FUNZIONI DELLA MEMBRANA PLASMATICA 1)Barriera di selettività

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1 La cellula è l'unità morfo-funzionale degli organismi viventi. In quanto tale deve avere un confine per mantenere distinte le relazioni interne da quelle esterne. Questa distinzione sta alla base dell'identità cellulare. In assenza di un confine tra l'ambiente intracellulare e quello extra-cellulare, non ci sarebbe un sé diverso dal non-sé. 1

2 FUNZIONI DELLA MEMBRANA PLASMATICA 1)Barriera di selettività FUNZIONI DELLA MEMBRANA PLASMATICA 1) Scambio di informazioni 2) Scambio di molecole 3) Movimento ed espansione 2

3 Funzioni della membrana: 1)Delimitare contorni della cellula e dei suoi compartimenti 2)Costituire siti di specifiche funzioni 3)Contenere proteine di trasporto per regolare il movimento di sostanze tra interno ed esterno o tra i vari organelli 4) Contenere i recettori necessari per rilevare i segnali esterni 5) Fornire i dispositivi per la comunicazione cellula-cellula e per l adesione cellulare Sistema delle membrane interne degli eucarioti Barriera di permeabilità Permeabilità selettiva a determinate sostanze Divisione in compartiment i funzionali Le membrane cellulari: delimitano i contorni di tutte le cellule e dei diversi compartimenti cellulari interni. 3

4 Struttura delle membrane: il doppio strato lipidico Struttura delle membrane: il doppio strato lipidico Struttura generale dei FOSFOLIPIDI: il più comune, fosfatidilcolina Struttura generale dei lipidi di membrana MOLECOLE ANFIPATICHE/ ANFIFILICHE/ ANFOTERE 4

5 I PRINCIPALI FOSFOLIPIDI SFINGOMIELINA Gli acidi grassi nei lipidi di membrana: le code degli idrocarburi formano una barriera idrofobica per la diffusione dei soluti polari; Fosfatidilcolina Fosfatidiletanolammina Fosfatidilserina lunghezza delle catene: atomi di C, in media 16-18; 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. 5

6 Struttura delle membrane: il doppio strato lipidico Struttura generale di altri lipidi di membrana In acqua i fosfolipidi tendono a formare un doppio strato 6

7 Il doppio strato tende spontaneamente a richiudersi Il solo modello del doppio strato lipidico non spiega molte delle caratteristiche delle membrane biologiche. Anche se il doppio strato lipidico è il principale costituente delle membrane, sono le proteine responsabili della maggior parte delle funzioni specifiche della membrana Come sono disposti nella membrana lipidi e proteine? 7

8 Foto al microscopio elettronico sembravano avvalorare le ipotesi di Davson-Danielli; la distribuzione irregolare delle proteine di membrana NO. Nel 1935 proposero che le membrane biologiche erano formate da due strati di fosfolipidi rivestiti esternamente da uno strato di proteine. Il loro modello definito a sandwich era quindi costituito da proteine-lipide-proteine. Una delle prove che insinuò dei dubbi su questo modello si ottenne sottoponendo all azione delle fosfolipasi, enzimi capaci di degradare i fosfolipidi rimuovendone le teste polari, le membrane. 8

9 Membrane biologiche Il definitivo chiarimento sul modello della membrana cellulare si è avuto con l avvento della tecnica della freeze fracture che ha permesso di studiare l interno delle membrane con tutti i costituenti. Tecnica della freeze fracture Interno di una membrana cellulare Il termine fluido è riferito alla componente lipidica della membrana in quanto capace di traslare sul piano bidimensionale. Il termine mosaico è invece riferito alle proteine che sono distribuite eterogeneamente sulla superficie cellulare come i tasselli di un mosaico. 9

10 La superficie della cellula é rivestita di carboidrati: glicoproteine, proteoglicani. Formazione del glicocalice. Disposizione asimmetrica di fosfolipidi e glicolipidi 10

