Dr.ssa Mauro ricevimento studenti

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1 Dr.ssa Mauro ricevimento studenti il lunedì dalle ore alle ore o previo appuntamento telefonico amauro@unite.it

2 N.d.A.: Il materiale contenuto nel presente file è inteso ad esclusivo utilizzo didattico da parte degli studenti del I anno di Biotecnologie, che sono invitati a non ridistribuire suddetto materiale, parzialmente coperto da copyright.

3 MEMBRANA PLASMATICA Sottile membrana di circa 6-8 nm che avvolge la cellula. Non è visibile al MO La membrana plasmatica o membrana cellulare o plasmalemma è un sottile involucro che avvolge la cellula separandola dall esterno e regolando lo scambio di sostanze trofiche.

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5 Evoluzione dei modelli di membrana

6 Struttura delle membrane biologiche lipidi proteine per lo più fosfolipidi, glicolipidi e steroli integrali o intrinseche estrinseche o periferiche La membrana è una struttura ASIMMETRICA glucidi oligosaccaridi confinati alla sola superficie esterna dove svolgono una funzione recettoriale e di riconoscimento

7 Film sottile di lipidi e proteine, tenute unite da interazioni non covalenti Modello di membrana a mosaico fluido

8 Fosfolipidi saturi Fosfato (-) glicerolo acidi grassi insaturi Testa Polare Coda Apolare I lipidi di membrana sono molecole anfipatiche: polo idrofilo e coda idrofoba. Preciso orientamento spaziale nella costituzione di tutte le membrane costituzione del doppio strato molecolare (bilayer lipidico)

9 Lipidi: 50% della massa della membrana: circa 10 9 mol/cellula animale. Fosfolipidi: a) fosfogliceridi derivati dal glicerolo (fosfatidilcolina ) b) sfingolipidi derivati dalla sfingosina (sfingomielina ) Colestero: ha effetti complessi sulla fluidità delle membrane

10 Gli acidi grassi nei lipidi di membrana: le code degli idrocarburi formano una barriera idrofobica per la diffusione dei soluti polari. Grassi insaturi: aumentano la fluidità di membr. ostacolando l impacchettamento delle altra molecole Lunghezza delle catene: atomi di C, in media Lunghezza ottimale per la formazione di un doppio strato di spessore 6-8 nm. Legami semplici Legami doppi Tra le catene degli acidi grassi: legami deboli di Van der Waals.

11 LIPIDI I lipidi di membrana: la componente fluida del modello di membrana a mosaico fluido. Sono molecole anfipatiche che formano spontaneamente un doppio strato.

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13 Il colesterolo Effetti sulla fluidità: 1- a t relativamente alta (37 C) stabilizza le membrane riducendo il movimento dei fosfolipidi 2- a t relativamente bassa impedisce l impacchettamento stretto dei fosfolipidi

14 Fluidità di membrana Flip-flop: un evento raro E invece sostenuta la rotazione e la diffusione laterale.

15 I lipidi di membrana sono un solvente bidimensionale per le proteine di membrana e regolano con la loro composizione la funzione delle proteine di membrana. LE PROTEINE DI MEMBRANA Svolgono la maggior parte delle funzioni specifiche della membrana plasmatica Possono essere glicosilate sulla faccia esterna (glicocalice o rivestimento cellulare) Circa il 30% delle proteine codificate sono proteine di membrana

16 LE PROTEINE DI MEMBRANA Per studiarle: criofrattura della membrana lungo lo strato idrofobico

17 LE PROTEINE DI MEMBRANA Integrali Ancorate ai lipidi Periferiche monopasso multipasso

18 LE PROTEINE DI MEMBRANA Porzione esterna (glicosilata) con ponti disolfuro Alfa elica destrogira Dominio citoplasmatico

19 LE PROTEINE DI MEMBRANA

20 LE PROTEINE DI MEMBRANA

21 Le membrane sono MOSAICI strutturali e funzionali Le proteine di membrana sono di diversi tipi e quindi hanno funzioni diverse Recettori Enzimi Trasportatori Come le tessere di un mosaico danno figure diverse nel loro complesso Il modello strutturale della membrana è uno, ma le membrane sono tutte diverse per composizione e assortimento delle singole tessere

