Adattamento omeoviscoso: il segreto delle basse temperature

La membrana cellulare

La membrana cellulare è una struttura complessa e la sua integrità è fondamentale per la sopravvivenza della cellula stessa, sia negli organismi pluricellulari che in quelli unicellulari.

Essa infatti non è solo una semplice barriera che racchiude e protegge il citoplasma ma è anche la superficie attraverso la quale le cellule interagiscono con l’ambiente esterno e scambiano con esso materia ed energia.

Il giusto grado di fluidità è una condizione indispensabile perchè la membrana biologica funzioni in modo corretto e garantisca la sopravvivenza cellulare.

I fosfolipidi tuttavia (come tutti i lipidi del resto) sono molecole che diminuiscono rapidamente la loro fluidità in seguito ad abbassamento della temperatura, tendendo a gelificare e dando luogo cosi’ ad una struttura più rigida.

Adattamento omeoviscoso

La maggior parte dei procarioti e degli eucarioti unicellulari sono capaci di regolare la fluidità delle loro membrane cellulari in risposta a variazioni ambientali di temperatura; questa capacità è detta: ”Adattamento omeoviscoso” e permette di mantenere la viscosità della membrana sempre approssimativamente allo stesso grado ottimale.

Adattamento omeoviscoso in Micrococcus

Nei batteri del genere Micrococcus ad esempio un abbassamento della temperatura ambientale porta all’attivazione di sistemi enzimatici che variano la composizione lipidica della membrana, aumentando la percentuale di acidi grassi a 16 atomi di carbonio contenuti nei fosfolipidi rispetto alla percentuale di quelli a 18 atomi di carbonio.

Le catene di acidi grassi più corte infatti presentano una minore attrazione tra loro e ciò si traduce nell’aumento del grado complessivo di fluidità della membrana.

In altre specie invece la strategia è diversa: l’aumento del grado di fluidità viene infatti garantito dall’attivazione di un enzima che modifica il grado d’insaturazione degli acidi grassi stessi, piuttosto che la loro lunghezza.

Adattamento omeoviscoso in E. coli

E’ quello che accade ad esempio in Escherichia coli: un abbassamento della temperatura induce la sintesi di un enzima detto comunemente: ”Desaturasi”, che introduce doppi legami al posto di legami semplici tra gli atomi di carbonio delle catene idrocarburiche degli acidi grassi; i doppi legami riducono l’attrazione tra le code idrofobiche.

In questo modo si abbassa la temperatura di transizione (cambiamento di fase) della membrana stessa, assicurando cosi’ che essa rimanga sufficientemente fluida anche a bassa temperatura.

Adattamento omeoviscoso in omeoviscoso

L’adattamento omeoviscoso avviene anche nei lieviti (e nelle piante) ma per questi particolari microrganismi sembra che un ruolo determinante sia giocato dall’ossigeno: l’ossigeno infatti a bassa temperatura è più biodisponibile ed essendo un substrato preferenziale per l’enzima desaturasi, un suo aumento determina in parallelo un aumento di attività enzimatica che si traduce in una maggior quantità di acidi grassi insaturi sintetizzati e quindi in un maggior grado di fluidità della membrana cellulare.

Esiste invero anche una terza strategia di adattamento omeoviscoso in natura, ma essa si riscontra maggiormente negli anfibi e nei rettili piuttosto che nei microrganismi e si basa sull’aumento della percentuale di steroli (in particolare colesterolo) presenti nella composizione della membrana: gli steroli diminuiscono l’interazione tra le catene idrocarburiche degli acidi grassi e riducono cosi’ la tendenza delle membrane a gelificare a basse temperature.

Grazie all’evoluzione dell’adattamento omeoviscoso in tutte le sue varie forme i microrganismi sono riusciti a colonizzare tutti gli ambienti della terra, anche i più rigidi ed estremi, sviluppando un’ incredibile capacità di resistenza che li rende, una volta di più, i veri ed incontrastati signori della natura.

Gli studi di esobiologia

Sebbene gli studi di esobiologia (scienza che si occupa della ricerca di forme di vita nello spazio e su altri pianeti) siano ancora all’inizio in fondo, molti scienziati nutrono già fin d’ora particolare interesse per eventuali batteri che potrebbero essere ritrovati su detriti spaziali o frammenti di asteroide: le temperature dello spazio siderali infatti possono raggiungere anche i 3 gradi kelvin (-270 gradi centigradi) e sarà estremamente interessante analizzare con attenzione la composizione della loro membrana cellulare per capire come essa possa variare rispetto a quella dei microrganismi terrestri in risposta a temperature tante estreme.

Per approfondire sui “Batteri spaziali” si veda anche: