Le molecole delle membrane cellulari sono per lo più sintetizzate in due organelli: reticolo endoplasmatico e apparato di Golgi. Nelle pagine che trattano questi organelli, descriveremo i processi di sintesi in modo più dettagliato. Pertanto, la sintesi lipidica sarà studiata nelle pagine dedicate al reticolo endoplasmatico liscio e all’apparato di Golgi, la sintesi proteica nelle pagine del reticolo endoplasmatico ruvido e i carboidrati nelle pagine sul reticolo endoplasmatico e sull’apparato di Golgi. Nelle pagine seguenti, impareremo anche i percorsi che le molecole di membrana seguono per raggiungere i diversi compartimenti legati alla membrana, così come la membrana plasmatica. Quindi, qui, viene fornito solo un riassunto della sintesi delle molecole di membrana.
Le membrane rinnovano continuamente le loro molecole. Vengono rimossi e sintetizzati con fermezza. Utilizzando aminoacidi radiomarcati, è stato dimostrato che le proteine ad alto peso molecolare della membrana plasmatica vengono rinnovate ogni 2-5 giorni, mentre le proteine a basso peso molecolare ogni 7-13 giorni. Anche i lipidi vengono sostituiti ogni 7-13 giorni. Le proteine, la maggior parte dei lipidi e alcuni carboidrati delle membrane cellulari sono sintetizzati nel reticolo endoplasmatico. Molte specie di lipidi e la maggior parte dei carboidrati delle membrane sono sintetizzati nell’apparato di Golgi.
La maggior parte delle molecole di membrana vengono trasportate nella loro posizione finale dal traffico vescicolare. Viaggiano come componenti delle membrane vescicolari che dopo la fusione con la membrana bersaglio faranno parte del repertorio molecolare del compartimento bersaglio. Tuttavia, alcune molecole vengono spostate tra le membrane da portatori (proteine) o vengono scambiate tra membrane molto vicine l’una all’altra nei cosiddetti siti di contatto della membrana.
Il reticolo endoplasmatico sintetizza le proteine per sé e per il resto delle membrane cellulari, oltre che delle membrane dei cloroplasti e dei mitocondri. Questi organelli possono importare proteine sintetizzate da ribosomi citosolici liberi, oppure possono sintetizzare proteine da soli poiché contengono DNA, ribosomi e tutte le molecole necessarie per la sintesi proteica. Colesterolo e glicerofosfolipidi sono anche sintetizzati nel reticolo endoplasmatico, che sono distribuiti a tutte le membrane cellulari, inclusi mitocondri e cloroplasti.
Come caso speciale, vale la pena menzionare i perossisomi. È stato riportato che i perossisomi sono originati da vescicole provenienti dal reticolo endoplasmatico e dai mitocondri. Tuttavia, parte delle molecole delle loro membrane sono sintetizzate da ribosomi liberi. Le fonti di molecole di membrana perossisoma sono, quindi, diverse.
La maggior parte delle molecole della membrana plasmatica arriva attraverso il flusso continuo in entrata delle vescicole, cioè per esocitosi. I compartimenti che inviano le vescicole alla membrana plasmatica sono endosomi e complesso di Golgi. La rimozione delle molecole della membrana plasmatica è in gran parte mediata da vescicole endocitiche. Le vescicole si formano nella membrana plasmica e alla fine termineranno nei lisosomi dove le molecole di membrana saranno degradate. L’equilibrio tra esocitosi ed endocitosi determina la composizione molecolare della membrana plasmatica. Alcune molecole rimosse come parte delle vescicole endocitiche vengono trasportate agli endosomi precoci. Possono essere tenuti lì per un po ‘ e poi tornare alla membrana plasmatica come parte di altre vescicole che partono dall’endosoma precoce. Questo meccanismo è importante per la cellula perché la quantità e la proporzione di molecole della membrana plasmatica possono essere modificate senza costosi processi di sintesi e degradazione.
Le membrane di endosomi, lisosomi e vacuoli sono per lo più una conseguenza dell’endocitosi nella membrana plasmatica, ma ricevono anche molecole per mezzo di vescicole provenienti dall’apparato di Golgi.
Infine, va sottolineato che la composizione chimica delle membrane, principalmente il repertorio lipidico, può cambiare per modificazioni chimiche locali. Ad esempio, la testa di diverse specie lipidiche può essere modificata chimicamente da enzimi locali, ottenendo una nuova molecola con proprietà diverse. Inoltre, alcuni lipidi sono degradati in situ da enzimi, come le lipasi.