Come definire la membrana plasmatica
La descrizione più semplice potrebbe essere quella di confine cellulare, talmente sottile che al microscopio ottico è difficile individuarla. Non si tratta però di una barriera assoluta, perché mentre risulta impenetrabile ad alcune sostanze consente ad altre livero passaggio.
Possiamo perciò definire la membrana plasmatica anche come una sorta di filtro selettivo della cellula verso l’ambiente esterno.
In questo modo aiuta a mantenere stabili le concentrazioni di alcuni ioni, oltre che evitare fluttuazioni del pH interno.
La struttura a mosaico fluido
Nonostante nel nostro organismo siano presenti tessuti e tipi cellulari diversi fra di loro, in quanto svolgono funzioni varie. Tuttavia la membrana plasmatica conserva una certa omologia strutturale per tutte le cellule, che appaiono formate da un doppio strato fosfolipidico. Ogni molecola di fosfolipide presenta una testa polare e due code apolari che in quanto idrofobe formano la porzione interna della membrana.
Vediamo nella struttura che le teste polari sporgono verso l’ambiente esterno sul primo strato e verso il citosol nello strato più interno. Lo spessore di questa struttura può variare fra gli 8 e 10 nm, ma oltre ai fosfolipidi sono presenti delle proteine di membrana. Hanno varie funzioni, tra cui la codifica dei segnali provenienti dall’esterno, enzimatica
La membrana plasmatica si definisce anche come un mosaico fluido, in quanto le interazioni non covalenti fra le sue componenti ne permettono lo spostamento in senso laterale. Non si tratta quindi di una struttura fissa e immutabile, ma fluida e in continua variazione.
La composizione della membrana plasmatica
I fosfolipidi che vanno a comporre questa struttura ne rappresentano il 40% mentre la componente proteica può variare fra il 50 e il 55%.
La piccola percentuale restante è composta da carboidrati, legati ai lipidi o alle proteine presenti. Il rapporto proteine-lipidi però può variare in base alla funzione svolta dalla cellula.
La componente lipidica della membrana plasmatica vede una prevalenza di digliceridi, quindi con due catene idrofobiche che possono essere sature o insature. Poi ci sono gli sfingolipidi, derivati dalla sfingosina, un amminoalcol insaturo, e per finire il colesterolo. Quest’ultimo è determinante per la fluidità della membrana, perché più risulta abbondante più questa sarà rigida.
Le proteine di membrana si possono distinguere in tre tipologie: integrali, periferiche e ancorate a un lipide.
Le prime hanno o una regione transmembrana di 20 amminoacidi idrofobici che si dispongono ad α-elica. Alcune proteine fra cui le porine, invece hanno struttura a foglietto β ripiegato. La loro struttura è interna alla membrana plasmatica, a differenza delle proteine periferiche che non penetrano nel doppio strato fosfolipidico.
Le ultime invece prendono contatto con un solo fosfolipide.
La sintesi della membrana avviene a livello del reticolo endoplasmatico (RE), dove si producono i lipidi che poi passano all’apparato di Golgi, da cui gemmano all’interno di vescicole. Queste li trasportano all’emistrato rivolto verso il citoplasma. Per passarli a quello rivolto all’esterno sono necessari specifici enzimi chiamati flippasi.
La funzione di trasporto
Il doppio strato fosfolipidico della membrana plasmatica permette il libero passaggio (diffusione) solo di piccole molecole apolari (es. O2, CO2) e minuscole molecole polari, come l’acqua. Per gli ioni e le molecole polari di peso maggiore si rende necessaria la presenza di proteine di membrana specifiche, che distinguiamo in trasportatori e canali.
Il trasporto di una molecola attraverso la membrana può essere sia passivo che attivo. Nel primo caso si tratta di soluti non carichi che seguono il gradiente di concentrazione e non è necessario dispendio energetico. Il trasporto attivo invece avviene contro il gradiente presente e quindi richiede energia.
Le proteine classificate come trasportatori si legano a soluti specifici e attraverso dei cambiamenti conformazionali li spostano sul lato della membrana rivolto verso il citoplasma. A questa categoria appartengono anche le pompe ioniche, come la pompa Na+/K+.
Invece i canali formano dei pori sulla membrana plasmatica, cavità cilindriche che permettono il passaggio di ioni secondo gradiente elettrochimico. Sono selettivi e presentano delle “porte”, in quanto si aprono in risposta a una variazione di potenziale o in presenza di un determinato ligando.
Dobbiamo nominare anche i fenomeni di endocitosi e di pinocitosi, dove una sostanza penetra tramite la fusione di una vescicola con la membrana.
L’assorbimento dei farmaci attraverso la membrana plasmatica
La ragione per cui questa struttura cellulare si studia molto in Medicina è legata al fatto che l’assorbimento dei principi attivi dei farmaci può essere contrastato dalla sua presenza.
Nel caso dei medicinali somministrati per via endovenosa questo discorso vale meno perché questi arrivano direttamente nel flusso sanguigno.
Per tutte le altre forme di somministrazione (orale, sublinguale, inalatoria…) invece serve tenere conto della capacità dei farmaci di oltrepassare la membrana plasmatica. Quelli di natura liposolubile sono avvantaggiati e passano più rapidamente, così come le sostanze a basso peso molecolare.
La maggior parte dei medicinali consiste in basi o acidi organici deboli, che possono essere in forma ionizzata o non ionizzata.
La prima non risulta molto liposolubile, mentre la seconda passa facilmente attraverso le membrane cellulari. La percentuale di forma non ionizzata è influenzata sia dal pH ambientale che dalla pKa specifica del farmaco.
Quando il pH risulta inferiore alla pKa è predominante la forma non ionizzata per gli acidi deboli, mentre vale il contrario per le basi deboli. Un medicinale debolmente acido quindi si assorbirà meglio se somministrato per via orale perché il pH dello stomaco è molto basso (intorno a 3). Al contrario un farmaco di natura basica non sarà assorbito bene dalla mucosa gastrica.
Il ruolo dei trasportatori
Anche le proteine presenti sulla membrana plasmatica possono influenzare l’attività farmacologica dei medicinali somministrati ai pazienti.
Alcuni farmaci infatti possono interferire fra di loro a causa del fatto che competono per uno stesso trasportatore. Questa situazione altera la risposta attesa da parte dell’organismo e può portare ad effetti tossici.
Gli effetti che ha il legame dei farmaci con i recettori cellulari rappresentano parte del campo di indagine della disciplina della farmacodinamica.