22 MODELLO A MOSAICO FLUIDO Fluidità delle membrane sistema dinamico movimento attraverso le membrane CARATTERISTICHE FUNZIONALI E STRUTTURALI MEMBRANA DINAMICA

23 Glicocalice: funzioni glicoproteine glicolipidi Il rivestimento è composto da catene polisaccaridiche legate covalentemente alle proteine transmembrana o ai fosfolipidi di membrana del foglietto esterno. Lo spessore è vario, può arrivare fino a 50 nm in alcune cellule di rivestimento, come nel tratto digestivo evitare alla cellula contatti con le proteine indesiderate, con aggressivi chimici e fisici Riconoscimento cellula-cellula Es. coagulazione del sangue, risposte immunitarie

24 In conseguenza della sua composizione e della sua architettura molecolare la membrana plasmatica è SEMIPERMEABILE costituisce il dispositivo di regolazione degli scambi fra l ambiente extra ed intra cellulare: si ha cioè un flusso bidirezionale ininterrotto di molecole con caratteristiche diverse. I componenti idrofobici della membrana limitano enormemente il passaggio di molecole idrofiliche attraverso il doppio strato lipidico. Solo la presenza e la particolare attività di proteine transmembrana specializzate rendono possibile il passaggio di alcune molecole attraverso questa barriera

25 Funzioni delle membrane cellulari 1) Supporto strutturale Preservare l individualità della cellula Delimitazione: cellula-ambiente; organulo citoplasma Mantenimento della forma, plasticità: rapporti con il citoscheletro 2) Scambio di molecole Mantenere una permeabilità altamente selettiva Trasporto regolato in modo attivo 3) Scambio di informazione Controllare il flusso di informazione Rapporti cellula-cellula e cellula-matrice extracellulare Riconoscimento e trasduzione di segnali chimici Funzioni di membrane specializzate Es. membrana nucleare, mitocondriale, del golgi e RER, delle vescicole, dei lisosomi ecc

26 MEMBRANA CELLULARE: SELETTIVITA

27 PERMEABILITÀ SELETTIVA Membrana

28 Trasporto di membrana molecole piccole molecole grosse Trasporto passivo Trasporto attivo (con pompe o cotrasportatori) endocitosi esocitosi Diffusione semplice Diffusione facilitata (da canali o permeasi)

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33 MECCANISMI DI TRASPORTO Membrana

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36 CITOPLASMA E ORGANULI CELLULARI Cellula pancreas esocrino al ME

37 ORGANULI CELLULARI Nucleo Reticolo Endoplasmatico Apparato del Golgi Sistema vacuolare di membrana Mitocondri Lisosomi

38 RETICOLO ENDOPLASMATICO LISCIO (REL) RUGOSO (RER) microsomi ottenuti per centrifugazione al ME

39 Reticolo endoplasmatico FUNZIONI: Sintesi e rimaneggiamento delle proteine (RER) Sintesi di lipidi e steroidi (REL) Degradazione dei lipidi (REL) Detossificazione di alcuni composti (REL) Rimaneggiamento di tutte le membrane della cellula (RER)

40 Reticolo endoplasmatico liscio Il REL, in forma di piccole vescicole o sacculi indipendenti è particolarmente abbondante nelle cellule epiteliali epatiche (detossificazione dei matariali tossici) e in tutte le cellule che producono ormoni steroidei.

41 Reticolo endoplasmatico liscio assume caratteristiche di specializzazione in alcune cellule (fibre muscolari scheletriche, cellule miocardiche dove è presente in forma di tubuli - reticolo sarcoplasmatico-)

42 Funzioni del REL Deposito di Calcio Funzioni del REL Deposito di Calcio

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44 Reticolo endoplasmatico rugoso La cavità sono in continuità con la cisterna perinucleare (spazio esistente tra la membrana interna ed esterna dell involucro nucleare)

45 Reticolo endoplasmatico rugoso La superficie esterna delle membrane puo essere rivestita di granuli di nm: i RIBOSOMI

46 RIBOSOMI Ogni ribosoma è costituito da una subunità grande e da una piccola entrambe prodotte nel nucleolo Funzionano da base strutturale per la sintesi proteica

