Costituite da lipidi e proteine (ambedue possono essere legati a carboidrati)

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1 Membrane Biologiche

2 Membrane Biologiche Costituite da lipidi e proteine (ambedue possono essere legati a carboidrati) Barriere per confinare sostanze o attività in ambienti specifici. Mediano il trasporto di metaboliti

3 Dove troviamo le membrane? Delimitano i compartimenti cellulari Organelli Confinano le differenti attività della cellula Reticolo Endoplasmatic o 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 COME SONO FATTE LE MEMBRANE? 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 per avere 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 dei Lipidi Come ottenere questa asimmetria?

12 LE MEMBRANE NON SONO COMPOSTE SOLO DI LIPIDI, MA ANCHE DI PROTEINE E CARBOIDRATI. Come è stata definita l organizzazione delle proteine nelle membrane biologiche?

13 Proteine nelle membrane: Modello a Sandwich : Davson e Danielli: composizione della membrana dei globuli rossi (non ci sono solo lipidi ma anche proteine) - Modello a sandwich: doppio strato lipidico (idrofobico) interno e due strati proteici (idrofilici) esterni Interno Membrana Esterno - Anni 50: osservazione dello spessore della membrana plasmatica al microscopio elettronico: 10 nm (quindi si ipotizzò la presenza solo di proteine «piatte» - Anni 60: si definisce la struttura di proteine di membrana, che sono in gran parte globulari

14 Nuovo Modello: il Mosaico Fluido 1972: Singer e Nicholson propongono un modello il Doppio Strato Lipidico contiene una serie di proteine, che possono posizionarsi in maniera variabile 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)

15 Modello del Mosaico Fluido

16 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

17 Mosaici Fluido non vuol dire distribuzione omogenea: Raft lipidici (zattere lipidiche) Zone specializzate della membrana ricche in colesterolo e sfingolipidi. Importanti per il posizionamento e il funzionamento di proteine recettori di membrana

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

19 Proteine intrinsiche di Membrana

20 Proteine Intrinseche particolari Non entrano nel doppio strato lipidico ma sono legate a lipidi di uno dei due foglietti da legami covalenti diretti o mediati da zuccheri a loro volta legati a lipidi

21 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

22 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

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

24 Microscopia Elettronica: Freeze Fracture o Freeze etching

25 Modificazioni dei lipidi e delle proteine di membrana: Glicosilazione I Carboidrati vengono attaccati sul lato esterno, quello non esposto al 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

26 Glicocalice Glicoproteina Glicoproteina Estrinseca transmembrana Proteoglicano transmembrana Glicocalice Membrana Glicolipide ECM Cytosol Glicocalice Citosol Nucleo Membrana Plasmatica Strato protettivo formato dalle catene di zuccheri, regola le interazioni della cellula con l esterno

27 La Membrana Plasmatica

28 La Membrana Plasmatica

29 Proteine di Membrana Le proteine costituiscono circa il 50% della massa della membrana e svolgono la gran parte delle attività della membrana Funzione principale dei Lipidi è di separare due compartimenti Funzione principale delle proteine è mettere in collegamento in maniera selettiva due compartimenti

30 Proteine di Membrana Giunzione Ancoraggio Proteine strutturali Mediano il contatto Proteine funzionali Pompe Canali Recettori Trasduttori del segnale Enzimi Enzimi Segnalazione Trasporto Trasporto Riconoscimento

31 Giunzioni Cellulari

32 Giunzioni Cellulari

33 Giunzioni Cellulari

34 Giunzioni Cellulari 3D

35 Giunzione occludente (serrata o stretta)

36 Giunzioni occludenti Le superfici esterne di due cellule 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, impediscono la diffusione delle molecole organiche, lasciano passare solo piccoli ioni ed acqua

37 Giunzioni occludenti

38 Giunzioni occludenti

39 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)

40 Giunzioni Aderenti

41 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)

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

43 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

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

45 Matrice Extra Cellulare

46 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 Fibronectina, Laminina Glicoproteine che mediano il contatto della membrana plasmatica con la ECM

47 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

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

49 Emidesmosomi

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

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

52 Giunzioni Comunicanti (Gap Junctions)

53 Giunzioni Comunicanti (Gap Junctions) Canali proteici che collegano i citosol di due cellule Passaggio di piccole molecole e ioni (Na +, K + ) Macromolecole non passano 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

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

55 Giunzioni Cellulari

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