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13 Funzioni del glicocalice: protezione, lubrificazione, riconoscimento cellulare (mediata dalle lectine), adesione, migrazione. 13

14 Le molecole del doppio strato fluido possono muoversi Il doppio strato lipidico è un fluido bidimensionale Movimenti possibili nel doppio strato lipidico Caratteristiche dei solidi ma anche dei liquidi: ordine nella disposizione e continuo movimento molecolare 14

15 Fluidità del doppio strato lipidico E fondamentale per i processi di trasporto e per le attività enzimatiche. Dipende da composizione in lipidi (lunghezza delle catene, presenza di doppi legami, presenza di colesterolo) e dalla T Temperatura di transizione di fase (Tm): T a cui il doppio strato artificiale gelifica (congela) se raffreddato o diventa di nuovo fluido (fonde) se riscaldato. La membrana deve essere al di sopra di Tm per funzionare correttamente. 15

16 Ruolo del colesterolo Aumenta proprietà di barriera permeabile del doppio strato lipidico Interagisce con CH 2 degli acidi grassi, facendone diminuire la mobilità Il doppio strato diventa meno deformabile e quindi meno permeabile Impedisce anche alle catene di CH 2 di interagire troppo e di cristallizzare, quindi inibisce transizioni di fase. Ruolo di PLASTIFICATORE 16

17 Il colesterolo La vitamina E LA VITAMINA E (a-tocoferolo) È UNO DEI PIÙ IMPORTANTI ANTIOSSIDANTI PROVENIENTI DALLA DIETA ESSENDO DI NATURA LIPIDICA, OLTRE CHE FENOLICA PROTEGGE I LIPIDI DELL ORGANISMO DALL OSSIDAZIONE 17

18 Vitamina E: (alfa-tocoferolo) inserendosi fra i fosfolipidi di membrana li protegge dall ossidazione da parte di ossigeno e radicali liberi. Alfa-tocoferolo (vitamina E) 18

19 Il doppio strato lipidico ha composizione asimmetrica che differisce a seconda del tipo di membrana LA CARDIOLIPINA (difosfatidil-glicerolo) rappresenta il 20% circa delle molecole della membrana mitocondriale interna. 19

20 Disposizione asimmetrica di fosfolipidi e glicolipidi Il doppio strato lipidico ha composizione asimmetrica che differisce a seconda del tipo di membrana 20

21 Lipidi di membrana (eritrociti) % (peso) Monostrato esterno Monostrato interno Colesterolo 23% 50% 50% Fosfatidilinositolo 1% - - Fosfatidiletanolammina 18% 20% 80% Fosfatidilcolina 17% 80% 20% Fosfatidilserina 7% - 100% Sfingomielina 18% 90% 10% Glicolipidi 3% 100% - Biogenesi della membrana plasmatica Le membrane sono sintetizzate in maniera asimmetrica nel Reticolo Endoplasmatico (RE). Azione delle FLIPPASI nella biogenesi delle membrane: capovolgimento solo di specifici fosfolipidi. 21

22 Le proteine di membrana Due tipi principali di proteine sono presenti nelle membrane PROTEINE INTEGRALI: presentano regioni idrofobe che spesso formano α-eliche PROTEINE PERIFERICHE: non sono completamente immerse nel doppio strato lipidico Biogenesi delle proteine della membrana plasmatica 22

23 Schema di proteine di membrana in un doppio strato lipidico Esempi di proteine di membrana 23

24 Molte proteine di membrana attraversano il doppio strato lipidico con strutture ad α- elica 24

25 Le α- eliche transmembrana tipicamente sono costituite da aminoacidi la maggior parte dei quali idrofobici. triptofano fenilalanina prolina isoleucina In una α-elica i legami peptidici polari si trovano all interno e i gruppi R delle catene laterali protrudono 3.6 residui/giro all esterno 25

26 Alcune proteine di membrana formano un poro acquoso e attraversano il doppio strato lipidico 26

27 Proteine e lipidi possono essere confinati in domini specifici 27

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