struttura e composizione della membrana cellulare Prof. Davide Cervia - Fisiologia Fisiologia della cellula: trasporti di membrana

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1 struttura e composizione della membrana cellulare 1

2 funzioni: separazione, regolazione, comunicazione, stabilizzazione modello a mosaico liquido 2

3 lipidi di membrana 3

4 4

5 Glicoproteine Glicolipidi Glicocalice Protezione Interazioni da contatto 5

6 proteine di membrana 6

7 7

8 recettori di membrana 8

9 9

10 Scoperte nel 1992 dal premio Nobel Peter Agre, tali proteine, largamente distribuite in tutti i regni viventi, compreso quello batterico, prendono il nome di acquaporine (ad oggi 13 forme diverse) La struttura molecolare delle acquaporine è rappresentata dal classico modello a clessidra Le acquaporine sono costituite da 6 domini transmembrana; i segmenti transmembrana sono uniti da 5 anse di connessione, con le terminazioni NH 2 - e COOH-terminali citoplasmatiche 10

11 canali ionici 11

12 12

13 13

14 14

15 flusso di corrente di un canale ionico K + -selettivo (oscilla spontaneamente da aperto a chiuso) 15

16 proteine carrier/trasportatori 16

17 17

18 trasportatori ATP-dipendenti/pompe ioniche 18

19 19

20 20

21 movimenti attraverso la membrana Il trasporto vescicolare è costituito da: endocitosi esocitosi transcitosi l endocitosi può essere: pinocitosi fagocitosi endocitosi mediata da recettori 21

22 diffusione legge di Fick: J = D*A*(CI-CII)/x J: flusso o velocità di diffusione CI e CII: concentrazione in due compartimenti A: area della sezione di scambio x: distanza D: coefficiente di diffusione D tiene conto dell energia termica della molecola, della sua dimensione, della viscosità del mezzo nella quale diffonde per molecole sferiche D è determinato dall equazione di Stokes-Einstein: D = -κt/6πrη κ: costante di Boltzmann T: temperatura in gradi Kelvin r: raggio della molecola η: viscosità del mezzo le molecole piccole diffondono più rapidamente Velocità di diffusione: area della superficie di scambio x gradiente resistenza della membrana x spessore 22

23 attraverso una membrana J = P*(CI-CII) P = D*A*K/x K: coefficiente di partizione della sostanza tra la fase acquosa e la fase lipidica della membrana P viene espresso come velocità, ad es. cm/s C viene espresso come mol/cm 3 quindi il flusso viene rappresentato in mol/cm 3 /s il plasmalemma è una membrana semi-impermeabile imperfetta: consente il passaggio non solo dell H 2 O, ma anche di molte altre sostanze, che possono attraversarla con vari meccanismi 23

24 osmosi pressione idrostatica legge di van t Hoff: pressione osmotica (atmosfere o bar) π = ncrt n: numero di particelle dissociabili per molecola C: concentrazione totale del soluto R: costante dei gas T: temperatura in Kelvin 24

25 pressione osmotica di una molecola che non si dissocia in acqua (ad es. glucosio), concentrazione 1 mmol/l, 37 C: n: 1 C: 0,001 mol/l R: 0,082 atm L/mol K T: 310 K π = 1*0.001 mol/l*0.082 atm L/mol K*310 K = atm o 19.3 mmhg pressione osmotica di NaCl (si approssima una dissociazione in due molecole), concentrazione 150 mmol/l, 37 C: n: 2 C: 0,15 mol/l R: 0,082 atm L/mol K T: 310 K π = 2*0.15 mol/l*0.082 atm L/mol K*310 K = atm 25

26 osmolarità e tonicità la pressione osmotica si può esprimere anche in termini di osmolarità una soluzione contenente 1 mmol/l di soluto esercita una pressione di 1 mosm/l osmolarità = concentrazione*numero di particelle dissociabili mosm = mmol/l*numero di particelle/mol osmolarità: pressione osmotica esercitata dalle molecole di soluto disciolte in 1 L di solvente osmolalità: numero di molecole disciolte in 1 Kg di solvente (la massa è indipendente dalla T); espressa nei sistemi biologici in mosm/kg H

27 27

28 28

29 pressione oncotica pressione osmotica generata dalle macromolecole in soluzione (soprattutto proteine) relazione anomala dovuta probabilmente alla forma e alle dimensioni delle proteine 29

30 equilibri ionici 30

31 trasporto passivo 31

32 diffusione semplice coefficiente di partizione K = concentrazione del soluto nei lipidi/ concentrazione del soluto nell acqua 32

33 cinetica di non saturazione 33

34 diffusione attraverso canali ionici di membrana 34

35 35

36 classificati per: selettività gate di attivazione: canali voltaggio-dipendenti (VOC) canali meccano-dipendenti (MOC) canali attivati da ligandi (ROC) canali attivati da secondi messaggeri (SMOC) cinetiche di attivazione modulazione farmacologica 36

37 diffusione facilitata da proteine trasportatrici ha carattere esclusivo di uniporto 37

38 38

39 proprietà: specificità, competizione, saturazione 39

40 trasporto attivo 40

41 trasporto attivo primario 41

42 42

43 43

44 44

45 trasporto attivo secondario 45

46 46

47 47

48 la digitossina per la cura dell insufficienza cardiaca 48

49 trasporto trans-epiteliale collegamenti meccanici: giunzioni aderenti desmosomi emodesmosomi collegamenti funzionali: giunzioni comunicanti (gap junctions) giunzioni occludenti o strette (tight junctions) 49

50 50

51 51

52 epitelio che assorbe NaCl epitelio che secerne NaCl 52

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