Struttura tridimensionale di un canale di membrana di gap junction cardiaco ricombinante determinato dalla cristallografia elettronica. Questi canali permettono lo scambio diretto di ioni e piccole molecole tra cellule adiacenti. Ogni canale è formato dall’associazione di sei subunità connexin, ognuna delle quali contiene quattro eliche α, in una membrana plasmatica, con una struttura simile nella membrana plasmatica di una cellula adiacente.
La membrana plasmatica è una barriera selettivamente permeabile tra la cellula e l’ambiente extracellulare. Le sue proprietà di permeabilità assicurano che le molecole essenziali come il glucosio, gli aminoacidi e i lipidi entrino facilmente nella cellula, che i mediatori metabolici rimangano nella cellula e che i composti di scarto lascino la cellula. In breve, la permeabilità selettiva della membrana plasmatica permette alla cellula di mantenere un ambiente interno costante. In diversi capitoli precedenti, abbiamo esaminato i componenti e l’organizzazione strutturale delle membrane cellulari (vedi figure 3-32 e 5-30). Il bilayer fosfolipidico – l’unità strutturale di base delle membrane biologiche – è essenzialmente impermeabile alla maggior parte delle molecole solubili in acqua, come il glucosio e gli aminoacidi, e agli ioni. Il trasporto di tali molecole e ioni attraverso tutte le membrane cellulari è mediato da proteine di trasporto associate al sottostante bilayer.Because diversi tipi di cellule richiedono diverse miscele di low-molecular-weightcompounds, la membrana plasmatica di ogni tipo di cellula contiene un set specifico di proteine di trasporto che permettono solo certi ioni o molecole di attraversare. Allo stesso modo, gli organelli all’interno della cellula hanno spesso un ambiente interno diverso da quello del citosol circostante, e le membrane degli organelli contengono proteine di trasporto specifiche che mantengono questa differenza.
Negli animali, fogli di cellule epiteliali rivestono tutte le cavità del corpo (ad esempio, stomaco, intestino, vescica urinaria) e la pelle (vedi Figura 6-4). Le cellule epiteliali spesso trasportano ioni o piccole molecole da una parte all’altra. Quelle che rivestono l’intestino tenue, forinstance, trasportano i prodotti della digestione (ad esempio, glucosio e aminoacidi) nel sangue, e quelle che rivestono lo stomaco secernono acido cloridrico nel stomachlumen. Affinché le cellule epiteliali svolgano queste funzioni di trasporto, la loro membrana plasmatica deve essere organizzata in almeno due regioni discrete, ciascuna con insiemi diversi di proteine di trasporto. Inoltre, regioni specializzate della membrana plasmatica interconnettono le cellule epiteliali, conferendo forza e rigidità al foglio e impedendo al materiale su un lato di muoversi tra le cellule verso l’altro.
Nelle prime due sezioni di questo capitolo, discutiamo il movimento indipendente dalle proteine di piccole molecole idrofobiche attraverso i bilayer fosfolipidici e presentiamo una panoramica dei vari tipi di proteine di trasporto presenti nelle membrane cellulari. Wethen descrivere ciascuno dei principali tipi di proteine di trasporto. Spieghiamo anche come combinazioni specifiche di proteine di trasporto in diverse membrane subcellulari permettono alle cellule di svolgere processi fisiologici essenziali, tra cui il mantenimento del pH citosolico, il trasporto di glucosio attraverso l’epitelio intestinale assorbente, l’accumulo di saccarosio e sali nei vacuoli delle cellule vegetali e il flusso diretto di acqua sia nelle piante che negli animali. Spesso lo stesso tipo di proteina di trasporto è coinvolto in processi fisiologici molto diversi.