47 RIBOSOMI : Meccanismo sintesi proteica proteine liberate nel lume del RER

48 Modalità di sintesi e maturazione proteica Proteine integrali con NH3 terminale citosolico Proteine integrali con COOH terminale citosolico Proteine integrali con estremità terminali citosoliche Maturazione proteica nel lume del RER: es. Glicosilazione

49 RER Zolle di Nissl

50 Apparato del Golgi È costituito da una o più serie di cisterne appiattite e leggermente incurvate (pile del Golgi) e vescicole collegate tra loro

51 Apparato del Golgi Le funzioni dell apparato di Golgi consistono: 1) Nel completamento della sintesi di glicoproteine e glicolipidi 2) Condensazione dei prodotti di sintesi e segregazione in organuli delimitati da membrana.

52 Apparato del Golgi Le proteine presentano un particolare segnale che le dirige verso il Golgi Durante questi trasferimenti all interno del Golgi le proteine vengono modificate (es. glicosilate, acetilate, fosforilate)

53 Apparato del Golgi Le proteine che escono dall apparato del Golgi vengono racchiuse in vescicole e possono avere diversi destini

54 Destino delle vescicole ENDOCITOSI ESOCITOSI GEMMAZIONE

55 Macrofaco che fagocita un globulo rosso (GR), img ME Endocitosi

56 Esocitosi Vacuolo gemmato dall apparato del Golgi Spazio extracellulare Le proteine prodotte nel RER gemmano come vescicole di transizione, si portano al Golgi e si staccano come vescicole di condensazione; quindi come vescicole di secrezione migrano nel citoplasma apicale dove le membrane si fondono rivestendone il contenuto all esterno

57 Transcitosi Esempio: transcitosi di anticorpi materni verso epitelio intestinale del neonato

58 Fusione delle vescicole La fusione delle vescicole è regolata dalla presenza di specifiche proteine dette SNARE

59 Destino delle vescicole lisosomi Sono vescicole rotondeggianti contenenti idrolasi acide e costituiscono il sistema digestivo della cellula

60 Lisosomi Intervengono nella degradazione di: macromolecole microrganismi frammenti cellulari fagocitati organuli cellulari invecchiati I vari enzimi digeriscono il materiale fagocitato degradandolo in prodotti terminali di basso peso molecolare che, trasportati da particolari proteine di trasporto, fuoriescono dai lisosomi e possono essere riversati nello spazio extracellulare oppure riusati dalla cellula

61 Lisosomi Le idrolasi in essi contenute non vengono mai in contatto con il citoplasma M = membrano C = cuore elettron-denso

62 Lisosomi Nelle cellule che sono destinate a morte programmata (apoptosi) i lisosomi riversano il loro contenuto all interno della cellula, provocando AUTOLISI

63 Mitocondri I mitocondri sono organuli citolpasmatici presenti in tutte le cellule eucariotiche, ad eccezione dei globuli rossi dei Mammiferi. Il numero dei mitocondri/cellula varia da a 2.000, fino a negli ovociti.

64 Mitocondri La forma più comune è quella bastoncellare con lunghezze di 1-6 µm x 0,2-1 µm. Più rari sono mitocondri ovali o sferoidali. Le forme sferoidali possono divenire filamentose e viceversa. I mitocondri filamentosi possono gemmare rami collaterali destinati a costituire un mitocondrio indipendente. L insieme di tutti i mitocondri della cellula, cioè il loro volume, e detto condrioma. E possibile determinarlo attraverso una centrifugazione frazionata.

65 La membrana interna e quella esterna sono di natura lipoproteica anche se le due frazioni sono differentemente ripartite. La frazione proteica è costituita da una varietà di circa 60 tipi di proteine idrofobe, trasportatrici e della catena respiratoria. Mitocondri

66 Mitocondri ** * Tra le due membrane mitocondriali rimane compreso un sottile spazio di circa 10 nm, la camera mitocondriale esterna *. La camera mitocondriale interna ** è variabile a seconda dell estensione delle creste. Il contenuto della camera interna corrisponde alla matrice mitocondriale. Essa contiene dei ribosomi (mitoribosomi)

67 DNA Mitocondriale!!! Nella camera interna sono contenute 5 10 molecole di mdna mitocondriale circolare e non associato a proteine. (vd cellula epatica di ratto foto)

68 Mitocondri=Centrale Energetica

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