L'ultrastruttura della membrana

Quali due tipi di componenti sono i più abbondanti nella membrana plasmatica secondo il modello a mosaico fluido? Spiega che cosa rappresenta il «mosaico» e a che cosa si riferisce il termine «fluido».

Osserva lo schema della membrana plasmatica e identifica le strutture indicate con i numeri 1, 2, 3 e 4.

I fosfolipidi della membrana si dispongono formando un doppio strato. Spiega come si orientano le teste e le code dei fosfolipidi rispetto all'acqua dell'interno e dell'esterno cellulare, e argomenta perché questa disposizione si forma spontaneamente.

In laboratorio si analizza la composizione lipidica delle membrane plasmatiche di due organismi: il campione A contiene un $68\,\%$ di acidi grassi polinsaturi a catena corta e poco colesterolo; il campione B presenta un $22\,\%$ di acidi grassi polinsaturi, code idrocarburiche più lunghe e abbondante colesterolo. Sottoponendo entrambi a un raffreddamento graduale da $37\ \text{°C}$ a $2\ \text{°C}$, il campione B subisce una gelificazione drastica del suo doppio strato a $16\ \text{°C}$ con blocco del trasporto transmembrana, mentre il campione A mantiene una fluidità funzionale a $2\ \text{°C}$. Giustifica quale dei due campioni corrisponde a un pesce antartico e quale a un mammifero terrestre, e prevedi, motivando, quali conseguenze avrebbe per il campione A un brusco aumento di temperatura fino a $38\ \text{°C}$ se non potesse modificare la propria composizione lipidica.

Spiega la funzione che svolgono nella membrana plasmatica i seguenti componenti: il colesterolo, il glicocalice e le proteine di trasporto.

Perché si afferma che la membrana plasmatica ha permeabilità selettiva? Fai un esempio di sostanza che la attraversa liberamente e uno di una sostanza che ha bisogno di aiuto per attraversarla, e spiega la differenza.

La fluidità della membrana cambia con la temperatura. Spiega quale ruolo svolge il colesterolo quando la temperatura è alta e quando è bassa per mantenere la fluidità entro limiti adeguati.

In una replica dell'esperimento di Frye ed Edidin, sono state fuse cellule umane e di topo marcate con fluorofori di colore diverso in due condizioni: il lotto A è stato incubato a $37\ \text{°C}$ e il lotto B a $4\ \text{°C}$. Dopo 40 minuti, i fluorofori si erano mescolati su tutta la membrana ibrida solo nel lotto A; nel lotto B rimanevano confinati nei rispettivi emisferi. Inoltre, aggiungendo al lotto A un veleno metabolico che annullava completamente la sintesi di ATP, il mescolamento dei fluorofori avveniva con identica rapidità. A partire da questi risultati, interpreta quale proprietà della membrana viene dimostrata e giustifica se lo spostamento delle proteine dipende direttamente dall'apporto di energia metabolica o se è un processo passivo determinato dallo stato fisico dei lipidi.

Un farmaco sperimentale rompe i legami tra il citoscheletro e le proteine della membrana. Prevedi quali effetti potrebbe avere sulla forma della cellula e sulla distribuzione delle proteine lungo la membrana, e motiva la tua risposta.