Membrane Biologiche. Barriere per confinare sostanze o attività in ambienti specifici. Costituite da lipidi e proteine (e glucidi)

Transcript

1 Membrane Biologiche

2 Membrane Biologiche Barriere per confinare sostanze o attività in ambienti specifici Confini Cellulari Organelli Costituite da lipidi e proteine (e glucidi)

3 Sistema di Endomembrane Delimitano i compartimenti cellulari Organelli Confinano le differenti attività della cellula Reticolo Endoplasmatico Nucleo Perossisoma Lisosoma Mediano il trasporto di metaboliti Vacuoli Mitocondrio 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 Organizzazione dei fosfolipidi in soluzione acquosa Il doppio strato lipidico si chiude spontaneamente su se stesso formando Compartimenti Stagni Non ci sono mai estremità libere

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

8 Componenti della membrana Fosfolipidi, ANFIPATICI Hanno caratteristiche sia idrofiliche sia idrofobiche Colesterolo Presente in praticamente tutte le membrane delle cellule animali Stabilizza la membrana rendendola più o meno fluida Gruppo Idrofilico Coda Idrofobica

9 Fosfolipidi

10 Fosfolipidi Sfingolipidi

11 Cellule differenti hanno diversa composizione lipidica delle membrane Lipidi Fosfatidil colina Fosfatidil etanolamina Fosfatidil inositolo Fosfatidil serina Eritrocita umano Mielina Mitocondrio Batteri Sfingomielina 17,5 8,5 3 0 Glicolipidi Colesterolo

12 Asimmetria del doppio strato lipidico

13 Raft lipidici (zattere lipidiche) Zone specializzate della membrana ricche in colesterolo e sfingolipidi

14 Cellule diverse hanno rapporti differenti tra i vari componenti della membrana Membrane Proteine % Lipidi % Carboidrati % Mielina Membrana eritrocita umano Membrana esterna mitocondrio Membrana interna mitocondrio Membrana cellula muscolare

15 Proteine nelle membrane: Modello del Sandwich 1935, Davson e Danielli, studio della membrana dei globuli rossi Doppio strato lipidico compreso tra due strati proteici Rimasto valido fino agli anni 50

16 Anni 50, microscopia elettronica rivela che la membrana plasmatica è uniforme e sottile, non più di 10 nanometri Struttura trilaminare, due scuri ed uno chiaro Interno Membrana Esterno

17 Morfologia della membrana Trilaminare al microscopio elettronico

18 Modello del Mosaico Fluido 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 10 nanometri? Ci si attendeva tutte proteine piatte ed estese (Struttura a foglietto ripiegato) In realtà molte hanno struttura globulare

19 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)

20 Modello del Mosaico Fluido

21 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

22

23 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

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

25 Proteine intrinsiche di Membrana

26 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

27 Proteine di Membrana Proteine Intrinseche Legate a lipidi da legami covalenti Legate a fosfolipide o acido grasso inserito in uno dei due foglietti

28 Freeze Fracture

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

30 Funzione delle proteine di membrana Ancoraggio Integrine, ancorano la cellula alla matrice extra-cellulare (ECM) Trasporto Passivo Canali che permettono il passaggio selettivo di ioni e molecole Trasporto Attivo Pompano soluti attraverso la membrana; Richiede ATP

31 Funzione delle proteine di membrana Riconoscimento cellulare Antigeni, permettono il riconoscimento di cellule estranee all organismo Giunzione inter-cellulare Proteine di adesione, legano le membrane di cellule adiacenti

32 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

33 Carboidrati e membrane Carboidrati Vengono attaccati alla porzione della proteina che non è esposta dal 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 Glicocalice Funzioni: Protezione Adesione cellulare (ruolo sia positivo che negativo) Movimento (sviluppo embrionale) Risposta immune Regolazione dell infiammazione Fertilizzazione Glicocalice Citosol Nucleo Membrana Plasmatica

36 Membrana Plasmatica

37 Giunzioni Cellulari

38 Giunzione serrata o occludente

39 Giunzioni Serrate (strette) 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

40 Giunzioni Serrate (strette)

41 Giunzioni Serrate (strette)

42 Giunzioni Serrate (strette) Impediscono la diffusione delle molecole organiche Possono lasciare passare piccoli ioni ed acqua

43 Giunzioni Serrate (strette) Sono associate con il citoscheletro (filamenti di actina) tramite proteine intermedie definite proteine della zonula occludens

44 Giunzioni Aderenti

45 Giunzioni Aderenti

46 Giunzioni Aderenti a fascia Formano una cintura di adesione intorno a tutta la cellula (zonula adherens) Connesse con i filamenti actinici del citoscheletro (tramite alfa- e beta-catenine) Permette distribuzione dello stress meccanico Spazio tra le membrane permette passaggio delle molecole Possono trasmettere i segnali dall esterno della cellula al citoscheletro

47 Desmosoma Giunzione tenace, rinforzata dalla presenza di addensamenti (macula adherens) su cui si agganciano abbondanti fasci di Filamenti Intermedi Connessione tra cellule adiacenti Permette distribuzione dello stress meccanico Spazio tra le membrane permette passaggio delle molecole

48 Desmosoma

49 Emidesmosomi

50 Emidesmosomi Strutture asimmetriche Una piastra ancora la parte basale della cellula alla lamina basale Questa piastra contiene Filamenti Intermedi Cheratine o tonofilamenti Filamenti di Laminina legano la placca alla lamina basale Contribuiscono alla stabilità dell'epitelio

51 Emidesmosomi

52 Matrice Extra Cellulare

53 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, organizzano la matrice servono come attacco per le cellule attraverso le Integrine

54 Contatti Focali

55 Contatti Focali

56 Giunzioni Comunicanti (Gap Junctions)

57 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 Coordinano le attività tra le cellule

58 Giunzioni Comunicanti (Gap Junctions)

59 Giunzioni Cellulari