Plasma membrane. Endoplasmic reticulum. Nucleus. Golgi apparatus. Mitochondrion Lysosome. Ribosome

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1 Endoplasmic reticulum Plasma membrane Nucleus Golgi apparatus Ribosome Mitochondrion Lysosome

2 Funzioni 1- Compartimentazione 2- Localizzazione per attività biochimiche 3- Barriera selettiva 4- Trasporto di soluti 5- Risposta a segnali esterni 6- Interazioni fra cellule 7- Produzione d energia

3 Modello a mosaico fluido

4 Basic Model of Membrane Structure Singer and Nicolson (1972) Fluid mosaic model Lipids are fluid, i.e. free to move in two dimensions. lateral diffusion (10 7 /sec), rotate, flex, bob, flip-flop 70-80% of membrane proteins are integral; rest peripheral.

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6 Il rapporto quantitativo tra proteine e lipidi è molto variabile tra i diversi tipi di membrane, ed è associato alle loro proprietà funzionali

7 Le membrane più ricche di proteine risultano molto permeabili comunicazione (membrana mitocondriale esterna) Le membrane più ricche di lipidi isolamento (guaina mielinica delle fibre nervose)

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11 Colesterolo

12 Ruolo stabilizzatore del Colesterolo Diminuisce la fluidità della membrana a temperature elevate poiché si intercala con i suoi anelli rigidi Aumenta la fluidità a basse temperature perché impedisce che le catene idrocarburiche dei fosfolipidi si assestino adeguatamente quando la temperatura si abbassa riducendo la tendenza alla gelificazione

13 La fluidità dipende: Dalla lunghezza delle catene di acido grasso Presenza di doppi legami Presenza di colesterolo

14 La fluidità è tanto maggiore quanto più numerose sono le catene lipidiche corte ed insature, in quanto hanno minori possibilità di contrarre tra loro interazioni idrofobiche

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16 Diversity of Membrane Lipids

17 Zattera lipidica: RAFT La membrana non è del tutto uguale per tutta la sua lunghezza. In certe regioni vi sono altre componenti definite zattere lipidiche, regioni ove si accumulano particolari proteine e lipidi per cui presentano uno spessore maggiore, si concentrano in particolare : colesterolo,sfingolipidi, particolari proteine della membrana

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19 1 singola a elica 2 multiple a elica 3 foglietto b arrotolato 4 ancorata alla superficie citosolica da un a elica 5 ancorata mediante un lipide 6 ancorata mediante un oligosaccaride 7 e 8 ancorate ad altre proteine

20 Le proteine transmembrana, come i fosfolipidi sono molecole anfipatiche. Gli aminoacidi idrofobici sono segnati in verde ed in giallo

21 Le proteine di membrana sono mobili ma esistono dei limiti alla loro mobilità. Regioni ben definite della cellula presentano funzioni diverse in quanto sono caratterizzate da proteine diverse

22 Ci sono meccanismi che controllano la mobilità delle proteine (complessi giunzionali, elementi del citoscheletro)

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25 I carboidrati entrano nella composizione delle membrane in percentuale limitata (3-8%). Essi sono in genere costituiti da oligosaccaridi associati a proteine, formando le glicoproteine, oppure a lipidi, formando i glicolipidi. E possibile tuttavia riscontrare anche catene polisaccaridiche associate alle proteine per formare i proteoglicani integrali di membrana. La componente carboidratica si trova sempre localizzata dal lato extracitoplasmatico della membrana e va a costituire il cosidetto rivestimento cellulare o glicocalice. I glicolipidi e le glicoproteine di membrana possono funzionare come antigeni (ad esempio i determinanti dei gruppi sanguigni ABO), oppure come recettori per i diversi tipi di molecole segnale.

26 Tutti gli elementi della membrana sono in costante turnover! Le proteine vengono continuamente sintetizzate dal RER, i lipidi dal REL ed gli zuccheri dal RER e Golgi

27 Diffusione semplice Diffusione attraverso i pori Diffusione Facilitata Trasporto Attivo Trasporto Attraverso vescicole

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30 Trasporto passivo o diffusione Non si ha consumo di energia perché segue le leggi della diffusione Richiede l esistenza di un gradiente elettrochimico Avviene sempre dal versante a maggiore concentrazione verso quello di concentrazione minore Trasporto attivo Si ha consumo di energia Avviene contro il gradiente di concentrazione Avviene sempre attraverso proteine di membrana specializzate permeasi o pompe

31 Diffusione semplice Attraverso il doppio strato lipidico Attraverso proteine canale Diffusione facilitata Attraverso proteine canale Attraverso proteine vettrici carrier

32 OSMOSI Trasporto passivo di H 2 O attraverso la membrana plasmatica

33 Diffusione facilitata e diffusione semplice

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35 Il cambiamento di conformazione può mediare il trasporto passivo

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37 Uniporto Trasporto accoppiato

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42 Pompa sodio-potassio

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44 Trasporto accoppiato sodio-glucosio

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47 La differente distribuzione delle proteine conferisce specifiche caratteristiche funzionali

48 Trasporto transcellulare del glucosio

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50 LISOSOMI

51 Tre modalità di trasporto attivo

52 Esocitosi

53 Endocitosi

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55 Trasporto vescicolare

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57 Nella formazione delle vescicole intervengono delle proteine specializzate: Clatrina (membrana plasmatica) COP I (Golgi) COP II (RE)

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59 La clatrina presenta una struttura denominata trisckelion, costituita da 3 catene leggere e 3 catene pesanti

60 Formazione di vescicole rivestite

61 Riconoscimento della vescicola rivestita da parte della membrana dell organulo bersaglio Il processo è controllato dalle proteine SNARE (SNAP receptors) v-snare (sulle vescicole) t-snare (organuli bersaglio)

62 ESOCITOSI Trasporto dal Golgi all esterno della cellula Via di secrezione - costitutiva (albumina e fibrinogeno) - regolata (vescicole sinaptiche - insulina)

63 Secrezione Costitutiva e Secrezione Regolata

64 Endocitosi

65 Endocitosi mediata da recettori Permette di catturare in modo efficiente metaboliti presenti a basse concentrazioni nell ambiente extracellulare

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67 Ipercolesterolemia familiare

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69 Trasporto intracellulare di proteine

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77 From Extracellular vesicles: biology and emerging therapeutic opportunities Samir EL Andaloussi, Imre Mäger, Xandra O. Breakefield Matthew J. A. Wood Nature Reviews Drug Discovery 12, (2013) doi: /nrd3978

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80 A comprehensive list of mirnas, proteins and lipids, found incorporated into exosomes and also in other Evs is available in the mirandola ( and other databases, such as, ExoCarta ( EVpedia( or Vesiclepedia (