana cellulare è un mosaico fluido formato da tre tipi di molecole organiche: lipidi, proteine e carboidrati. La membrana cellulare controlla il movimento di sostanze come nutrienti e rifiuti attraverso la membrana, dentro e fuori la cellula.
Doppio strato di fosfolipidi
Gli elementi costitutivi di base di una membrana cellulare sono: fosfolipidi. I fosfolipidi contengono un'estremità idrofoba (insolubile in acqua) costituita da due catene di acidi grassi di molecole non polari come carbonio e idrogeno. L'altra estremità è idrofila (solubile in acqua) e contiene molecole di fosfato polare. Questi fosfolipidi sono disposti in un doppio strato con il loro gruppo terminale idrofilo esposto all'acqua su ciascun lato della membrana e le molecole apolari idrofobe protette all'interno del doppio strato. Lo strato lipidico comprende circa la metà dell'intera massa della membrana, a seconda del tipo di membrana. Il colesterolo è un altro tipo di lipide all'interno di una membrana cellulare. Le molecole di colesterolo sono posizionate all'interno del doppio strato per collegare le molecole di acidi grassi e stabilizzare e rafforzare la membrana.
Proteine Incorporate
Le proteine costituiscono tra il 25 e il 75% della massa della membrana cellulare, a seconda del tipo di membrana. Le proteine di membrana sono inserite nel doppio strato fosfolipidico sulle superfici esposte e svolgono le varie funzioni della cellula. Le proteine sono considerate integrali o periferiche, a seconda della loro associazione con la membrana. Le proteine periferiche siedono su un lato della superficie della membrana e si associano indirettamente attraverso interazioni proteina-proteina. Le proteine integrali, o transmembrana, sono incorporate all'interno della membrana, esposte all'ambiente su entrambi i lati.
Glicoproteine e glicolipidi
I carboidrati costituiscono solo una piccola percentuale della membrana cellulare ma hanno importanti funzioni. Le molecole di carboidrati sono generalmente catene corte e ramificate di unità di zucchero semplice e sono legate in modo covalente sulla superficie della membrana cellulare alla maggior parte delle proteine integrali di membrana e occasionalmente al doppio strato lipidico si. Quando i carboidrati sono legati alle proteine o ai lipidi, vengono chiamati glicoproteine e glicolipidi. I carboidrati sulla superficie di una membrana cellulare variano in modo significativo tra le singole cellule, i tipi di cellule, gli individui della stessa specie e da specie a specie. Questa diversità permette ai carboidrati funzionare come marcatori per differenziare una cellula da un'altra.
Funzioni e interazioni
La funzione principale del doppio strato fosfolipidico è quella di proteggere e mantenere la struttura cellulare. Il doppio strato permette fluidità e movimento delle proteine associate per le necessarie interazioni proteiche. Le interazioni proteiche sono essenziali per la funzione cellulare.
Le proteine periferiche agiscono come recettori per sostanze chimiche come gli ormoni e consentono la segnalazione o il riconoscimento cellulare. Sulla superficie interna della cellula, si attaccano al citoscheletro, aiutando a mantenere la forma o a catalizzare le reazioni nel citoplasma. Le proteine integrali trasportano le molecole attraverso la superficie della membrana e quelle legate ai carboidrati come glicoproteine sono coinvolte nel riconoscimento da cellula a cellula.
Senza i diversi marcatori di carboidrati sulla superficie della membrana extracellulare, le cellule non sarebbero in grado di smistare e differenziare le cellule durante lo sviluppo dell'embrione, per esempio, o consentire al sistema immunitario di riconoscere estranei cellule.