Le Membrane Cellulari

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1 Le Membrane Cellulari

2 Vari tipi di cellule e loro dimensioni

3 Ogni cellula è avvolta da una membrana plasmatica, la quale svolge molteplici funzioni.

4 cellula Ambiente esterno membrana plasmatica citoplasma citoplasma -funzione contenitiva, in quanto impedisce ai contenuti cellulari di mescolarsi con i componenti dell ambiente esterno -funzione biochimica, in quanto offre sulla sua superficie interna ed esterna siti di supporto per enzimi, che così possono lavorare in modo ordinato e sequenziale -funzione fisiologica di barriera selettiva, in quanto seleziona e controlla il transito di diverse molecole e ioni tra esterno e interno -funzione fisiologica di comunicazione, in quanto presenta sulla sua superficie recettori per segnali chimici e marcatori per farsi riconoscere dalle cellule vicine.

5 Modello di membrana di Singer e Nicholson (a mosaico fluido, 1972)

6 Le membrane biologiche sono costituite da fosfolipidi e proteine Parti di un fosfolipide, la fosfatidilcolina simbolo schema formula modello a spazio pieno

7 Struttura del bilayer fosfolipidico Strato sferico (liposoma) i fosfolipidi della membrana cellulare si dispongono in doppio strato con le terminazioni idrocarburiche rivolte all interno e quelle polari verso le fasi acquose (foglietto bimolecolare a doppio strato lipidico)

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9 Membrane cellulari: modello spaziale del doppio strato lipidico Teste polari Interno idrofobico Teste polari Palmitato Oleato

10 Le membrane biologiche contengono colesterolo Il colesterolo contribuisce a determinare la struttura dela membrane plasmatica intercalandosi tra le molecole dei fosfolipidi. Il nucleo steroideo del colesterolo ha una struttura planare relativamente rigida, che è in contatto con i gruppi -CH 2 prossimali (C1-C1) delle catene alifatiche dei fosfolipidi, mentre il suo gruppo idrossilico in posizione 3 è in contatto con il mezzo acquoso estracellulare in prossimità delle teste polari dei fosfolipidi.

11 Lipidi di membrana e fluidità Membrana cellulare Normalmente i lipidi di membrana esistono in uno stato cristallino liquido, intermedio tra una struttura altamente fluida e una abbastanza rigida, tale da garantire una viscosità della membrana che consenta il funzionamento ottimale della componente proteica di membrana (enzimi, proteine di trasporto, recettori, ecc).

12 Membrane cellulari: Fattori che influenzano la fluidità del bilayer Temperatura Minore T = Minore fluidità Lunghezza delle catene aciliche Maggiore lunghezza = minore fluidità Teste polari Interno idrofobico Teste polari Proteine Diminuiscono la fluidità Colesterolo Magg. Colesterolo = Minore Fluidità Testa polare Regione Irrigidita dal colesterolo Insaturazione degli acidi grassi Magg. insat = Magg. fluidità Oleato Regione Più fluida

13 Il passaggio dallo stato paracristallino allo stato fluido per effetto termico determina movimento delle catene idrocarburiche del fosfolipide e la diffusione laterale nel piano del bilayer La diffusione da un monolayer all altro di un fosfolipide flip flop è accelerato dall enzima flippasi.

14 Il doppio strato lipidico è asimmetrico La distribuzione dei fosfolipidi e dei glicolipidi nel doppio strato lipidico è asimmetrica. Si ritiene che il colesterolo sia distribuito in modo quasi uguale nei due monostrati

15 Membrane cellulari: la componente fosfolipidica Fosfolipidi Fosfatidiletanolammina Fosfatidilserina Fosfatidilcolina Sfingomielina sfingosina Distribuzione dei fosfolipidi nei due foglietti della membrana eritrocitaria

16 Le Membrane cellulari: Ruolo dei glicolipidi funzione di legame con la matrice extracellulare Glicolipidi protezione della membrana da condizioni estreme: (basso ph; enzimi degradativi) Galattocerebroside alterazione del campo elettrico e della concentrazione di ioni (calcio) Ganglioside G M1 Acido sialico (NANA) processi di riconoscimento cellulare: (ganglioside G M1 agisce come recettore per la tossina colerica) isolamento elettrico nella membrana mielinica

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18 Le membrane cellulari hanno differente composizione Composizione chimica di alcune membrane (in % ) Membrana Mielina Eritrocita Epatocita Mitocondriale interna Composizione lipidica di alcune membrane (in %) Proteine Lipidi Carboidrati Membrana Colesterolo PC SM PE PI PS PG DPG Glicolipidi Mielina Eritrocita ,5 15 2,2 7 3 Epatocita Mitocondriale interna , E. coli PC = fosfatidilcolina; SM = sfingomielina; PE = fosfatidiletanolammina; PI= fosfatidilinositolo; PS = fosfatidilserina; PG = fosfatidilglicerolo; DPG = difosfatidilglicerolo (cardiolipina)

19 Proteine di Membrana B A C D E

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21 Interazione tra le proteine di membrana e doppio strato fosfolipidico

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23 Esempio: glicoforina

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25 Proteine di membrana

26 Diffusione delle proteine nelle membrana Le proteine diffondono nel piano della membrana Proteine e lipidi possono essere confinati in domini specifici Membrana apicale Proteina apicale Membrana basolaterale Proteina basolaterale

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28 Le proteine della membrana interagiscono con il citoscheletro La membrana eritrocitaria

29 Membrane cellulari: zone specializzate (domini raft e claveole) I microdomini raft sono regioni in cui predominano alcuni lipidi In alcune zone della membrana, esistono delle regioni, le caveole (invaginazioni delle membrane plasmatiche) caratterizzate dalla presenza di proteine denominate caveoline Le caveoline interagiscono con molecole segnale e costituiscono l impalcatura per organizzare complessi preassemblati coinvolti nei processi di segnalazione trasduzionale (proteine G eterotrimeriche e monomeriche, Src, PKC, ecc)

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