Confini Cellulari: Membrana Plasmatica Organelli intracellulari: Endomembrane

Transcript

1 Membrane Biologiche

2 Membrane Biologiche Costituite da lipidi e proteine (e glucidi) Barriere per confinare sostanze o attività in ambienti specifici. Mediano il trasporto di metaboliti Confini Cellulari: Membrana Plasmatica Organelli intracellulari: Endomembrane

3 Sistema di Endomembrane Delimitano i compartimenti cellulari Organelli Confinano le differenti attività della cellula Reticolo Endoplasmatico Vacuoli Nucleo Mitocondrio Perossisoma Lisosoma Membrana Plasmatica Apparato di Golgi

4 Organelli Cellulari Nucleo, Mitocondri (e Autofagosomi ) hanno Doppia Membrana Golgi, RE, Lisosomi hanno Membrana Singola

5 DOPPIO STRATO LIPIDICO Condizione energeticamente favorevole in ambiente acquoso Teste Idrofiliche All esterno Code Idrofobiche All interno, non in contatto con l acqua

6 DOPPIO STRATO LIPIDICO Gorter and Grendel 1925 misurarono l area coperta dai lipidi estratti dalla membrana cellulare di eritrociti e scoprirono che era il doppio della superficie della cellula

7 Componenti della membrana Fosfolipidi Sfingolipidi Colesterolo

8 Fosfolipidi Sfingolipidi

9 Componenti della membrana

10 Diversa composizione lipidica delle membrane tra tipi cellulari quindi sono membrane con diverse proprietà fisico-chimiche Lipidi Fosfatidil colina Fosfatidil etanolamina Fosfatidil inositolo Fosfatidil serina Eritrocita umano Mielina Mitocondrio Batteri Sfingomielina 17,5 8,5 3 0 Glicolipidi Colesterolo

11 Diversità all interno della stessa membrana: Disposizione Asimmetrica

12 Come ottenere questa asimmetria?

13 Come è stata definita la struttura delle membrane biologiche?

14 Proteine nelle membrane: Modello del Sandwich 1935, Davson e Danielli, definiscono la composizione biochimica della membrana dei globuli rossi (lipidi e proteine) Propongono un modello dove il doppio strato lipidico è compreso tra due strati proteici Questo modello è rimasto valido fino agli anni 50

15 Anni 50, microscopia elettronica rivela che la membrana plasmatica è di uno spessore di non più di 1 0 nanometri Struttura trilaminare, due scuri ed uno chiaro Risultato compatibile con il modello a sandwich solo in caso di proteine di forma piatta Interno Esterno Membrana

16 Anni 60, paradosso delle proteine La loro purificazione dimostra che non sono così omogenee come si pensava Composizione e dimensioni sono molto variabili Alcune molto più grandi di quanto ipotizzato Come potevano costituire uno strato di soli 1 0 nanometri? Ci si attendeva tutte proteine piatte ed estese (Struttura a foglietto ripiegato) In realtà molte hanno struttura globulare

17 Modello del Mosaico Fluido Il Doppio Strato Lipidico contiene una serie di proteine, che possono posizionarsi in maniera variabile 1972, Singer e Nicholson Le proteine sono incastonate nel doppio strato lipidico, come tessere di un mosaico Non sono immobili, si possono muovere, come iceberg che galleggiano in un fluido di lipidi (Nocciole nel torrone)

18 Modello del Mosaico Fluido

19 Dimostrazione della fluidità della membrana Frey ed Edidin, 1970 Proteine di membrana di cellula umana e cellula murina marcate con fluorocromi differenti Fusione con virus Sendai Le proteine risultano ridistribuite in maniera casuale

20 Fluido non vuol dire omogeneo: Raft lipidici (zattere lipidiche) Zone specializzate della membrana ricche in colesterolo e sfingolipidi

21 Proteine di Membrana Le proteine costituiscono circa il 50% della massa della membrana Sono le esecutrici di praticamente tutte le attività della membrana Proteine strutturali Proteine funzionali Pompe Canali Recettori Trasduttori del segnale Enzimi

22 Proteine di Membrana Proteine Intrinseche Strettamente associate alla membrana Sono Anfipatiche Alcune attraversano completamente la membrana, altre solo in parte

23 Proteine di Membrana Proteine Estrinseche Non sono incluse nel doppio strato lipidico, ma sulla superficie interna o esterna Interagiscono con le proteine intrinseche attraverso interazioni non-covalenti

24 Proteine di Membrana Proteine Intrinseche particolari Legate a lipidi di uno dei due foglietti da legami covalenti diretti o mediati da zuccheri

25 Proteine intrinsiche di Membrana

26 Diversa componente proteica nelle membrane tra organelli diversi della stessa cellula Membrane Proteine % Lipidi % Carboidrati % Mielina Membrana eritrocita umano Membrana esterna mitocondrio Membrana interna mitocondrio Membrana cellula muscolare

27 Microscopia Elettronica: Freeze Fracture

28 Asimmetria della membrana plasmatica Freeze Fracture Faccia E Emi-membrana esterna, più liscia, proteine transmembrana, lipidi Faccia P Emi-membrana proto-plasmatica, contiene la maggior parte delle proteine

