Cell Membrane

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Il perimetro esterno di una cellula, eucariote o procariote, è costituito da membrane biologiche (parete cellulare), come la nostra pelle, per fare un esempio molto semplice.
Le membrane biologiche sono costituite prevalentemente da proteine e lipidi, ma anche glicolipidi, fosfolipidi etc.
Le proteine costituiranno gli enzimi, le pompe ioniche, canali e altre strutture che sono importanti alle funzioni della cellula.
I lipidi sono molecole amfiliche (ovvero parte polare e parte non polare) che costituiscono spontaneamente membrane di circa 50 Angstrom quando messi a contatto con l’acqua.
Attualmente il modello più appropriato per descrivere la parete cellulare (anche se non definitivo / completo) è il mosaico fluido, dove i lipidi costituiscono un sottilissimo strato lipidico. Le proteine si troveranno ad essere legate sulla superficie o ancorate all’interno della membrana o a costituire un canale.
E’ ormai risaputo come i lipidi non svolgono funzioni indipendenti, ma svolgono più un ruolo “meccanico” come appoggio/ancoraggio alle proteine. Le membrane contengono centinaia di lipidi differenti, che hanno ovviamente, proprietà fisiche diverse, ad esempio nella carica o nella dimensione.
Perché assegnare tutti questi lipidi differenti ad una cellula se svolgono solo un ruolo “meccanico” e non funzionale?
Non sappiamo perché, ma sappiamo che ad esempio i batteri possono cambiare la composizione lipidica esterna del loro envelope in base alle condizioni ambientali.

Attualmente in modellistica molecolare le simulazioni con membrane lipidiche hanno avuto un discreto successo anche se il limite viene posto dalla potenza di calcolo, che per sistemi con oltre 50mila atomi diventa davvero difficile da gestire (o semplicemente da visualizzare).
Esistono diversi software, e forcefield implementati per gestire le membrane.
Uno di questi, gratuiti, per la visualizzazione è VMD. (Di cui presto preparerò un articolo e un tutorial).
Ecco un immagine tratta dalla pubblicazione che mostra un recettore accoppiato ad una proteina G, inserito in un bilayer lipidico, circondato da acqua. *

GPCR_in_DPPC_bilayer_membrane_by_oldEurope.png

* Humphrey, W., Dalke, A. and Schulten, K., “VMD – Visual Molecular Dynamics”, J. Molec. Graphics, 1996, vol. 14, pp. 33-38.

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