Le membrane biologiche

Membrane biologiche
• In un bicchiere pieno d’acqua aggiungere circa 3-4 cucchiaini di detersivo liquido
per stoviglie (particolarmente adatto per questa esperienza è “Bliz Inox”) o di sapone
liquido.
• Aggiungere circa 1-2 cucchiaini di glicerina (reperibile in farmacia) per rendere più
stabile la membrana delle bolle. Mescolare a lungo.
• La soluzione può essere adoperata subito, ma risulta migliore se lasciata a riposo per
qualche giorno o una settimana.
• Versare un po’ di soluzione in una piccola piastra Petri in modo da coprirne il fondo
con almeno 3-4 mm di liquido. Collocarla eventualmente sulla lavagna luminosa in
modo che le operazioni seguenti possano essere viste, in proiezione, da molte persone.
• Soffiare con una cannuccia da bibita (preventivamente intinta nel bicchiere in modo
da essere tutta bagnata anche esternamente) nel fondo della Petri in modo da formare
una bolla di sapone del diametro di almeno 10-15 cm. Essa è costituita da una
membrana liquida.
• Dopo aver misurato, approssimativamente, il raggio della bolla ottenuta, calcolare la
superficie della membrana liquida (S = 4 r2 π).
• Si introduca un dito bagnato nella bolla.
• Si tocchi ora la membrana liquida con un qualsiasi oggetto asciutto (o con la parte
asciutta del dito) determinandone la rottura.
Risultato: Si notino quattro aspetti. La membrana liquida forma una bolla sferica. La
membrana presenta colori fisici brillanti. La membrana può essere attraversata da
oggetti bagnati (cannuccia, dito) senza rompersi. La membrana si rompe a contatto di
un oggetto asciutto.
Spiegazione: La membrana di questa esperienza è, come la membrana cellulare,
liquida. La nostra è costituita essenzialmente da acqua, mentre la membrana cellulare
è fatta essenzialmente da lipidi simili all’olio. Una membrana liquida è possibile
perché le sue molecole si attraggono tra loro (tensione superficiale) grazie a legami di
tipo elettrico (ma molto più deboli di quelli che legano tra loro gli atomi entro una
molecola). Una certa tensione (attrazione) tra le molecole d’acqua è necessaria per
formare una membrana, ma non deve essere troppo forte (altrimenti la membrana non
si forma neppure). Ecco perché è necessaria l’aggiunta di sostanze detergenti: esse
abbassano a circa 1/3 la tensione superficiale dell’acqua e cioè l’attrazione di una
molecola con l’altra.
La forma che abbiamo ottenuto è sferica perché la sfera è la figura geometrica che ha
la superficie minima per un certo volume. Infatti un centimetro cubo di un tetraedro (4
facce) presenta una superficie di 7,21 cm2, un cubo (6 facce) di ugual volume ha una
superficie di 6 cm2, un ottaedro (8 facce) 5,72 cm2, un dodecaedro (12 facce) 5,32
cm2, un icosaedro (20 facce) 5,15 cm2, e infine un centimetro cubo fatto a sfera
(infinite facce) ha una superficie di soli 4,84 cm2.
Per quanto riguarda i colori, si veda quanto detto sul fenomeno dell’interferenza
(esperienza sui colori fisici).
Le membrane liquide possono esistere soltanto se sono chiuse su se stesse: non
possono avere margini liberi. Le bolle di sapone, come le membrane cellulari, non
fanno eccezione. Un dito bagnato può penetrare una bolla di sapone senza farla
scoppiare, un dito asciutto no. Infatti nel primo caso non si ha una vera perforazione,
ma l’incontro di due membrane liquide: quella della bolla e quella che avvolge il dito.
Pertanto non avviene alcuna interruzione nella continuità delle membrane. Invece un
dito (o altro oggetto) asciutto determina una discontinuità della pellicola d’acqua, e
cioè un margine libero. Di conseguenza la tensione superficiale della bolla attrae tutte
le molecole allontanandole dal punto di discontinuità e “restringendo”
distruttivamente la membrana stessa; avviene così che le molecole si raccolgono
insieme a formare, invece che la membrana, alcune gocce di liquido. Più che di uno
scoppio, od esplosione, si tratta di un’implosione.
Considerazioni biologiche: Per capire come mai una membrana liquida (lipidica),
qual è la membrana cellulare, possa sussistere per tempi lunghissimi, basta
sperimentare con membrane d’acqua artificiali (bolle di sapone). Queste ultime non
durano a lungo solo perché l’acqua alla fine evapora assottigliando e distruggendo la
bolla stessa (i lipidi, invece, non evaporano). Bolle di sapone tenute in un recipiente di
vetro chiuso, con aria satura di umidità, sono rimaste intatte per più di un anno. Si
consideri, infine, che la membrana liquida delle cellule è meno soggetta a rotture
della nostra membrana artificiale la cui superficie è milioni di volte maggiore.