29 Funzione delle proteine di membrana Ancoraggio Integrine, ancorano la cellula alla matrice extracellulare (ECM) Giunzione inter- cellulare Proteine di adesione, legano le membrane di cellule adiacenti

30 Funzione delle proteine di membrana Trasporto Passivo Canali e trasportatori che permettono il passaggio selettivo di ioni e molecole Trasporto Attivo Pompano soluti attraverso la membrana; Richiede ATP

31 Funzione delle proteine di membrana Attività Enzimatica Catalizzano reazioni che avvengono all interno o sulla superficie della membrana Trasduzione del segnale Recettori che legano molecole segnale (ormoni) e trasmettono l informazione all interno della cellula

32 Funzione delle proteine di membrana Riconoscimento cellulare (risposta immune) Antigeni, permettono il riconoscimento di cellule estranee all organismo

33 Carboidrati e membrane I Carboidrati vengono attaccati alla porzione della proteina che non è esposta sul lato del citoplasma Glicoproteine Proteine di membrana a cui vengono attaccati degli oligosaccaridi Proteoglicani Proteine di membrana con una o più catene polisaccaridiche Glicolipidi Lipidi con attaccati degli oligosaccaridi

34 Glicocalice Strato protettivo formato dalle catene di zuccheri Glicoproteina transmembrana Glicoproteina Estrinseca Proteoglicano transmembrana Glicocalice Glicolipide ECM Membrana Cytosol

35 Funzioni: Glicocalice Protezione Adesione cellulare (ruolo sia positivo che negativo) Movimento (sviluppo embrionale) Risposta immune ed infiammazione Fertilizzazione Glicocalice Citosol Nucleo Membrana Plasmatica

36 La Membrana Plasmatica

37 Giunzioni Cellulari

38 Giunzioni Cellulari

39 Giunzioni Cellulari

40 Giunzioni Cellulari

41 Giunzione occludente (serrata o stretta)

42 Giunzioni occludenti Le superfici extra-cellulari di due membrane plasmatiche adiacenti sono in intimo contatto NON lasciano alcuno spazio tra le membrane Posizionate come una banda intorno all'intera cellula (Zonula Occludens) Sigillano le cavità corporee

43 Giunzioni occludenti Impediscono la diffusione delle molecole organiche Possono lasciare passare piccoli ioni ed acqua

44 Giunzioni occludenti

45 Giunzioni occludenti

46 Giunzioni occludenti Formate da proteine transmembrana come Occludina e Claudina, che prendono contatto con il citoscheletro (filamenti di actina) tramite proteine intermedie definite proteine della zonula occludens (ZO1, ZO2, ZO3)

47 Giunzioni Aderenti

48 Giunzioni Aderenti Permette distribuzione dello stress meccanico Spazio tra le membrane permette passaggio delle molecole Possono trasmettere segnali dall esterno della cellula al citoscheletro Se formano una cintura di adesione intorno a tutta la cellula: giunzioni aderenti a fascia (zonula adherens)

49 Giunzioni Aderenti Composte da: Caderine (proteine integrali di membrana) e Catenine (proteine ponte che legano i filamenti di actina)

50 Desmosoma Giunzione aderenti, caratterizzati dalla presenza di addensamenti (macula adherens) di proteine di membrana Funzione: Connessione tra cellule adiacente, distribuzione dello stress meccanico Spazio tra le membrane permette passaggio delle molecole

51 Desmosoma Composte da: Caderine (desmogleine, desmocoline) e proteine ponte (desmoplachine) che legano i filamenti intermedi

52 Emidesmosomi Strutture asimmetriche Una piastra ancora la cellula alla lamina basale Contribuiscono alla stabilità dell'epitelio Collegano: Filamenti Intermedi (Cheratine, Vimentina, Desmina) ai Filamenti di Laminina e Fibronectina presenti nella lamina basale

53 Emidesmosomi Composti da: Integrine (proteine di membrana), proteine ponte (plectina, BP230) che legano i filamenti intermedi

54 Emidesmosomi

55 Contatti Focali Strutture asimmetriche Ancorano la cellula alla lamina basale Contribuiscono alla stabilità dell'epitelio Sono più ubiquitari e dinamici rispetto agli emidesmosomi

56 Contatti Focali Composti da: Integrine e proteine interne (Talina, Vinculina, Filamina, Tensina, Actinina) che legano i filamenti di actina

57 Matrice Extra Cellulare

58 Matrice Extra Cellulare (ECM) Secreta dalle cellule Composta da gel di carboidrati e proteine fibrose Collagene Principale costituente strutturale dell ECM Forma fibre molto fitte Fibronectine Glicoproteine che organizzano la matrice, servono come attacco per le cellule attraverso le Integrine

59 Giunzioni Comunicanti (Gap Junctions)

60 Giunzioni Comunicanti (Gap Junctions) Canali proteici che collegano i citosol di due cellule Passaggio di piccole molecole e ioni (Na +, K + ) Esclusione di grandi molecole Trasmissione di impulsi elettrici tra cellule del muscolo liscio e cellule cardiache Permettono il passaggio da una cellula ad un'altra di messaggeri chimici Sincronizzano le attività tra le cellule

61 Giunzioni Comunicanti (Gap Junctions) Formati da proteine chiamate connessine che si organizzano a formare strutture chiamate connessoni

62 Giunzioni Cellulari